Znalost chemie epoxidových pryskyřic (ER) není nutná pro většinu běžných operací – lepení, impregnace malého objemu sklolaminátu. Ale někdy je stále velmi žádoucí mít představu o jejich chemických vlastnostech. Zejména pro ty, kteří:
- pracuje s velkými objemy pryskyřic;
- pracuje s průhlednými sloučeninami;
- má dlouhodobé projekty, které zahrnují práci v různých podmínkách a teplotních podmínkách (například zahájení práce v létě a ukončení v zimě).
Syntéza epoxidových pryskyřic
Syntéza epoxidové pryskyřice není příliš obtížná. Dvě látky s krátkým a jednoduchým vzorcem – bisfenol A a epichlorhydrin – spolu reagují, čímž vzniká bisfenol A diglycidylether (DGEBA), který je také hlavní epoxidovou pryskyřicí.
Samotná základní epoxidová pryskyřice má velmi vysokou viskozitu a používá se pouze jako surovina pro výrobu dalších pryskyřic. Existuje řada pryskyřic, které jsou složením velmi podobné DGEBA (například DER-332), ale jsou také vzácné. Výrobci epoxidových směsí nakupují pryskyřici ve formě DGEBA a poté do ní přidávají určité složky (upravují je). Právě tyto modifikace poskytují na trhu širokou škálu ES s velmi odlišnými vlastnostmi.
Tvrdidla pro epoxidové pryskyřice.
Tvrdidla používaná s epoxidovou pryskyřicí při pokojové teplotě jsou převážně polyaminy. Vyrábějí se za použití amoniaku, proto mají pronikavý zápach a jsou zásadité. Klasickými příklady tužidel jsou PEPA (polyethylenpolyamin) a TETA (triethylentetramin).
Jak vytvrzují epoxidové pryskyřice?
Podstata reakce je následující: atomy vodíku (z aminoskupin tvrdidla) interagují s atomy kyslíku (z glycidylových skupin epoxidové pryskyřice).
Níže je vizuální schéma toho, jak se to děje. Oblasti, kde k reakci dochází, jsou vyznačeny červeně. Ve spodní části diagramu můžete vidět vytvořenou síť spojů. Tato trojrozměrná rozvětvená struktura poskytuje pryskyřici vynikající fyzikální vlastnosti: pevnost, tvrdost, odolnost vůči chemicky agresivnímu prostředí.
Poměr pryskyřice k tvrdidlu je určen poměrem atomů kyslíku a atomů vodíku účastnících se reakce. Změna chemicky správného poměru bude mít za následek zbývající atomy kyslíku nebo vodíku, které se nezúčastnily reakce. Výsledkem je, že síť chemických vazeb bude mít trhliny a mezery a pryskyřice nedosáhne své maximální pevnosti.
Co určuje dobu vytvrzování epoxidové pryskyřice?
Doba vytvrzování epoxidové pryskyřice závisí na reaktivitě atomů vodíku aminových skupin tvrdidla. Tuto dobu lze změnit použitím různých tužidel nebo zahřátím pryskyřice. A je zde řada nuancí a triků.
Vytvrzovací reakce ES je exotermická, a to je velmi důležité. To znamená, že se během reakce uvolňuje teplo. Stejné teplo urychluje reakci: podle pravidel termodynamiky se s každým zvýšením teploty o 10 °C rychlost reakce zdvojnásobí. V souladu s tím je nejsnazší způsob, jak ovlivnit rychlost vytvrzování, úpravou teploty směsi.
Co je želatinizace? Jak to mohu oddálit?
Doba želatinizace (nebo gelace) je doba, po které pryskyřice přestává být kapalinou. V podstatě se jedná o dobu, během které většina pryskyřice polymeruje. Již víme, že tato doba závisí na teplotě směsi. Zde je ale zajímavá nuance: pryskyřice tvrdne rychleji v kelímku, než když je nanesena v tenké vrstvě na povrch. Tento efekt je vysvětlen jednoduše: tenký film se rychle ochladí a exotermická reakce ho nemůže urychlit – všechno teplo jde do vzduchu.
Zdá se, že dobu zpracovatelnosti pryskyřice před jejím vytvrzením lze zvýšit zvětšením plochy povrchu, snížením hmotnosti směsi nebo ochlazením pryskyřice a tvrdidla před smícháním. Zkušení specialisté obvykle připravují směs v požadovaném objemu, který lze rychle aplikovat.
Jak dlouho trvá vyléčení?
V pevných látkách probíhají chemické reakce pomaleji, a když je pryskyřice zpočátku vytvrzena, další reakce je značně zpomalena. Za normálních teplot dosáhne pryskyřice 60 až 80 % své konečné pevnosti po 24 hodinách. Pryskyřice, která je již na dotek tvrdá, bude dále získávat tvrdost a pevnost až dva týdny, v chladu i déle. Pro většinu účelů však lze pryskyřice, které vytvrzují při pokojové teplotě, považovat za plně vytvrzené po 72 hodinách při 20 °C.
Časté chyby
Je důležité, že pokud je tužidlo přidáno příliš rychle (obvykle by se mělo přidávat tenkým proudem, po částech nebo po kapkách), je možné lavinové zvýšení teploty směsi: doslova se vaří a okamžitě tuhne. Vysoká teplota navíc posouvá odstín i průhledných nebo relativně průhledných směsí (například ED-20 + TETA) směrem ke žluté.
Stejného účinku lze dosáhnout smícháním pryskyřice s tvrdidlem a ponecháním směsi v nádobě. Jakmile exotermická reakce začne, je třeba pryskyřici rozdělit (nalít, nanést) s přihlédnutím k tloušťce typické pro tuto značku. Pokud se tak nestane, reakce bude příliš prudká a jsou známy i případy požáru.
Při použití epoxidových pryskyřic ve spojení s polyesterovými pryskyřicemi je vyžadován velmi pečlivý přístup. V tomto případě je třeba dodržet jedno hlavní pravidlo: epoxidovou pryskyřici lze nanášet na vytvrzený polyester, který je odmaštěný a vyčištěný, ale polyesterovou pryskyřici nelze nikdy nanášet na vytvrzený epoxid. Aminy, které nezreagovaly v epoxidové pryskyřici, budou interferovat s katalyzátorem (peroxidem) polyesterové pryskyřice, což způsobí, že pryskyřice na jejich rozhraní plně nevytvrdne. Toto spojení je velmi nespolehlivé.
Epoxidová pryskyřice je syntetická oligomerní sloučenina široce používaná pro výrobu barev a laků (LKM), lepidel, k vytvoření krásných a odolných předmětů pro domácnost. Tužidlo z epoxidové pryskyřice mu pomáhá dosáhnout jeho konečných vlastností zahájením procesu polymerace.
Funkce tužidla
Typ vytvrzování epoxidu je velmi odlišný od ostatních nátěrů. Pokud barvy, základní nátěry, lepidla ztvrdnou po odpaření kapaliny, lze pryskyřici vytvrdit pouze po přidání speciálního roztoku. Proto se epoxid nazývá dvousložkový.
Tužidlo je kapalná chemická látka, katalyzátor (urychlovač) chemické reakce a její plnohodnotný účastník. Po spojení pryskyřice a tvrdidla začíná proces polymerace, v důsledku čehož kompozice získá stabilní (pevný) stav.
Je důležité přidat přesně stanovené poměry obou složek směsi. Přesnost poměru finančních prostředků určuje následující vlastnosti konečného materiálu:
- doba tuhnutí;
- transparentnost;
- trvanlivost;
- tvrdost
- stejnorodost.
Proč je správné chemické složení hmoty tak důležité? Pokud porušíte proporce, kvalitativní charakteristiky směsi se sníží a také životnost hotové směsi. Správné ředění vám umožní získat vysoce kvalitní termosetovou kompozici, která bude mít následující vlastnosti:
- vysoká přilnavost k většině známých materiálů;
- vynikající odolnost proti vodě, pevnost v tahu, lom, mechanické poškození a chemické působení;
- dielektrické vlastnosti;
- nesrážlivý tvar nebo mírné smrštění během provozu.
Klasifikace tužidla
Všechna tvrdidla podle své chemické skupiny jsou rozdělena do dvou typů:
- Amine. To zahrnuje aminy, polyaminy a diaminy, včetně polyethylenpolyaminu, hexamethylendiaminu. Tato tužidla jsou mezi řemeslníky nejrozšířenější, lze je ředit jakoukoliv pryskyřicí. Epoxid po jejich přidání vytvrdne i při pokojové teplotě. Tento typ vytvrzování se nazývá vytvrzování za studena.
- Kyselina. Používají se karboxylové kyseliny a jejich anhydridy – maleinová, ftalová, hexahydroftalová a další. Kyselá tužidla poskytují spolehlivější výsledky, ale jejich použití je obtížné. Tento typ vytvrzování se nazývá horký a při vystavení teplotě (100–200 stupňů) epoxid zlepšuje fyzikální a chemické vlastnosti.
Doma se doporučuje používat pouze aminové roztoky, i když s dostatečnými zkušenostmi a dovednostmi je možné vytvrzovat epoxidovou pryskyřici kyselinami.
Tradiční tužidla (PEPA, TETA, DTB-2)
Tužidla mají na pryskyřici obrovský vliv, proto byste na jejich kvalitě neměli šetřit. Je lepší koupit výrobek vyrobený podle normy a doporučený výrobcem pro konkrétní typ epoxidu. Tužidla jsou tradiční a upravená (moderní). Nejlevnější PEPA a TETA, které vyrábí mnoho společností, jsou poměrně levné, snadno se používají, ale v kvalitě jsou horší než drahé upravené produkty.
PEPA neboli polyethylenpolyamin (součást EDA, EDP lepidla, řady primerů a emailů) je velmi oblíbený materiál. Snadno se s ním pracuje, nevyžaduje ani přísné dodržování technologie. Lze použít při pokojové teplotě.
PEPA se jeví jako viskózní hnědá kapalina, takže tam, kde je důležité zachovat průhledný materiál, nebude použití tvrdidla možné. Až 75 % produktu tvoří nekontrolované nečistoty a pouze 25 % produktu se účastní reakce s pryskyřicí. To je důvod, proč nelze PEPA použít pro výrobky, které přicházejí do styku s potravinami a vodou.
TETA nebo triethylentetramin je čirá kapalina se štiplavým importovaným zápachem. Je to lepší náhrada za předchozí produkt. Popis produktu uvádí, že nečistoty nejsou více než 4 %, ale ve složení je méně terciárních aminoskupin. To snižuje schopnost polymerace při pokojové teplotě a následné vytvrzení se nejlépe provádí při zvýšených teplotách. Přísné dodržování techniky a proporcí při práci s TETA je povinné. Z plusů by mělo být uvedeno:
- vysoká pevnost;
- jednotnost a transparentnost;
- chemická čistota.
Tužidlo DTB-2 je směs komplexních aminoesterů, neviskózní, žlutě zbarvená kapalina. Umožňuje ředit epoxid při pokojové teplotě. Specifikace hotového výrobku:
- vysoká odolnost proti nárazu;
- odolnost proti vlhkosti;
- nízká abraze;
- vynikající lesk.
DBT-2 smíchaný s epoxidem se používá pro přípravu licích hmot, samonivelačních podlah, směsí pro obnovu koupelí.
Moderní kompozice
Co může nahradit popsané prostředky? Modifikovaná tužidla postrádají většinu nevýhod tradičních, ale jejich cena je mnohem vyšší. Hotové výrobky budou mít vyšší pevnostní vlastnosti, protože pryskyřice úplněji polymeruje. Prostředky působí jako změkčovadla – v některých případech jsou schopny zředit a změkčit epoxid.
Tužidlo M 4 je aminové tvrdidlo modifikovaného typu, tekuté se zvýšenou viskozitou, barva – červenohnědá. M4 je nutné smíchat s epoxidovou pryskyřicí v množství 20 – 25 % základní hmoty. Látka je schopna vytvrdit epoxid i při teplotě +2 . +5 stupňů – to nebude bolet, abyste získali produkt se zvýšenou pevností.
Rychle tuhnoucí prostředek je vyroben na bázi PEPA, vylepšený složením a vlastnostmi. Kromě vytvrzování za studena lze v případě potřeby provést polymeraci za tepla pomocí M4. Doba plastifikace a želatinace při pokojové teplotě bude 30 – 50 minut, při nižších teplotách se bude prodlužovat.
Tužidlo 921
V řadě 921 se prodává několik typů tužidel – 921, 921 OP, 921 T. Jedná se o produkty s nízkou viskozitou, které umožňují získat jedinečné epoxidové kompozice s vysokou odolností proti poškození, UV záření.
Hotové výrobky na slunci nevyblednou, což ne všechna tužidla dokážou poskytnout. Nejčastěji se 921 používá k pokrytí jachet a lodí, protože může být aplikován ve vrstvě až do tloušťky 0,5 cm. Výrobek je schopen vytvrdit i silné vrstvy epoxidu – až 10 cm.Pro práci je nutné jej namíchat v objemu 45 – 55% hmotnosti pryskyřice.
Tužidlo 620
UP-620 je vysoce aktivní činidlo, které dokáže vytvrdit pryskyřici i v podmínkách vysoké vlhkosti. Do epoxidu se přidává v malém objemu – pouze 15 – 18%, což stačí k získání polymeračních náplní za studena.
Výrobek se používá jako součást směsí, pojiv na plasty, samonivelační podlahy. Je povoleno používat tvrdidlo při teplotě +15 stupňů. Výsledné produkty jsou vysoce odolné proti vlhkosti.
Aminové tužidlo, netoxické, bez štiplavého zápachu. Určeno pro polymeraci epoxidu a sloučenin při jakékoli vlhkosti, teplotě, od -20 stupňů. Je to jeden z nejmodernějších prostředků, spolu s epoxidovou pryskyřicí se používá pro tyto účely:
- antikorozní nátěry kovů – potrubí, podlahy, střechy, nádrže;
- opravy kovových, plastových, sklolaminátových výrobků;
- těsnění elektrických výrobků;
- tvorba výplní a impregnací;
- výroba lepidel odolných kyselinám, zásadám.
Základem produktu je aminofenol. Jedná se o směsný produkt – výsledek kombinace fenolu, formaldehydu, aminu. Tužidlo umožňuje vytvrzení pryskyřice za studena za nejnepříznivějších podmínek – vysoké vlhkosti a nízké teploty. Přidá se do pryskyřice v množství 20 – 25%, při pokojové teplotě vytvrzuje za 24 hodin.
Tužidla č. 1, 2, 3, 4, 5 pro epoxidovou pryskyřici
Všechny uvedené produkty jsou polyaminoamidy. Nejoblíbenějším tvrdidlem 1 je roztok 50% hexamethylendiaminu v ethylalkoholu. Nástroj se používá nejen pro vytvrzování pryskyřic, ale také pro vytváření povlaků na jejich bázi. Nejčastěji se při výrobě lepidel používá tužidlo č. 1. Ve vzhledu je kapalina žlutohnědá, viskózní, bez sedimentu.
Tužidlo č. 2 má podobnou aplikaci, ale složením se jedná o roztok polyamidové pryskyřice v organických rozpouštědlech. Kapalina je průhledná, bez barvy, bez sedimentu a inkluzí. Doba želatinace – 11 – 17 minut. Složení ostatních tužidel je následující:
- č. 3 – roztok 50% PO-200 ve směsi organických rozpouštědel;
- č. 4 – roztok 30% PO-201 ve směsi organických rozpouštědel;
- č. 5 – roztok 50% PO 300 ve směsi organických rozpouštědel.
Pokyny pro chov pryskyřice
Jak správně ředit epoxid, co je potřeba? Před zahájením práce byste měli připravit nádobu na míchání, dřevěnou tyč, 2 stříkačky pro sadu látek. Začátečníci si musí pamatovat, že probíhající reakce jsou nevratné – nebude možné obnovit poškozený epoxid. Je lepší provést “zkušební” míchání v malých množstvích předem, aby bylo možné přesně vypočítat dávkování.
Postup vaření
Zatímco vytvrzování za studena je možné s kvalitními tužidly, vyplatí se pryskyřici trochu zahřát. Díky tomu bude kompozice méně viskózní, ale krystalizace a var by neměly být povoleny (vaření zničí epoxid, lze jej vyhodit). Při ohřevu je nutné materiál pravidelně promíchávat a hlídat teplotu.
Výpočet rychlosti rozpouštědel je velmi důležitý. Pokud přidáte trochu, hmota zůstane ve fázi želatinace nebo ztvrdne, ale povrch bude lepkavý. K epoxidu je nutné pečlivě číst návod, vždy udává úměrnost ředění. Všechna složení jsou různá a podíl tvrdidla se může lišit od 10 do 50 %. Není možné nahradit tužidla těmi, která nejsou uvedena v doporučeních výrobce!
Potřebné množství složek je nutné shromáždit do dvou samostatných stříkaček. Některé společnosti vyrábějí materiál kompletní s plastovými lahvemi, které mají značky (odměrky). K plnění tužidla není jehla potřeba, je odstraněna. Hustá pryskyřice se zcela nalije přes horní část stříkačky, přičemž se odstraní píst – nebude nasáván úzkým hrdlem.
Příjem malých objemů pryskyřice
Chcete-li získat trochu složení domácnosti, praktikuje se vytvrzování za studena. Shromážděný počet složek se spojí v nádobě, důkladně, ale jemně promíchá. K tomuto účelu nelze použít elektrické nářadí, je vhodné použít pouze dřevěnou hůl. Práce se provádějí při teplotách do +25 stupňů v místnosti.
V hotové hmotě by neměly být žádné vzduchové bubliny, nečistoty, kompozice se stává absolutně průhlednou. Konzistence produktu, pokud je provedena správně, je hladká, jednotná.
Pryskyřice ve velkém
Protože polymerační reakce pryskyřice probíhá s uvolňováním tepla, lze vytvrzováním za studena získat pouze malé části produktu. Při spojování velkých objemů zahřejte epoxid ve vodní lázni na +50 stupňů. Dále se kompozice naléhavě odstraní a přidá se tužidlo. Je přísně zakázáno dostat vodu do pryskyřice – to povede k úplné ztrátě vlastností.
Po zahřátí epoxidu budete muset pracovat velmi rychle, proto je třeba předem připravit nádobu a správně odměřené tužidlo. Míchání musí být důkladné.
Míchání komponent
Mnoho značek epoxidových pryskyřic vyžaduje k vytvoření hotového produktu změkčovadla. Řada tužidel kombinuje obě vlastnosti, proto se vyplatí používat DEG-1, DBP. Tužidlo se nalévá tenkým proudem, směs se důkladně hněte sekundovou rukou. V ideálním případě proces vyluhování a hnětení trvá asi 5 minut.
Doba léčení
Jak dlouho pryskyřice schne po spojení složek? Tato doba je stanovena individuálně, horní a dolní hranice doby jsou vždy uvedeny v pokynech. Před zaschnutím si epoxid zachovává viskozitu, tekutost a je vhodný pro lití různých výrobků a tvarů.
Obecně platí, že při naředění 1:10 s tvrdidlem by měl materiál rychle zaschnout, za 30 až 60 minut. S poklesem množství tužidla se tato doba zvyšuje na 2 – 3 hodiny. Pokud jde o epoxidová lepidla, většina z nich vytvrzuje do 24 hodin.
Pokud stanovená doba uplynula a pryskyřice je stále lepkavá, důvody mohou být následující:
- příliš nízká pokojová teplota;
- proporce součástí jsou nesprávně zvoleny;
- voda se dostala do hmoty;
- tužidlo prošlé, nekvalitní.
Bezpečnostní opatření
Při míchání epoxidu je třeba přijmout opatření. Práce by měla být prováděna v dobře větraném prostoru, v rukavicích, brýlích a silném oblečení.
Nedovolte, aby se látky dostaly do kontaktu s pokožkou nebo očima. Při pronikání do otevřených částí těla se okamžitě omyjí mýdlem nebo otřou acetonem. V případě kontaktu s očima okamžitě vyhledejte lékařskou pomoc.
