Epoksihartsi - oligomeerit , jotka sisältävät epoksiryhmiä ja jotka pystyvät muodostamaan silloitettuja polymeerejä kovettimien (polyamiinit jne.) vaikutuksesta . Yleisimmät epoksihartsit ovat epikloorihydriinin polykondensaatiotuotteita fenolien kanssa , useimmiten bisfenoli A :n kanssa. Bisfenoli A:han perustuvia hartseja kutsutaan usein epoksidiaaniksi venäläisen kemistin A. P. Dianinin kunniaksi , joka ensimmäisenä sai bisfenoli A:n [1] .
Epoksihartsit kestävät halogeeneja , jotkin hapot (vahvat hapot, erityisesti hapettavat hapot, ovat huonosti kestäviä), emäksiä , niillä on korkea tarttuvuus metalleihin . Epoksihartsi näyttää merkistä ja valmistajasta riippuen läpinäkyvältä keltaoranssilta hunajaa muistuttavalta nesteeltä tai tervaa muistuttavalta ruskealta kiinteältä massalta . Nestemäisellä hartsilla voi olla hyvin erilainen väri - valkoisesta ja läpinäkyvästä viininpunaiseen (epoksidoidulle aniliinille).
Seuraavat ominaisuudet ovat puhdasta, modifioimatonta hartsia ilman täyteaineita :
Vaikka harkitaan oikein kovettunutta epoksia[ kenen toimesta? ] on täysin vaaraton normaaleissa olosuhteissa, sen käyttö on hyvin rajoitettua, koska teollisissa olosuhteissa kovetettaessa epoksihartsiin jää tietty määrä soolifraktiota, liukoista jäännöstä. Se voi aiheuttaa vakavia terveyshaittoja, jos se pestään pois liuottimilla ja joutuu kehoon. Kovettamattomat epoksihartsit ovat melko myrkyllisiä ja voivat myös olla haitallisia terveydelle. Mutta haitallisimpia ovat monet kovettimet, mukaan lukien yleisimmin käytetty huoneenlämmössä kovettunut - amiini.
Epoksihartsit ovat mutageenisia , ja joidenkin hartsien komponenttien on todettu olevan syöpää aiheuttavia [2] [3] . Jossain määrin myös itse epoksirenkaalla voi olla nämä ominaisuudet , koska se pystyy sitoutumaan DNA :han [4] . Jotkut hartsit aiheuttavat allergioita joillekin ihmisille. Epoksihartsien yleisin haitallinen vaikutus on kehon ihon ärsytys [5] . Ne ovat työperäisen allergisen kosketusihottuman tärkeimpiä syitä [6] . Epoksihartsien kovettimina käytetään useimmiten amiineja , jotka ovat myös myrkyllisiä ja ärsyttävät [5] [3] [7] . Epoksien kanssa työskentely vaatii läpäisemättömiä käsineitä (vaihdetaan, kun ne ovat saastuneet hartseilla, koska monet niiden komponentit tunkeutuvat ohuen muovin läpi), hengityssuojainta ja hyvää ilmanvaihtoa. Vähemmän viskoosien hartsien myrkyllisyys on yleensä korkeampi kuin viskoosisempien [2] [4] [7] .
Epoksihartsit ovat muunnettavissa. Tee ero kemiallisen ja fysikaalisen muuntamisen välillä.
Ensimmäinen on muuttaa polymeeriverkoston rakennetta lisäämällä yhdisteitä, jotka on rakennettu sen koostumukseen. Esimerkiksi laproksidien (glysidyyliryhmiä sisältävien alkoholien polyeettereitä, esim. glyserolianhydridi) lisääminen funktionaalisuudesta ja molekyylipainosta riippuen antaa kovettuneelle hartsille elastisuutta lisäämällä solmuvälikappaleen molekyylipainoa, mutta alentaa sen vedenkestävyys. Organohalogeeni- ja fosforiyhdisteiden lisääminen parantaa hartsin palamattomuutta. Fenoli-formaldehydihartsien lisääminen mahdollistaa epoksihartsin kovetuksen suoralla kuumentamalla ilman kovetinta, lisää jäykkyyttä, parantaa kitkanesto-ominaisuuksia, mutta vähentää iskulujuutta [8] .
Fysikaalinen modifiointi saadaan aikaan lisäämällä hartsiin aineita, jotka eivät sido kemiallisesti sideaineeseen. Esimerkiksi kumin lisääminen voi lisätä kovettuneen hartsin sitkeyttä. Kolloidisen titaanidioksidin lisääminen lisää sen taitekerrointa ja tekee siitä läpäisemättömän ultraviolettisäteilylle. .
Sveitsiläinen kemisti Kastan hankki epoksihartsin ensimmäisen kerran vuonna 1936 [1] .
Epoksihartsia saadaan polykondensoimalla epikloorihydriiniä eri orgaanisten yhdisteiden kanssa: fenolista ruokaöljyihin , kuten soijapapuun . . Tätä prosessia kutsutaan epoksidaatioksi.
Arvokkaita epoksihartseja saadaan tyydyttymättömien yhdisteiden katalyyttisellä hapetuksella. Tällä tavalla saadaan esimerkiksi sykloalifaattisia hartseja, jotka ovat arvokkaita siinä mielessä, että ne eivät sisällä lainkaan hydroksyyliryhmiä ja ovat siksi erittäin vedenkestäviä, jäljitys- ja valokaarenkestäviä .
Hartsin käytännön käyttöä varten tarvitaan kovettaja. Kovetin voi olla polyfunktionaalinen amiini tai anhydridi, joskus happo. Käytetään myös kovettuvia katalyyttejä - Lewis-happoja ja tertiaarisia amiineja, jotka yleensä estetään kompleksinmuodostajalla, kuten pyridiinillä. Kovettimen kanssa sekoittamisen jälkeen epoksihartsi voidaan kovettaa - siirtää kiinteään, sulamattomaan ja liukenemattomaan tilaan. Jos kyseessä on polyeteenipolyamiini (PEPA), hartsi kovettuu vuorokaudessa huoneenlämmössä. Anhydridikovettimet vaativat 10 tuntia aikaa ja kuumennuksen 180 °C:seen lämpökammiossa (ja tämä tapahtuu ottamatta huomioon kaskadilämmitystä 150 °C:sta).
Epoksihartseja käytetään erityyppisten liimojen , muovien , sähköeristyslakkojen , tekstioliittien ( lasi- ja hiilikuituvahvisteisten muovien ), valuyhdisteiden ja muovisementtien valmistukseen [ 1] .
Epoksihartsien pohjalta valmistetaan erilaisia materiaaleja, joita käytetään eri teollisuudenaloilla. Hiilikuitu ja epoksi muodostavat hiilikuitua (käytetään rakennemateriaalina useilla aloilla: lentokoneiden valmistuksesta (katso Boeing 777 ) autoteollisuuteen ). Epoksihartsikomposiittia käytetään maasta avaruuteen rakettien kiinnityspultteissa .Kevlar-kuitua sisältävä epoksihartsi on materiaali vartalosuojan luomiseen.
Usein epoksihartseja käytetään epoksiliima- tai kyllästysmateriaalina - yhdessä lasikuidun kanssa erilaisten koteloiden valmistukseen ja korjaukseen tai tilojen vedeneristykseen, sekä edullisin tapa valmistaa lasikuitutuote jokapäiväisessä elämässä , molemmat heti valmiina sen jälkeen muovaus ja mahdollisuus lisäleikkaukseen ja hiontaan.
Lasikuidusta epoksihartsilla valmistetaan erittäin voimakkaita iskuja kestäviä veneen runkoja, erilaisia osia autoihin ja muihin ajoneuvoihin.
Täytteenä ( tiivisteaineena ) erilaisille levyille , laitteille ja laitteille.
Epoksihartsit ovat transmissioelektromikroskopian valumateriaalien pääluokka : ne säilyttävät hyvin esineiden ultrarakenteen , ovat helppoja leikata , kutistuvat vähän ja ovat melko vakaita elektronisuihkun alla. Toisaalta ne eivät aina kyllästä kankaita hyvin ja ovat melko myrkyllisiä [2] .
Epoksihartseja käytetään myös rakentamisessa.
Epoksihartseista valmistetaan monenlaisia esineitä (esimerkiksi suukappaleita ), erilaisia matkamuistoja ja koruja.
Epoksihartseja käytetään kotitalousliimoina . Epoksin käyttö on melko helppoa. Epoksin sekoitus kovettimeen tehdään yleensä hyvin pieninä määrinä (useita grammoja), joten sekoitus tapahtuu huoneenlämmössä eikä aiheuta ongelmia, hartsin/kovetteen tarkka suhde sekoituksen aikana riippuu epoksin tai kovettimen valmistajasta, vain tulee käyttää niitä suhteita, joita valmistaja suosittelee, koska kovettumisaika ja tuloksena olevan tuotteen fysikaaliset ominaisuudet riippuvat tästä - poikkeama halutusta suhteesta johtaa yleensä kovettumisajan muutokseen ja materiaalin lopullisten ominaisuuksien muutos - pienemmällä määrällä kovetinta kovettumisaika pitenee siihen asti, että kiinteää materiaalia ei voida saada kokonaan, suuremmalla kovetinmäärällä - seoksen kuumentaminen vaahtoamiseen ja äkilliseen kovettumiseen ja erittäin hauras materiaali.
Käytetään seuraavia kovettimia: kylmätrieteenitetramiinin (TETA) kovettimet ( eng. trietyleenitetramiini ), polyeteenipolyamiinin (PEPA) ( eng. polyetyleeni -imiini ), polysebasiinianhydridin ja kuumakovettuvan maleiinihappoanhydridin (DETA) [9] [10] .
Yleisimmät hartsin ja kovettimen suhteet vaihtelevat välillä 1:0,4 - 1:0,1, mutta on myös vaihtoehtoja 1:1, 1:0,5 ja jopa 1:0,05. Valmistajat suosittelevat erikoislaitteiden käyttöä, kun sekoitetaan suuri määrä hartsia tai sekoitetaan ja kaadetaan useissa vaiheissa. Riippuen epoksihartsin ominaisuuksista, suuri määrä sitä yhdessä kovettimen kanssa voi saada hartsin kiehumaan, jolloin ilmaantuu liikaa kuplia [11] . Tämä ominaisuus on luontainen amiinikovettimilla kovetetuille epoksihartseille, ja se riippuu myös voimakkaasti kovettuneen hartsin tilavuuden ja pinta-alan suhteesta, esimerkiksi 1 litra hartsin ja kovettimen seosta säiliössä, jonka mitat ovat 10 × 10 × 10 cm tulee erittäin kuumaksi ja kiehuu, mutta sama määrä hartsia levitettynä 10 neliömetrin pinnalle kovettuu tavallisessa 24 tunnissa ilman havaittavaa kuumenemista.
Epoksihartsien pääasialliset käyttöalueet [12] : | ||||
---|---|---|---|---|
Sovellusteollisuus | Epoksimateriaalien päätyypit | Päätarkoitus | Edulliset indikaattorit | Sovelluksen taloudellinen vaikutus, joka liittyy materiaalin hintaan |
Rakentaminen | Polymeeribetonit, yhdisteet, liimat | Tiemerkintälistat, lattialaatat, itsetasoittuvat tasoitteet | Fysikaaliset ja mekaaniset ominaisuudet, kulutus- ja kemiallinen kestävyys, pölyttömyys, hyvä tarttuvuus | 3-29 |
Pinnoitteet (maali ja lakka, jauhe, vesidispersio) | Koristeellinen verhous ja suojatoiminnot | Matala kutistuvuus, kemiallinen kestävyys | ||
Sideaineet lasille ja hiilikuidulle | Teräsbetonirakenteiden, teiden, lentokenttien korjaus. Siltarakenteiden liimaus ja paljon muuta. Kemikaalituotannon pakoputket ja kapasiteetit. Putket | Säänkestävyys, kemikaalinkestävyys, lujuus, lämmönkestävyys | ||
Sähkötekniikka ja radiotekniikka | Seokset, lujitemuovien sideaineet, pinnoitteet, puristusmateriaalit, vaahdot | Tiivistystuotteet, sähköeristysmateriaalit (lasikuitu ja muut). Muuntajien täyttö ja paljon muuta. Sähköeristys- ja suojapinnoitteet. | Radioläpinäkyvyys, korkeat dielektriset arvot, alhainen kovettumiskutistuminen, ei haihtuvia kovettuvia tuotteita | 0,1 - 7,0; 300-800 (elektroniikka) |
Laivanrakennus | Lasikuitujen sideaineet | Potkurit, kompressorin lavat | Vahvuus, kavitaatiokestävyys | 75 |
Pinnoitteet nestemäisistä pinnoitteista ja jauheista | Alukset kaasuille ja polttoaineille | Veden, kemikaalien, kulutuskestävyys | ||
Syntaktiset vaahdot | Potkurin vaipat | Iskunkestävyys matalissa lämpötiloissa | ||
Konetekniikka, mukaan lukien autoteollisuus | Seokset, Maalit ja lakat, Liimat | Muovattujen tuotteiden, muottien, muottien, työkalujen, työkalujen (mallit, kopiokoneet jne.) vikojen korjaus ja korjaus | Lujuus, kovuus, kulutuskestävyys, mittapysyvyys | 3.1 - 15.0 |
Polymeeribetonit | Työstökoneiden ohjaimet, tarkkuuskoneen alustat | Lämmönkestävyys, hyvä tarttuvuus alustoihin ja täyteaineisiin, toiminnalliset ja kitkaa estävät ominaisuudet | 320 (raskaat koneet) | |
Sideaineet lujitemuoville | Säiliöt, putket lasikuitu "märkä" käämitys | Kemiallinen kestävyys, iskunkestävyys | ||
Puristusmateriaalit ja jauheet | Laakerit ja muut kitkaa estävät materiaalit, jouset, epoksimuovista valmistetut jouset, sähköä johtavat materiaalit | |||
Lento- ja rakettitiedettä | Sideaine lujitelasille ja orgaanisille muoveille | Suihkumoottoreiden siipien, rungon, emennagin, suutinkartioiden ja staattorien voimarakenteet ja -kalvot | Suuri ominaislujuus ja jäykkyys, radion läpinäkyvyys, ablatiiviset ominaisuudet (lämpösuojaus) | |
Suojaavat pinnoitteet | Helikopterin terät, raketin polttoainesäiliöt, suihkumoottorin kotelo, painekaasusylinterit | Polttoaineen vastus |
Alla olevassa taulukossa kuvataan polyepoksi- ja epoksihartsien kemiallinen kestävyys monille aineille.
Polyepoksi- ja epoksihartsien kemiallinen kestävyys | |
---|---|
Kemiallinen aine | Kemikaaliresistanssi |
Typpihappo | epävakaa aine |
Amyyliasetaatti | Erinomainen (t < +22 °C) |
Amiinit | Erinomainen (t < +22 °C) |
Ammoniakki 10 % | Erinomainen (t < +22 °C) |
nestemäinen ammoniakki | Erinomainen (t < +22 °C) |
Aniliini | Siedettävä (t < +22 °C) |
natriumasetaattia | Erinomainen |
Asetyleeni | Erinomainen |
Asetoni | epävakaa aine |
Bensiini | Erinomainen |
Bentseeni | Erinomainen (t < +22 °C) |
Bertoletovan suola | Erinomainen |
Kaliumbikarbonaatti | Erinomainen |
Natriumbikarbonaatti | Erinomainen |
natriumbisulfaatti | Erinomainen |
kalsiumbisulfiitti | Erinomainen (t < +22 °C) |
Boorihappo | Erinomainen (t < +22 °C) |
Bromi | epävakaa aine |
kaliumbromidi | Erinomainen |
100 % bromivetyhappo | epävakaa aine |
booraksi ( natriumpyroboraatti ) | Erinomainen (t < +22 °C) |
Butadieeni ( divinyyli ) | Erinomainen (t < +22 °C) |
Butaani (kaasu) | Erinomainen (t < +22 °C) |
Butyyliasetaatti | Hyvä (t < +22 °C) |
Viinihappo | Erinomainen |
Heksaani | Hyvä |
hydraulinen neste | Erinomainen |
Heksafluoripiihappo | Siedettävää |
Heptaani | Erinomainen |
ammoniumhydroksidi | Erinomainen (t < +22 °C) |
bariumhydroksidi | Erinomainen (t < +22 °C) |
Kaliumhydroksidi | Erinomainen |
kalsiumhydroksidi | Erinomainen (t < +22 °C) |
magnesiumhydroksidi | Erinomainen |
Natriumhydroksidi , 50 % | Hyvä (t < +50 °C) |
kalsiumhypokloriitti | Erinomainen (t < +22 °C) |
Natriumhypokloriitti 100 % | epävakaa aine |
Glyseroli | Erinomainen |
Glukoosi | Hyvä |
Diesel polttoaine | Erinomainen (t < +22 °C) |
rikkidioksidi | Erinomainen (t < +22 °C) |
Tislattu vesi | Erinomainen |
Dikloorietaani | Hyvä (t < +50 °C) |
Kaliumdikromaatti | Siedettävää |
Parkkihappo | Erinomainen |
mustekiveä | Erinomainen (t < +22 °C) |
Rasvahappo | Erinomainen (t < +22 °C) |
alumiinihydroksidi | Hyvä (t < +22 °C) |
Isopropyylialkoholi | Erinomainen |
ammoniumkarbonaatti | Erinomainen (t < +22 °C) |
bariumkarbonaatti | Erinomainen (t < +22 °C) |
Kaliumkarbonaatti | Erinomainen |
Kalsiumkarbonaatti | Erinomainen (t < +22 °C) |
Sooda | Siedettävä (t < +22 °C) |
Risiiniöljy | Erinomainen |
Kerosiini | Erinomainen |
ksyleeni | Erinomainen |
Teollisuusbensiini | Erinomainen |
Sitruunahappo | Erinomainen (t < +22 °C) |
Maleiinihappo | Erinomainen |
Voihappo | Siedettävä (t < +22 °C) |
Metyylialkoholi | Hyvä (t < +22 °C) |
Metyylietyyliketoni | Siedettävä (t < +22 °C) |
Maitohappo | Hyvä (t < +22 °C) |
Merivesi (suolavesi). | Erinomainen |
Virtsa | Erinomainen |
Muurahaishappo | Siedettävä (t < +22 °C) |
Saippua | Erinomainen |
Naftaleeni | Erinomainen |
ammoniumnitraatti | Erinomainen (t < +22 °C) |
kaliumnitraatti | Erinomainen |
magnesiumnitraatti | Erinomainen |
kuparinitraatti | Erinomainen (t < +22 °C) |
natriumnitraatti | Erinomainen |
Hopeanitraatti | Erinomainen |
Öljyhappo | Erinomainen |
Vetyperoksidi 10 % | Siedettävä (t < +22 °C) |
Olut | Erinomainen (t < +22 °C) |
Pikriinihappo | Erinomainen |
Fluorivetyhappo 75 % | Hyvä (t +22 °C) |
propaani neste | Erinomainen |
lentopetrolia | Erinomainen |
Merkurius | Erinomainen |
Tuore vesi | Erinomainen |
rikkihappo 75-100 % | Siedettävä (t < +22 °C) |
rikkivety | Erinomainen |
natriumsilikaatti | Erinomainen |
kloorivetyhappo 20 % | Hyvä (t < +22 °C) |
Steariinihappo | Hyvä |
alumiinisulfaatti | Erinomainen (t < +22 °C) |
Ammoniumsulfaatti | Erinomainen (t < +22 °C) |
bariumsulfaatti | Siedettävä (t < +22 °C) |
rautasulfaatti | Erinomainen (t < +22 °C) |
kaliumsulfaatti | Erinomainen |
kalsiumsulfaatti | Erinomainen (t < +22 °C) |
Magnesium sulfaatti | Erinomainen |
Natriumsulfaatti | Erinomainen |
Nikkelisulfaatti | Erinomainen |
bariumsulfidi | Hyvä (t < +22 °C) |
natriumsulfiitti | Erinomainen |
Tärpätti | Hyvä |
hiilitetrakloridi | Erinomainen (t < +22 °C) |
Natriumtiosulfaatti | Erinomainen |
Tolueeni | Hyvä (t < +22 °C) |
Hiilidioksidi | Hyvä (t < +22 °C) |
Hiilidioksidi | Erinomainen (t < +22 °C) |
magnesiumkarbonaatti | Erinomainen |
Etikka | Erinomainen |
Etikkahappo , 20 % | Erinomainen |
Etikka lyijyä | Erinomainen |
Fenoli ( oksibentseeni ) | Hyvä |
Formaldehydiä 40 % | Erinomainen (t < +22 °C) |
ammoniumfosfaatti | Erinomainen (t < +22 °C) |
Fosforihappo | Hyvä |
Freon | Erinomainen |
alumiinifluoridi | Hyvä (t < +22 °C) |
Fluori kaasumainen | epävakaa aine |
natriumfluoridi | Erinomainen |
alumiinikloridi | Erinomainen (t < +22 °C) |
ammoniumkloridi | Erinomainen (t < +22 °C) |
bariumkloridi | Erinomainen (t < +22 °C) |
Rautakloridi | Erinomainen (t < +22 °C) |
kaliumkloridi | Erinomainen |
Kalsiumkloridi | Erinomainen (t < +22 °C) |
magnesiumkloridi | Erinomainen |
kuparikloridi | Erinomainen |
Natriumkloridia | Erinomainen |
Nikkelikloridi | Erinomainen |
sinkkikloridi | Erinomainen |
rautakloridi | Erinomainen (t < +22 °C) |
Tinakloridi | Erinomainen |
natriumsyanidi | Erinomainen |
Vetysyanidi | Erinomainen |
Oksaalihappo | Erinomainen |
etyyliasetaatti | Siedettävä (t < +22 °C) |
etyleeniglykoli | Siedettävä (t < +22 °C) |
Etanoli | Erinomainen (t < +50 °C) |
etyylikloridi | Erinomainen (t < +22 °C) |
Sanakirjat ja tietosanakirjat | |
---|---|
Bibliografisissa luetteloissa |
|