ما هي مادة راتنجات الايبوكسي؟

ما هي مادة راتنجات الايبوكسي؟

راتنجات الإيبوكسي، المعروف أيضًا باسم راتنجات EP، أو راتنجات صناعية أو غراء راتنجي، عبارة عن مركب بوليمر يحتوي على مجموعتين من الإيبوكسي على الأقل في الجزيء، والتي عندما تتفاعل مع عامل معالجة تشكل بنية شبكية ثلاثية الأبعاد بالحرارة. راتنجات الإيبوكسي عبارة عن مواد بلاستيكية صلبة بالحرارة ذات خصائص فيزيائية وميكانيكية ممتازة، وتستخدم في مجموعة واسعة من التطبيقات مثل المواد اللاصقة والطلاءات والتغليف الإلكتروني ولوحات الدوائر المطبوعة ومواد البناء والفضاء والصناعات العسكرية. اسم IUPAC لمجموعة الإيبوكسي هو أكسيد الإيثيلين (أوكسيران)، ويمكن أيضًا الإشارة إلى منتج البوليمر المسبق والربط المتقاطع بشكل جماعي باسم راتنجات الإيبوكسي.

يمكن أن تتفاعل راتنجات الإيبوكسي مع نفسها (الارتباط المتقاطع) من خلال البلمرة المتجانسة الحفزية، أو مع مجموعة متنوعة من المواد المتفاعلة بما في ذلك الأمينات متعددة الوظائف، والأحماض (الأنهيدريدات)، والفينولات، والكحولات، والمركابتانات. غالبًا ما يشار إلى هذه المواد المتفاعلة على أنها مواد مقوية أو عوامل معالجة، وغالبًا ما يشار إلى تفاعل الارتباط المتقاطع باسم المعالجة.

أصل راتنجات الايبوكسي

في عام 1934، سجل الكيميائي الألماني بول شلاك أول براءة اختراع لتفاعل تكثيف الإيبوكسيدات مع الأمينات. ثم في عام 1943، أعلن الدكتور بيير كاستان عن اكتشاف راتنجات الإيبوكسي المعتمدة على ثنائي الفينول أ. وقد تم ترخيص هذا البحث في نهاية المطاف من قبل الشركة السويسرية سيبا، التي أصبحت واحدة من الشركات الرائدة في العالم في إنتاج راتنجات الإيبوكسي، وفي عام 1946، حصل سيلفان جرينلي على براءة اختراع اختراع راتنج مصنوع من الارتباط المتقاطع للبيسفينول أ والإبيكلوروهيدرين خلال الفترة التي قضاها مع شركتي ديفو ورينولدز.

بدأ تطوير راتنجات الايبوكسي في الصين في عام 1956 وحقق نجاحا لأول مرة في شنيانغ وشانغهاي. بحلول نهاية السبعينيات، كانت الصين قد شكلت نظامًا صناعيًا كاملاً من المونومر والراتنج والمواد المساعدة، بدءًا من البحث العلمي والإنتاج وحتى التطبيق.

بيسفينول أ راتنجات الايبوكسي

يعتمد حوالي 75% من راتنجات الإيبوكسي المستخدمة في جميع أنحاء العالم على تفاعل ثنائي الفينول أ مع الإبيكلوروهيدرين (ECH) لإنتاج ثنائي الفينول أ ديجليسيديل إيثر (BADGE أو DGEBA).

عملية الإنتاج هذه عبارة عن عملية مكونة من مرحلتين يتم فيها إضافة الإبيكلوروهيدرين أولاً إلى ثنائي الفينول أ لتكوين إيثر ثنائي الفينول أ مكرر (3-كلورو-2-هيدروكسي بروبيل)، والذي يخضع بعد ذلك لتفاعل تكثيف مع كمية مساوية من هيدروكسيد الصوديوم لتكوين أثير. إيبوكسيد مزدوج. يتم إطلاق ذرات الكلور على شكل كلوريد الصوديوم، ويتم إطلاق ذرات الهيدروجين على شكل ماء. عندما يتم تفاعل الإيبوكسيد المتكون مع ثنائي الفينول أ، يتم تكوين إثيرات ديجليسيديل ذات وزن جزيئي أعلى (n ≥ 1):

ومن خلال التحكم في عدد الوحدات الجزيئية يمكن الحصول على أشكال مختلفة من راتنجات الايبوكسي. ينتج عن الوحدات الجزيئية الأقل (ن = 1 ~ 2) راتنجات إيبوكسي سائلة لزجة وشفافة. وينتج عن عدد أكبر من الوحدات الجزيئية (ن = 2 إلى 30) راتنجات إيبوكسي صلبة عديمة اللون. على الرغم من أن راتنجات الإيبوكسي المستندة إلى ثنائي الفينول A هي المنتجات الأكثر شيوعًا في السوق، إلا أن ثنائيات الفينول الأخرى، مثل ثنائي الفينول F (BPF)، يمكن أن تتفاعل بشكل مماثل مع الإبيكلوروهيدرين.

يتفاعل ثنائي الفينول أ إيثر ديجليسيديل أيضًا مع ثنائي الفينول أ لإنتاج إيثر ديجليسيديل ذو وزن جزيئي أعلى (n≥1) يسمى البلمرة المسبقة. المنتج الذي يتكون من وحدات متكررة (n=1~2) عبارة عن سائل شفاف لزج يسمى راتنجات الايبوكسي السائل. المنتج الذي يتكون من وحدات متكررة (ن = 2 ~ 30) هو مادة صلبة عديمة اللون تسمى راتنجات الايبوكسي الصلبة.

يمكن أيضًا استخدام ثنائي الفينول غير ثنائي الفينول A (خاصة ثنائي الفينول F) أو ثنائي الفينول المبروم (على سبيل المثال، رباعي برومو ثنائي الفينول A) في الإيبوكسيد والبلمرة المسبقة الموصوفة أعلاه. بالمقارنة مع راتنجات البيسفينول A، فإن الراتنجات مثل Bisphenol F و Bisphenol H عادة ما تكون ذات لزوجة أقل ومتوسط ​​محتوى إيبوكسي أعلى لكل جرام، مما يؤدي إلى مقاومة كيميائية أفضل بعد المعالجة.

نظرًا لوجود راتنجات الإيبوكسي على شكل بوليمرات أو شبه بوليمرات أو أوليغومرات، فمن النادر العثور عليها كمواد نقية. يمكن الحصول على درجات نقاء أعلى من راتنجات الإيبوكسي في تطبيقات محددة، على سبيل المثال باستخدام عمليات التنقية بالتقطير. ومع ذلك، تميل راتنجات الإيبوكسي السائلة عالية النقاء إلى تكوين مواد صلبة بلورية بسبب بنيتها المنتظمة للغاية، وبالتالي تحتاج إلى صهرها حتى تتم معالجتها.

واحدة من أهم مؤشرات راتنجات الايبوكسي هي قيمة الايبوكسي، والتي تمثل محتوى مجموعات الايبوكسي. يتم التعبير عن قيمة الإيبوكسي بـ 'الوزن المكافئ للإيبوكسي'، أي النسبة بين الوزن الجزيئي وعدد مجموعات الإيبوكسي. يتم استخدام هذه المعلمة لحساب كمية عامل المعالجة المطلوبة أثناء عملية المعالجة. عادة ما يتم معالجة راتنجات الإيبوكسي باستخدام عوامل المعالجة المتكافئة أو القريبة من العناصر المتكافئة من أجل الحصول على أفضل الخصائص الفيزيائية.

تطبيقات راتنجات الايبوكسي

يتميز راتنجات الإيبوكسي بعزل كهربائي ممتاز، وخصائص فيزيائية وميكانيكية، ومجموعة متنوعة من خصائص ربط المواد، فضلاً عن مرونة استخدامه للتكنولوجيا غير المتوفرة في المواد البلاستيكية الأخرى المتصلدة بالحرارة. ولذلك، فإنه يستخدم على نطاق واسع في: الطلاء والمواد اللاصقة؛ صب قوالب الأجهزة الإلكترونية المختلفة، والدوائر المتكاملة، ومواد التعبئة والتغليف ولوحات الدوائر؛ تصنيع منتجات الأجزاء الصناعية؛ مواد العزل المائي يمكن استخدام تقوية هيكل البناء مع ألياف الكربون لتصبح مادة التسليح ذات قوة شد عالية جدًا.

• مواد البناء

لقد تم بحث وتطبيق راتنجات الإيبوكسي في مجال البناء لعقود من الزمن، ولها خصائص لاصقة ممتازة لمختلف مواد البناء، مع قوة عالية، ومقاومة التعب، ومقاومة الشيخوخة، ومقاومة التآكل، وما إلى ذلك. يمكن استخدام راتنجات الإيبوكسي كمواد مضافة لتعزيز الخواص الميكانيكية للملاط والخرسانة. يمكن استخدام راتنجات الايبوكسي كمادة مضافة لتعزيز الخواص الميكانيكية للملاط والخرسانة. يمكن استخدام راتنجات الإيبوكسي المعدلة لتعزيز الهيكل الخرساني، مثل تقوية قماش ألياف الكربون المعجون، وتقوية الألواح الفولاذية المعجونة، وتعزيز الزراعة، وإصلاح الشقوق والعيوب في الخرسانة، وما إلى ذلك، كما أنها الخيار الأول للمواد اللاصقة الهيكلية المواد المعترف بها في الصناعة.

• لاصق

تعد المواد اللاصقة الإيبوكسي جزءًا رئيسيًا من فئة 'المواد اللاصقة الهيكلية' أو 'المواد اللاصقة الهندسية'، والتي تشمل أيضًا البولي يوريثان، والأكريليك، والسيانواكريلات، وغيرها. تُستخدم هذه المواد اللاصقة عالية الأداء في صناعة الطائرات والسيارات والدراجات والقوارب ونوادي الجولف والزلاجات وغيرها من التطبيقات التي تتطلب روابط عالية القوة. يمكن للمواد اللاصقة الإيبوكسي أن تربط أي مادة تقريبًا، مما يوفر التصاقًا ممتازًا للخشب والمعادن والزجاج والحجر والبلاستيك، ويمكن جعلها مرنة أو صلبة، شفافة أو معتمة، ملونة، سريعة أو بطيئة الإعداد، حسب الحاجة. تعتبر المواد اللاصقة الإيبوكسي أفضل بكثير من أنواع المواد اللاصقة الأخرى من حيث المقاومة للحرارة والكيميائية.

• المعدات الكهربائية والإلكترونية

تلعب المواد المانعة للتسرب البلاستيكية والإيبوكسي والمواد اللاصقة الإلكترونية من فئة الرقائق دورًا رئيسيًا في صناعة الإلكترونيات، وهي مواد مهمة لضمان التنفيذ المستقر لوظائف الرقائق، مما يؤثر بشكل كبير على جودة أجهزة أشباه الموصلات. غالبًا ما يتم استخدامه في المحركات الكهربائية والمولدات والمحولات والمفاتيح الكهربائية ولوحات الدوائر المطبوعة وحزم أشباه الموصلات. تعتبر راتنجات الإيبوكسي عوازل كهربائية ممتازة، حيث تحمي المكونات الكهربائية من الدوائر القصيرة والغبار والرطوبة. في صناعة الإلكترونيات، تُستخدم راتنجات الإيبوكسي في التشكيل الزائد للدوائر المتكاملة والترانزستورات والدوائر المتكاملة الهجينة وفي صناعة لوحات الدوائر المطبوعة. أكبر نوع من لوحات الدوائر، FR-4، يتكون من قماش مصنوع من الألياف الزجاجية مع راتنجات الإيبوكسي المقاومة للحريق. نظرًا لأن جهاز أشباه الموصلات المغلف يحتاج إلى أن يكون قادرًا على تحمل اللحام بإعادة التدفق الخالي من الرصاص عند 260 درجة مئوية حتى بعد ارتفاع درجة الحرارة والرطوبة العالية، كما يجب أن تكون المادة المغلفة خالية من التصفيح أو التشقق والفشل الكهربائي بسبب الإجهاد المفرط أثناء في هذه العملية، يجب اجتياز مجموعة واسعة من الخواص الفيزيائية والكيميائية (طول التدفق، ومعامل التمدد الحراري، ودرجة حرارة التزجج، واللزوجة، وامتصاص الماء، وثابت العزل الكهربائي) لتحقيق أداء العملية بالإضافة إلى متطلبات أداء التطبيق.

• توليد طاقة الرياح

يمكن استخدام لاصق الربط الإيبوكسي في تركيب قسم الخرسانة الجاهزة لبرج توربينات الرياح، مع مادة راتنجات الإيبوكسي أداء ربط خرساني ممتاز، يمكن أن ينتج تكلفة أقل ومتانة أفضل لتوربينات الرياح؛ يمكن أن تنتج تركيبة راتنجات الإيبوكسي والألياف الزجاجية أو ألياف الكربون مواد مركبة عالية القوة وخفيفة الوزن، وهذه المواد مناسبة جدًا لتصنيع الشفرات الدوارة لتوربينات الرياح الأطول والأكثر كفاءة؛ يمكن أيضًا استخدام راتنجات الإيبوكسي كطلاءات واقية للأبراج الفولاذية ودعامات الركائز والأساسات الخرسانية، مما يطيل عمر المعدات ويقلل تكاليف الصيانة. يتم توصيل المولدات بالشفرات الدوارة بواسطة مجموعة نقل تعمل على تحويل طاقة الرياح الميكانيكية إلى كهرباء قابلة للاستخدام، وهي عملية تتطلب العزل الكهربائي والمقاومة العالية للحرارة لراتنجات الإيبوكسي. بالإضافة إلى ذلك، تُستخدم راتنجات الإيبوكسي في المحولات والبطانات والكابلات المركبة التي تربط توربينات الرياح بالشبكة. حاليًا، تمثل مكونات طاقة الرياح في أوروبا الجزء الأكبر من تطبيقات راتنجات الإيبوكسي، بحصة تبلغ حوالي 27٪ من السوق.

• الفضاء الجوي

في صناعة الطيران، تعتبر راتنجات الإيبوكسي مواد معالجة تفاعلية ممتازة، وعندما يتم دمجها مع مواد عالية الأداء مقواة بالألياف، تصبح مواد مصفوفة هيكلية لا يمكن استبدالها. تشمل مواد تقوية الألياف النموذجية الألياف الزجاجية وألياف الكربون وألياف الكيفلار وألياف البورون. تُستخدم راتنجات الإيبوكسي أيضًا كمواد لاصقة هيكلية للفضاء وتتفوق على معظم أنواع الراتنجات الأخرى من حيث الخواص الميكانيكية والمقاومة للهجوم البيئي.

وجد الباحثون أن الطلاء المركب المصنوع من الجرافين وراتنج الإيبوكسي الموجود على الشفرات الدوارة لأجنحة الطائرات يمكنه إزالة الجليد بشكل فعال، وقد أظهرت التجارب أن الطلاء لا يزال بإمكانه إذابة الجليد الذي يبلغ سمكه سنتيمترًا واحدًا على الشفرات الدوارة للأجنحة الموجودة أسفل الأجنحة. الظروف البيئية -20 درجة مئوية. تنتمي هذه الطريقة إلى نظام مكافحة التجمد النشط، وهو أكثر صداقة للبيئة من طريقة مكافحة التجمد الكيميائية. تنتمي هذه الطريقة إلى طريقة مكافحة الجليد النشطة في نظام إزالة الجليد، وهي أكثر صديقة للبيئة من طريقة مكافحة الجليد الكيميائية.

• المجسات الصناعية والمواد المركبة

لراتنج الإيبوكسي تطبيقات مهمة في الإنتاج الصناعي ويستخدم بشكل شائع في تصنيع أدوات الإنتاج مثل القوالب والنماذج الرئيسية والشرائح والمسبوكات والتركيبات. بالمقارنة مع المواد التقليدية مثل المعدن والخشب، فإن قوالب راتنجات الايبوكسي لا تعمل على تحسين الإنتاجية فحسب، بل تعمل أيضًا على تقليل التكاليف وتقصير دورات الإنتاج. كما أنها تستخدم على نطاق واسع في إنتاج الألياف المسلحة والأجزاء المركبة. على الرغم من أن راتنجات الإيبوكسي أكثر تكلفة من راتنجات البوليستر والفينيل إستر، إلا أن الأجزاء المركبة التي تنتجها عادة ما تكون ذات قوة أعلى ومقاومة للحرارة.

• تطبيقات الطلاء

يمكن استخدام طلاءات الإيبوكسي ثنائية المكونات على الركائز المعدنية في الصناعات الثقيلة، وتوفر هذه الطلاءات صلابة ومتانة أعلى من طلاءات المسحوق التقليدية المعالجة بالحرارة. يتم استخدام مسحوق الطلاء الإيبوكسي المترابط على نطاق واسع للحماية من التآكل للأنابيب الفولاذية والتجهيزات وكذلك قضبان تقوية الخرسانة في صناعات النفط والغاز والمياه الصالحة للشرب. تعتبر طلاءات الإيبوكسي أكثر مقاومة للحرارة مقارنة بدهانات اللاتكس والألكيد وتستخدم على نطاق واسع في التطبيقات الصناعية والسيارات. ويمكن استخدامه أيضًا كطبقة أولية لتحسين التصاق طلاءات السيارات والطلاءات البحرية، وهو مناسب بشكل خاص للحماية من الصدأ والتآكل على الأسطح المعدنية حيث تتطلب حماية عالية من التآكل. غالبًا ما يتم طلاء العلب والحاويات المعدنية بطبقة من راتنجات الإيبوكسي، خاصة لمنع التآكل المعدني الناجم عن المواد الغذائية الحمضية مثل الطماطم. بالإضافة إلى ذلك، يتم استخدام راتنجات الإيبوكسي في الأرضيات الزخرفية، مثل التيرازو والحجر المسحوق والأرضيات المجمعة الملونة، مما يوفر تأثيرًا زخرفيًا يجمع بين الجمالية والمتانة.

• صناعة السفن

هناك نوعان من الاستخدامات الرئيسية لراتنجات الايبوكسي في القطاع البحري. أحدهما هو أن راتنجات الإيبوكسي تستخدم في تصنيع المكونات التي تتطلب قوة عالية أو نسب وزن لأنها تتمتع بخصائص ميكانيكية أفضل من راتنجات البوليستر الأكثر شيوعًا. والثاني هو أن قوة الإيبوكسي العالية، وقدرته الجيدة على سد الفجوات، والتصاقه الممتاز بمجموعة متنوعة من المواد، بما في ذلك الخشب، تجعله من أهم المواد المستخدمة في بناء السفن.

تُستخدم راتنجات الإيبوكسي أيضًا بشكل شائع في إصلاح السفن، حيث يتم استخدامها لإصلاح السفن وتجميعها، تليها طبقة طلاء مع حماية من الأشعة فوق البنفسجية لمزيد من الحماية.

• البترول والبتروكيماويات

تلعب راتنجات الإيبوكسي أيضًا دورًا مهمًا في قطاع البترول. يتم استخدامه لمعالجة الطبقات الانتقائية التي تولد محلول ملحي زائد في الخزانات المسدودة، وبالتالي تقليل تفجرات الآبار وزيادة إنتاج النفط الخام، وهي تقنية تعرف باسم 'معالجة التوصيل'.

• عالم الفن

يمكن استخدام راتنجات الإيبوكسي الممزوجة بالأصباغ كوسيلة للرسم لتشكيل صورة كاملة عن طريق وضعها فوق بعضها البعض. تستخدم راتنجات الايبوكسي أيضًا في تزيين الأعمال الفنية والأثاث. مع تشطيب سلس ولامع يمكن تشكيله في مجموعة متنوعة من الأشكال، فإن الإيبوكسي هو المادة المفضلة لإنشاء قطع بسيطة في تصميم الأثاث الحديث.

في المستقبل، سوف نستمر في تكريس أنفسنا للأبحاث المبتكرة في بناء التعزيزات الهيكلية والصيانة، وتحسين جودة المواد لدينا باستمرار. كل مشروع هو استمرار لالتزامنا وممارسة معايير الصناعة. نحن على ثقة من أنه من خلال العمل الجاد والابتكار، فإن التعزيز الهيكلي سوف يؤدي إلى غد أكثر موثوقية واستدامة. شكرا لك على القراءة والمشاركة والاهتمام!

تلعب راتنجات الإيبوكسي دورًا حيويًا في صناعة الإلكترونيات نظرًا لخصائصها الفيزيائية والميكانيكية الممتازة وعزلها الكهربائي والتصاقها بالمواد المختلفة. خاصة في مجال التغليف الإلكتروني، فإن استخدام راتنجات الإيبوكسي لا يضمن فقط تحقيق مستقر لوظيفة الرقاقة، ولكنه يؤثر أيضًا بشكل كبير على جودة أجهزة أشباه الموصلات. في مثل هذه الخلفية، عجينة الفوسفور الأحمر RP-EP من راتنجات الايبوكسي المطلية بالفوسفور الأحمر التي طورتها يينسو تعد شركة Flame Retardant Company مناسبة بشكل خاص لمواد الختم البلاستيكية الإيبوكسي الإلكترونية بخصائصها مثل اللزوجة العالية والثبات. إن تطوير هذه المادة لا يلبي طلب صناعة الإلكترونيات على العبوات عالية الأداء فحسب، بل يفتح أيضًا إمكانيات جديدة لتطبيق راتنجات الإيبوكسي، مما يشير إلى أن التعزيز الهيكلي والمواد المغلفة الإلكترونية سوف تتحرك نحو مستقبل أكثر موثوقية ودائمة.