Tužidlo pro epoxidovou pryskyřici: složení

Epoxidová pryskyřice je oblíbeným materiálem aktivně používaným v různých průmyslových odvětvích. Epoxid se také úspěšně používá v kreativitě k vytváření různých suvenýrů, dekorací a řemesel. Jedná se o oligomerní, syntetickou látku, která všechny své deklarované kvality získává pouze působením katalyzátoru. Jeho úlohou je tvrdidlo pro epoxidovou pryskyřici, kterou lze vyrábět v různých modifikacích.

Hlavní funkce tvrdidla-katalyzátoru pro epoxid

Pokud konvenční základní nátěry a různé barvy a laky ztvrdnou po odpaření kapaliny v kompozici, pak epoxidová pryskyřice ztvrdne pouze tehdy, když se k ní přidá tvrdidlo. Proto je epoxid klasifikován jako dvousložková kompozice.

Tužidlo působí jako chemický urychlovač. reakce a je plnohodnotným účastníkem polymerace.

Složení tvrdidla pro epoxidovou pryskyřici zahrnuje různé kyselé složky – anhydrity, stejně jako aminy a diaminy. Během pracovního procesu je velmi důležité přidat přesně stanovené množství urychlovače. Je to přesnost proporcí, která určuje budoucí vlastnosti epoxidu:

• období vytvrzování;
• úroveň transparentnosti;
• trvanlivost;
• jednotnost složení;
• tvrdost hmoty.

Pouze správný poměr katalyzátoru a pryskyřice vytváří vysoce kvalitní termoaktivní kompozici. S takovými deklarovanými vlastnostmi, jako je odolnost proti vlhkosti, vysoká přilnavost, odolnost proti poškození, nízké smrštění a bezvadnost konečného designu.

Přijatá klasifikace tužidel

Všechny typy tvrdidel pro epoxidové pryskyřice jsou rozděleny do dvou velkých skupin:

1. Amine. Patří sem diaminy, polyaminy a aminy. Tyto katalyzátory jsou nejoblíbenější a lze je přidat do jakéhokoli epoxidu. Navíc polymerace začíná již při pokojové teplotě. Tento typ procesu se nazývá „polymerace za studena“.
2. Kyselé. Látky a anhydridy karboxylových kyselin. Takové urychlovače poskytují lepší výsledky, ale jejich použití je obtížné. Proto se používají v průmyslové výrobě. Polymerace vyžaduje zvýšení teploty na +100–200⁰С. Tyto procesy se nazývají „horká polymerace“.

Klasická tužidla

Zkušení řemeslníci nedoporučují snažit se ušetřit peníze na nákup katalyzátoru pro epoxid. Je lepší zvolit kvalitní materiály doporučené výrobci pro konkrétní značku pryskyřice.

Ze skupiny klasických urychlovačů jsou TETA a PEPA cenově nejšetrnější, ale svými vlastnostmi a kvalitou jsou horší než modifikovanější směsi.

Moderní

Pro dosažení vynikajících konečných výsledků je lepší používat moderní modifikovaná tužidla. Dávají výrobkům vysokou pevnost a dobré výkonové vlastnosti.

Moderní katalyzátory nemají nevýhody vlastní klasickým tvrdidlům, ale jsou drahé.

Tužidla třídy polyaminoamidů

Polyamidové urychlovače procesu epoxidové polymerace jsou poměrně populární. Používají se především pro finální venkovní práce a jako lepidla. Velkou výhodou takových katalyzátorů je jejich vysoká adheze, která zajišťuje silné lepení a možnost jejich použití na různé povrchy.

Bezpečnostní pravidla při práci s tužidly

Je třeba mít na paměti, že epoxid se stává pro člověka zcela bezpečným až po dokončení polymeračního procesu. Během provozu, když se zředí katalyzátorem-urychlovačem, může hmota uvolňovat toxické a škodlivé výpary. Proto postup přípravy pracovní základny vyžaduje dodržování pravidel opatrnosti a osobní ochrany. Povinné se stává používání ochranné respirátorové masky, silné zástěry na ochranu pokožky, dlouhých rukávů a brýlí.

Pamatujte, že všechny procesy, které začnou po přidání tvrdidla do pryskyřice, jsou nevratné. Není možné obnovit již poškozenou kompozici.

Pro urychlení procesu polymerace lze kompozici mírně zahřát (to je také povoleno ve „studené“ verzi práce). Kompozice se míchají velmi opatrně a pomalu, protože pryskyřice začíná aktivně vytvářet teplo. Pokud tuto radu zanedbáte, pryskyřičná látka se může vyvařit a stát se zcela nevhodnou pro další použití.

Závěry

Epoxidová pryskyřice je jedinečný a všestranný produkt. Tato látka se stává nepostradatelnou v mnoha moderních průmyslových odvětvích. Aktivně ji využívají i domácí řemeslníci v tvořivé dílně. Ale epoxid nemůže fungovat bez tvrdidla. Přídavná látka aktivuje polymerační procesy, teprve s její pomocí pryskyřice prokáže všechny své deklarované kvality. Proto je velmi důležité rozumět a znát všechny dostupné druhy tvrdidel a umět je vybrat pro práci s epoxidem.

Pro stavbu lodi není vůbec nutné se pouštět do podrobné chemie pryskyřic, ale znalost základů jejich chemie pomůže k úspěšnému dokončení projektu a umožní vám vyhnout se chybám a různým překvapením, která mohou při práci s pryskyřicí nastat.
Pryskyřice, která tvoří základ všech epoxidových lepidel používaných při stavbě lodí, se nazývá diglycidylether bisfenolu A. Bisfenol A se vyrábí reakcí fenolu s acetonem za určitých podmínek. Písmeno A znamená aceton, „fenol“ znamená fenolové skupiny a „bis“ znamená dvě. Bisfenol A je tedy chemický produkt, který je kombinací dvou molekul fenolu s jedním acetonem. BPA poté reaguje s látkou zvanou epichlorhydrin. V důsledku reakce jsou na obě strany molekuly bisfenolu A připojeny dvě („di-“) glycidylové skupiny. Výsledná látka se nazývá diglycidylether bisfenolu A nebo zásaditá epoxidová pryskyřice. Jsou to glycidylové skupiny, které reagují s atomy vodíku aminů v tvrdidle za vzniku vytvrzené epoxidové pryskyřice.
Základní epoxidová pryskyřice má vysokou viskozitu a je málo použitelná pro účely stavby lodí, snad s výjimkou jako lepidlo v některých situacích. Výrobci epoxidových sloučenin nakupují pryskyřici v této formě a poté do ní přidávají určité složky (upravují ji), aby jí dodaly potřebné vlastnosti.
Tvrdidla používaná s epoxidovou pryskyřicí při pokojové teplotě jsou většinou polyaminy. To znamená organické molekuly obsahující dvě nebo více aminoskupin. Aminoskupiny mají podobnou strukturu jako amoniak, ale jsou připojeny k organickým molekulám. A stejně jako amoniak jsou aminy silné alkálie. Kvůli této podobnosti mají tvrdidla z epoxidové pryskyřice často zápach podobný čpavku, který je nejvíce patrný v uzavřeném objemu zásobní nádoby ihned po jejím otevření. Ve vzduchu je tento zápach sotva patrný kvůli vysokému tlaku par polyaminů.
Aminoskupiny, které vstupují do reakce, jsou atomy dusíku s jedním nebo dvěma atomy vodíku, které jsou k nim připojeny. Tyto atomy vodíku reagují s atomy kyslíku z glycidylových skupin epoxidové pryskyřice za vzniku vytvrzené pryskyřice, vysoce zesíťovaného termosetového plastu. Při zahřátí změkne, ale neroztéká se. Jeho trojrozměrná struktura mu poskytuje vynikající fyzikální vlastnosti.
Poměr atomů kyslíku glycidolu a atomů vodíku aminů, zohledňující různé molekulové hmotnosti a hustoty, nakonec určuje poměr pryskyřice a tvrdidla. Změna specifikovaného poměru povede k tomu, že v závislosti na odchylce v jednom nebo druhém směru zůstanou prázdné atomy kyslíku nebo vodíku. V důsledku toho bude mít vytvrzená pryskyřice menší pevnost v důsledku neúplného vytvoření prostorových vazeb.
Tužidla na bázi epoxidové pryskyřice nejsou katalyzátory. Katalyzátory usnadňují reakci, ale nejsou chemicky součástí konečného produktu. Tužidla z epoxidové pryskyřice tvoří páry s molekulami pryskyřice, což ovlivňuje konečné vlastnosti vytvrzeného produktu.
Doba vytvrzování epoxidové pryskyřice závisí na reaktivitě atomů vodíku aminů. Ačkoli se připojená organická molekula přímo neúčastní chemické reakce, ovlivňuje, jak rychle atomy vodíku aminů opouštějí dusík a interagují s atomy kyslíku glycidolu. Doba vytvrzování je tedy určena kinetikou daného aminu použitého jako tvrdidlo. Tuto dobu lze změnit použitím jiného tvrdidla, přidáním urychlovače do pryskyřice nebo změnou teploty nebo hmotnosti směsi pryskyřice/tvrdidlo.
Vytvrzovací reakce ES je exotermická, což znamená, že se během vytvrzování uvolňuje teplo. Rychlost vytvrzování pryskyřice závisí na teplotě směsi. Čím vyšší teplota, tím rychlejší reakce. Jeho rychlost se zdvojnásobí se zvýšením teploty o 10° C a naopak. Pokud se například při 20 °C pryskyřice stane nelepivou za 3 hodiny, pak při 30 °C to bude trvat 1,5 hodiny a 6 hodin při 10 °C. Všechny možnosti ovlivnění rychlosti vytvrzování se řídí tímto základním pravidlem. Doba zpracovatelnosti a doba zpracovatelnosti směsi jsou dány především počáteční teplotou směsi pryskyřice a tvrdidla.
Doba želatinace (želatinace) je doba potřebná k tomu, aby se daná hmota nacházející se v kompaktním objemu přeměnila do pevného stavu. Tato doba závisí na počáteční teplotě směsi a řídí se výše popsaným pravidlem. Například, pokud 100 g směsi pryskyřice a tvrdidla přejde do pevného stavu za 15 minut při počáteční teplotě 25 °C, pak při počáteční teplotě 15 °C to bude trvat asi půl hodiny. Pokud se při stejných 25°C těchto 100 g rovnoměrně rozprostře na plochu 1 m2, polymerace potrvá přes dvě hodiny. Kromě teploty závisí doba polymerace také na poměru plochy k hmotnosti pryskyřice.
Podstata toho, co se děje, je následující. Během reakce se uvolňuje teplo. Pokud je uvolněné teplo okamžitě absorbováno okolním prostředím (jak se to stává u pryskyřice ve formě tenkého filmu), teplota polymerující pryskyřice se nezvyšuje a reakční rychlost zůstává nezměněna. Pokud pryskyřice zaujímá kompaktní objem (jako v případě plechovky), exotermická reakce zvyšuje teplotu směsi lepidla a reakce se urychluje.
Doba zpracování pryskyřice je přibližně 75 % doby želatinace v důsledku geometrického tvaru nádoby. Lze ji zvýšit zvětšením plochy povrchu, snížením hmotnosti směsi nebo ochlazením pryskyřice a tvrdidla před smícháním. Viskozita směsi v nádobě se vlivem polymerace zvýší (např. při 25°C) v absolutních jednotkách, ale vlivem zahřívání směsi se bude zdát, že viskozita klesá. Lepidlo se bude jevit jako velmi tekuté při 75 % doby želatinace (kvůli vysoké teplotě), ale pokud se ochladí na pokojovou teplotu, bude se zdát velmi husté. Hustá pryskyřice ve fázi částečné polymerace nenasákne dobře sklolaminát a nepřilne k lepeným povrchům. Zkušení specialisté buď připraví směs, která se aplikuje okamžitě, nebo zvětší povrch, aby se reakce zpomalila.
A přestože rychlost polymerace pryskyřice závisí na teplotě, samotný mechanismus na ní nezávisí. Reakce probíhá nejrychleji, když je pryskyřice v kapalném stavu. Během procesu polymerace pryskyřice mění svůj stav z kapalného na lepkavý viskózní gelovitý. Po gelovatění se rychlost reakce zpomaluje, jak se zvyšuje tvrdost. V pevných látkách probíhají chemické reakce pomaleji. Z měkkého lepivého gelového stavu se pryskyřice mění na tvrdší a postupně ztrácí svou lepivost. Postupem času lepkavost zmizí a pryskyřice bude nadále získávat tvrdost a pevnost.
Při normální teplotě dosáhne pryskyřice 60 až 80 % své konečné pevnosti po 24 hodinách. Další vytvrzování bude pokračovat během několika příštích týdnů a nakonec dosáhne bodu, kdy další vytvrzování není možné bez výrazného zvýšení teploty. Nicméně pro námořní účely lze pryskyřice vytvrzované při pokojové teplotě považovat za plně vytvrzené po 72 hodinách při 20 °C.
Zpravidla je lepší pracovat s co nejkratší dobou polymerace, pokud to konkrétní situace dovoluje. To vám umožní přejít k dalšímu kroku, aniž byste ztráceli čas čekáním na vytvrzení lepidla. Lepicí fólie s krátkou dobou polymerace zůstává lepkavá po kratší dobu a stihne zachytit méně stop hmyzu, hmyzu samotného a jiných poletujících nečistot.
Epoxidové pryskyřice mohou během vytvrzování vytvořit na svém povrchu tenký film. Tvoří se v přítomnosti oxidu uhličitého a vodní páry, zejména za chladného vlhkého počasí spíše než za teplého, slunečného počasí. Tento film je rozpustný ve vodě a musí být odstraněn před broušením nebo lakováním.
Nechráněná epoxidová pryskyřice špatně snáší sluneční záření (UV záření). Zhruba po šesti měsících působení jasného slunečního světla se začne rozkládat. Další ozařování způsobuje křídování a nevyhnutelnou destrukci se ztrátou všech fyzikálních vlastností. Řešení tohoto problému spočívá v ochraně pryskyřice barvou a lakem obsahujícím UV ochranu.
Při použití epoxidových pryskyřic v kombinaci s polyesterovými pryskyřicemi je vyžadován velmi pečlivý přístup. V tomto případě je třeba dodržet jedno hlavní pravidlo: epoxidovou pryskyřici lze nanášet na vytvrzenou polyesterovou pryskyřici, která byla odmaštěna a očištěna, ale polyesterovou pryskyřici nelze nikdy nanášet na vytvrzenou epoxidovou pryskyřici. Nezreagované aminy v epoxidové pryskyřici budou interferovat s katalyzátorem (peroxidem) v polyesterové pryskyřici, což povede k neúplně vytvrzené pryskyřici na jejich rozhraní. Povrchové broušení neovlivňuje přítomnost aminů. Lepidlo bude slabé, i když povrch bude vypadat vytvrzený.
Při zakrývání těla skleněnými vlákny se mi opravdu nechce řídit radami z manuálu a připravovat pryskyřici po malých porcích (nepříjemné jsou potíže s používáním injekčních stříkaček, odměrek a vah). Zhruba jsem odhadl svou spotřebu na jeden plát sklolaminátu a namíchal 5 kg pryskyřice (nevím, jak jsem to spočítal). Pak přišlo „překvapení“. Pryskyřice v kbelíku se začala zahřívat tak intenzivně, že se mi sotva podařilo rozetřít necelou polovinu obsahu po dně. A protože tato pryskyřice byla již na hranici svých možností, nedokázala tkaninu správně nasytit – byly zde mezery, bubliny, hrudky a další vady. Zkrátka jsem to musel obrousit. Později jsem zkušenostmi zjistil, že 2kilogramová várka (na prvotní nátěr) je pro mě optimální. V tomto případě jsem před přidáním tvrdidla umístil nádobu s pryskyřicí do mikrovlnné trouby (to bylo provedeno pouze pro snížení viskozity, protože je velmi problematické dobře promíchat 2 kg pryskyřice při 20 stupních), poté bylo přidáno tvrdidlo, vše bylo rychle promícháno, téměř vše bylo nalito na tělo a rozloženo po zamýšlené oblasti lepení pomocí gumového válečku, bylo však nutné odkapávat a odkapávat na své místo.
Úplně stejná situace je i v oblasti ostatních epoxidových produktů. Poslední „epizody“, které jsem viděl, byl kilogram epoxidového emailu, který soused na parkovišti namíchal pro lakování dna jachty. Smalt v nádobě se doslova po čtvrt hodině proměnil v monolit a jen málo z něj bylo užitečně spotřebováno. Sám jsem s tím pak experimentoval a zjistil jsem, že 300 g, při pohodové, pečlivé práci se štětcem, je pro mě limit. Stále tedy musíte začít s malými dávkami a postupně je zvyšovat a najít pro sebe optimální objem.
Pro mě byla velkým problémem při stavbě okolní teplota (stavěl jsem pod přístřeškem). Jak se ukázalo, když teplota klesne pod 16-18 stupňů, pryskyřice kategoricky odmítá polymerovat. Mohlo by to dopadnout tak, že při práci ve stachanovském spěchu až do západu slunce v červnu naleznu další ráno pryskyřici přesně ve stejném stavu, v jakém jsem ji večer zanechal (noci poblíž Petrohradu jsou v tuto dobu chladné a vytvrzovací reakce zůstává na svém místě). Tedy pokud budete mít štěstí. A pokud v noci padne rosa, celý povrch ještě lepivé pryskyřice se promění v bělavou šmrncovou hmotu, která se nikdy „nepostaví“ a způsobí spoustu problémů při opravování. Známý bestseller „15 projektů“ navrhuje přidat do pryskyřice urychlovač dimethylanilin (DMA), aby se vytvrdila při nízkých teplotách, ale podle mého osobního názoru to (ehm) . není pravda. Faktem je, že tento jed je dostupný ve všech společnostech pracujících s polyesterovou pryskyřicí a mechanismus vytvrzování polyesterových a epoxidových pryskyřic je zcela odlišný. Kromě toho má DMA formu roztoku ve styrenu, který je opět přítomen v polyesteru a naznačuje jeho účel speciálně pro tento typ pryskyřice. Ale to je vše, abych tak řekl, dedukce a já nejsem chemik. Pro jistotu jsem si ho koupila a používala v doporučených poměrech (a pak v širších). Teplota na začátku srpna byla 98 stupňů, v poledne 12 stupňů a povlak zůstal týden lepkavý a strašně páchl. Postavilo se, až když teplota dosáhla požadovaných 20 stupňů. V chemické literatuře se jako urychlovač epoxidových pryskyřic uvádí látka zvaná trifenylfosfit, ale o nízkých teplotách se tam nic neříká a pro pokusy se mi ji nepodařilo najít. Tak toto téma mě stále zajímá.
Při lepení za podmínek kritických teplot pro vytvrzení jsem náhodou objevil metodu, která, jak se ukázalo, je ve značkovém materiálu kritizována, ale ve skutečnosti funguje. Připraví se lepicí směs a do ní se vloží teploměr. Poměrně brzy začne teplota stoupat a když dosáhne 35 stupňů nebo více, lepidlo se použije k určenému účelu (můžete také sledovat konzistenci a zachytit okamžik, kdy rychle klesá). V tomto případě bude mít pryskyřice poměrně nízkou viskozitu, což naznačuje, že reakce již „zašla daleko“. Takto připravené lepidlo ve stavu hraničícím s želatinací dobře tuhne i při nízkých teplotách, ale musí se velmi rychle spotřebovat.
Ve webové literatuře jsem se opakovaně setkal s návrhy používat různé typy fénů (od dámských až po průmyslové) pro urychlení vytvrzování za popsaných okolností. Zkoušel jsem to taky a výsledky byly špatné. Za prvé je nemožné udržet teplo na ploše 8 m2 (jeden kus sklolaminátu po délce mého těla) jedním fénem po dlouhou dobu, a za druhé, na plochách blízkých vertikále, když teplota stoupá, hustá pryskyřice v chladu měkne a může vytvářet pruhy. Uznávám však, že na malé plochy se to hodí.
A na závěr ještě jednou připomenu nutnost dodržení požadovaného poměru pryskyřice a tužidla. Jedním z negativních aspektů porušení může být snížená pevnost pryskyřice, a to až do gelovitého stavu (podle toho, jakého „zrychlení“ chtěli dosáhnout a jaké množství tužidla použili). Druhým překvapením je, že pryskyřice s takovým „zešikmením“ se stává korozivní a trpí tím vše, včetně hliníku a nerezové oceli, protože V tomto případě není k vytvoření ochranného filmu nutný žádný kyslík a je přítomna silná alkálie. Na západních fórech je o tom spousta sarkasmu (a kolik času by trvalo zničit, řekněme, blesk), ale neuškodí si to zapamatovat. Těm, kteří pochybují, mohu doporučit přečíst si KiYa #175 (str. 58). Redakce nikdy nevysvětlila čtenáři původ jeho problémů, ale každému, kdo čte materiál S 3, by mělo být vše jasné.