Epoksihartsi

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 2. huhtikuuta 2022 tarkistetusta versiosta . tarkastukset vaativat 3 muokkausta .

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] .

Ominaisuudet

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 :

Myrkyllisyys

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] .

Muutos

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. .

Haetaan

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).

Sovellus

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

Polyepoksi- ja epoksihartsien kemiallinen kestävyys

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)

Katso myös

Muistiinpanot

  1. 1 2 3 Dmitri Starokadomsky. Epoksin pitkä ikä  // Tiede ja elämä . - 2018. - Nro 1 . - S. 66-69 .
  2. 1 2 3 Mollenhauer HH (1993). "Dehydraatiosta ja epoksin upottamisesta transmissioelektronimikroskoopissa aiheuttamat artefaktit". Mikroskoopin tutkimus ja tekniikka . 26 (6): 496-512. DOI : 10.1002/jemt.1070260604 . PMID  8305727 .
  3. 1 2 Glauert AM, Lewis PR Upotus epoksihartseihin // Biologisen näytteen valmistelu transmissioelektronimikroskoopia varten. - Princeton University Press, 1999. - P. 1173-1202. — ISBN 9781400865024 . doi : 10.1515 / 9781400865024.175 .
  4. 1 2 Ringo DL, Brennan EF, Cota-Robles EH (1982). "Epoksihartsit ovat mutageenisia: vaikutuksia elektronimikroskooppeihin". Journal of Ultrastructure Research . 80 (3): 280–287. DOI : 10.1016/s0022-5320(82)80041-5 . PMID  6752439 .
  5. 1 2 Borgstedt HH, Hine CH Myrkyllisyys, vaarat ja turvallinen käsittely // Epoxy Resins: Chemistry and Technology / toim. kirjoittanut C. A. May. - 2. - 1988. - P. 1173-1202. — ISBN 9781351449953 . - doi : 10.1201/9780203756713-15 .
  6. Henriks-Eckerman M.-L., Mäkelä EA, Suuronen K. (2015). "Epoksihartsin ja diamiinikovetteiden tunkeutumisen testaus suojakäsine- ja vaatetusmateriaalien kautta" (PDF) . Annals of Occupational Hygiene . 59 (8): 1034-1043. doi : 10.1093/annhyg/ mev040 . PMID26130079 _ _ 
  7. 1 2 Tekniset tiedot (TIB): Epoksihartsijärjestelmien turvallinen käsittely . Wolverine Coatings Corp.
  8. 1 2 A. F. Nikolaev, V. K. Kryzhanovsky, V. V. Burlov ym. Polymeerimateriaalien teknologia / Toim. V. K. Kryzhanovski. - Pietari. : Ammatti, 2008. - 544 s.
  9. Kovettimet epoksihartseille
  10. Nykyaikaiset epoksihartsikovettimet
  11. Epoksihartsi
  12. Khozin V.G. Epoksipolymeerien vahvistus. - Kazan: PIK "House of Printing", 2004. - 446 s.

Kirjallisuus

Linkit