این مقاله یک روش سنتز آسان برای یک رزین اپوکسی چهار عملکردی مبتنی بر زیست ارائه می‌کند و کاربرد بالقوه آن را به عنوان یک ماتریس رزین کامپوزیتی با کارایی بالا بررسی می‌کند.
هدف محققان ایجاد رزین اپوکسی است که از منابع تجدیدپذیر به دست می‌آید، برخلاف رزین‌های سنتی مبتنی بر نفت. آنها از یک ترکیب زیستی به نام ایتاکونیک اسید به عنوان ماده اولیه برای سنتز استفاده کردند. فرآیند سنتز شامل واکنش‌های استریفیکاسیون و اپوکسیداسیون بود که منجر به تشکیل رزین اپوکسی چهار عملکردی شد.
رزین اپوکسی سنتز شده با استفاده از تکنیک‌های مختلفی مانند طیف‌سنجی فروسرخ تبدیل فوریه (FTIR) و طیف‌سنجی تشدید مغناطیسی هسته‌ای (NMR) مشخص شد. نتایج سنتز موفق رزین اپوکسی چهار عملکردی مورد نظر را تایید کرد.
برای ارزیابی کاربرد بالقوه آن به عنوان یک ماتریس رزین کامپوزیت، محققان کامپوزیت های اپوکسی را با ترکیب مقادیر مختلف فیبر کربن در رزین تهیه کردند. سپس خواص مکانیکی این کامپوزیت ها از جمله استحکام کششی، مقاومت خمشی و مقاومت در برابر ضربه مورد آزمایش قرار گرفت.
نتایج نشان داد که رزین اپوکسی چهار عملکردی مبتنی بر زیستی خواص مکانیکی بسیار خوبی در مقایسه با رزین‌های سنتی مبتنی بر نفت از خود نشان می‌دهد. استحکام کششی و مقاومت خمشی کامپوزیت ها با افزایش محتوای فیبر کربن افزایش یافت. علاوه بر این، مقاومت در برابر ضربه به طور قابل توجهی در مقایسه با رزین های مبتنی بر نفت بهبود یافته است.
علاوه بر این، آنالیز حرارتی نشان داد که رزین اپوکسی سنتز شده دارای پایداری حرارتی خوبی است و آن را برای کاربردهای با دمای بالا مناسب می‌سازد. محققان همچنین آزمایش‌های جذب آب را انجام دادند و دریافتند که کامپوزیت‌ها نرخ جذب آب پایینی دارند که نشان‌دهنده مقاومت خوب در برابر رطوبت است.
به طور کلی، این مطالعه یک روش سنتز آسان برای یک رزین اپوکسی چهار عملکردی مبتنی بر زیستی را نشان می‌دهد و پتانسیل آن را به عنوان یک ماتریس رزین کامپوزیتی با کارایی بالا برجسته می‌کند. استفاده از منابع تجدیدپذیر در تولید آن، آن را به جایگزینی سازگار با محیط زیست برای رزین های سنتی مبتنی بر نفت تبدیل می کند.
روش ساخت این رزین اپوکسی بیوبیس شامل دو مرحله است. در مرحله اول، گروه هیدروکسیل فعال شده با استفاده از تجزیه آنژیدین به دست می‌آید. در این فرآیند، گروه هیدروکسیل فعال شده با استفاده از تجزیه آنژیدین به دست می‌آید.
مراحل انجام رزین روش کار در این مقاله به شرح زیر است: 1. تهیه مواد اولیه: در ابتدا، مواد اولیه برای سنتز رزین تترا-کاربردی بیوبیس (bio-based tetra-functional epoxy resin) تهیه می‌شود. این مواد شامل گلیسید (glycidyl ether) و گلیسید کاربنات (glycidyl carbonate) است. 2. سنتز رزین: با استفاده از روش هیدروکسی‌پروپان-فتالئید (hydroxypropyl phthalide)، رزین تترا-کاربردی بیوبیس سنتز می‌شود. در این فرآیند، گلیسید و گلیسید کاربنات با هیدروکسی‌پروپان-فتالئید واکنش داده و رزین تترا-کاربردی بدست می‌آید. 3. شناسایی و تجزیه: پس از سنتز، رزین به منظور شناسایی و تجزیه به دستگاه‌های آنالیز شامل طیف سنج جذبی فروسرخ (FTIR)، طیف سنج هسته‌ای مغناطیسی (NMR) و آنالیز حرارتی (TGA) ارسال می‌شود. این تجزیه‌ها به منظور تعیین ساختار شیمیایی، خواص حرارتی و وزن مولکولی رزین استفاده می‌شوند. 4. بررسی خواص: خواص رزین تترا-کاربردی بدست آمده شامل خواص مکانیکی، حرارتی و الکتریکی است. این خواص با استفاده از آزمون‌های مختلف نظیر آزمون کشش، آزمون تغیرات حجم در دمای بالا (TMA) و آزمون هدایت الکتریکی بررسی می‌شود. 5. کاربردهای پتانسیل: در نهایت، رزین تترا-کاربردی بدست آمده به عنوان چسب با عملکرد بالا در سامانه‌های کامپوزیتی استفاده می شود.
منبع بیولوژیک معمولاً گلایسید است که به صورت شیرین‌کننده طبیعی در گل ها و گلاب ها وجود دارد. گلایسید با فرآورده‌گیری و پالایش تبدیل به گلایسید اپوکسید می‌شود. سپس، سنتز رزین اپوکسید با استفاده از گلایسید اپوکسید و عامل پخت مناسب صورت می‌گیرد. در این فرآیند، گروه‌های هیدروکسی القاء شده در ساختار گلایسید با گروه‌های اپوکسید واکنش می‌دهند و رزین اپوکسید تشکیل می‌شود. این رزین دارای چهار عملکرد است که به طور خاص برای کاربردهای کامپوزیت با عملکرد بالا مناسب است.
در مرحله بعد، رزین اپوکسید سنتز شده به عنوان ماتریس رزین در کامپوزیت های پیشرفته استفاده می‌شود. برای این منظور، رزین اپوکسید با تقویت کننده‌های مختلف (مانند الیاف شیشه، الیاف کربن، نانولوله های کربن و ...) تقویت شده و به صورت لایه‌ای در قالب های مختلف قرار می‌گیرد. سپس فرآیندهای پخت و فشار دادن صورت گرفته و کامپوزیت نهایی حاصل می‌شود. روش آزمایشگاهی در این مقاله شامل تجزیه و تحلیل خصوصیات فیزیکی و شیمیایی رزین اپوکسید ساخته شده است.
لینک کامل مقاله به زبان اصلی
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359836821001414