Epoksi smola | Korisne informacije |
Epoksidna (dekorativna) smola
Epoksidna smola je dvokomponentni materijal širokog spektra primene – od građevinske industrije, preko brodogradnje i prisustva u elektronskim komponentama, do izrade i dekoracije različitih tipova materijala.
Nastaje u okviru hemijske reakcije izazvane mešanjem smole i učvršćivača, prilikom čega tečna smola polimerizacijom (očvršćavanjem) prelazi u čvrsti oblik.
Upotrebom epoksidne (dekorativne) smole svaka površina, nezavisno od složenosti konfiguracije i njene veličine, može biti pretvorena u umetničko delo visokog kvaliteta.
Epoksid se koristi kao zajednički naziv epoksidnih funkcionalnih grupa, a pored toga, predstavlja krajnji proizvod epoksidne smole. Takođe je zastupljen za označavanje vrste jakog lepka sastavljenog od dve smole, koje se obavezno mešaju pre upotrebe. S obzirom na visoke tačke ključanja i topljenja, pojavljuje se i u vidu rastvarača.
Na tržištu je dostupan dvokomponentni epoksi lepak sa velikim brojem različitih osobina, pa se tako mogu pronaći:
rigidni i fleksibilni,
sa brzim i sporim očvršćavanjem,
vodorezistentni i vodootporni,
neprozirni i lepak jasnih boja.
Konstantnim poboljšavanjem tehnoloških procesa, tržište postaje sve bogatije novim, kvalitetnijim spojevima, što nam pruža nove varijante eksploatacije.
Epoksid se odavno pokazao kao ozbiljna konkurencija za drvo, keramiku, staklo i metal, a odgovarajućom tehnologijom pretvara se u univerzalni materijal za rad.
Hemijske osobine epoksidnih smola
Epoksidna smola je poliester viševalentnih alkohola i fenola u kojima se nalaze etilenoksidni prstenovi i slobodne OH-grupe.
Njihovo prisustvo naknadnim povećavanjem i umrežavanjem makromolekula obezbeđuje katalitičko ili termičko očvršćavanje, kada neretko nastaju ostali fenoli, poliamidi, amini i poliuretani.
Umrežene epokside odlikuju sledeće osobine:
dobra adhezija na različitim površinama;
visina modula elastičnosti;
slabo skupljanje tokom očvršćavanja;
izostanak emisije štetnih gasova;
temperaturna i hemijska postojanost;
visina temperature staklišta.
Međutim, najvažniju osobinu predstavlja gustina umreženosti, utičući na temperaturu staklišta (Tg), hemijsku i temperaturnu postojanost i na modul elastičnosti.
Epoksidne smole su sklone reakciji vezivanja zbog strukture sastavljene od tročlanog prstena (epoksida). Njegovo stanje je izuzetno napeto usled uticaja atoma kiseonika koji, privlačenjem elektrona, izaziva delimično pozitivan naboj kod oba atoma ugljenika. Upravo je otvaranje ovog epoksidnog prstena u direktnoj korelaciji sa očvršćavanjem epoksida i pojavom umrežene strukture.
Izbor epoksidne smole i dodatka za očvršćavanje određuju uslovi u kojima se odvija konkretno očvršćavanje (neke traže povišene temperature, dok drugima odgovara i sobna) i željene osobine krajnjeg proizvoda.
Očvršćavanje epoksidnih smola može biti sporo (u trajanju od nekoliko sati) ili veoma brzo (manje od jednog minuta), na sobnoj temperaturi ili u uslovima povišenih temperatura, što prvenstveno zavisi od izabranog dodatka za očvršćavanje.
Obično su u pitanju anhidridne kiseline, alifatski i aromatični amini. Amini reaguju sa epoksidom na sobnoj temperaturi, dok su za delovanje anhidrida neophodne povišene temperature.
Atraktivne osobine epoksidnih smola razlog su njihovog izbora za primene kao što su prevlake, kompozitne tvorevine i adhezivi.
Epoksidni broj – Ekvivalentna težina
Jedna od glavnih karakteristika epoksidne smole se odnosi na sadržaj epoksida, poznat kao epoksidni broj ili ekvivalentna težina. On zapravo predstavlja broj epoksidnih ekvivalenata u jednom kilogramu smole (Eg/kg), dok se ekvivalentna težina odnosi na težinu smole u gramima, u kojoj je prisutan jedan mol ekvivalenta epoksida (g/mol).
ekvivalentna težina (g/mol) = 1000/epoksidni broj (Eg/kg)
Uz pomoć epoksidnog broja (ekvivalentne težine) izračunava se potrebna količina ko-reaktanta (očvršćivača). Kako bi se postigle najoptimalnije fizičke osobine, epoksi se najčešće očvršćava uz stehiometrijske količine očvršćivača.
Vrste epoksidnih smola
Poznate su tri grupe epoksidnih smola, različitih po hemijskim procesima nastajanja:
bisfenol-A, nastaje od bisfenolnog acetona i epihlorohidrina,
bisfenol-F, nastaje od bisfenolnog formaldehida i epihlorohidrina i
novolak, modifikovana bisfenol-F smola sa viškom fenola.
Odlike i upotreba epoksidnih smola
U industriji se pretežno upotrebljavala bisfenol-A epoksidna smola, dok se nije povećala distribucija bisfenol-F i novolak smole, s obzirom na njihovu molekularnu masu, manju od mase bisfenol-A smole. Time je osigurana veća fleksibilnost kod formulisanja premaza u skladu sa HOS standardima.
Bisfenol-F i novolak smole odlikuje i veća funkcionalnost, pa će, pravilno umrežene, biti otpornije na delovanje vlage i hemikalija, te posedovati veću toplotnu postojanost od bisfenol-A epoksidnih smola.
Bisfenolaceton (bisfenol-A) je proizvod reakcije fenola i acetona, nakon koje smola reaguje sa epihlorohidrinom stvarajući diglicidilni eter bisfenol-A smole. Ove vrste se koriste za tvrde epoksidne smole, čije se očvršćavanje odvija na sobnim temperaturama.
Povećanjem prosečne molekularne mase smola postaje čvrsta, zahtevajući primenu sredstva za rastvaranje, kako bi se omogućila aplikacija premaza na odgovarajuću površinu. Bisfenol-A smole česte su u industrijskom održavanju i na brodogradilištima.
Bisfenol-F smole su slične prethodno opisanoj grupi, s tim što, u ovom slučaju, fenol reaguje sa formaldehidom, a zatim sledi reakcija međuproizvoda sa epihlorohidrinom, što će dovesti do nastanka bisfenol-F smole. Imaju manju fleksibilnost i čvrstoću od bisfenol-A smola, dok sa druge strane, pokazuju bolju hemijsku i temperaturnu postojanost.
Zahvaljujući navedenom, kao i činjenici da ne zahtevaju prisustvo sredstava za rastvaranje, povećalo se njihovo korišćenje u vidu premaza, gde su količine dozvoljenih isparavajućih organskih sastojaka u premazu (HOS) strogo ograničene.
Ko-reakcija bisfenol-F smola sa aromatičnim aminom i aminskim jedinjenjima može se formulisati kao vrlo čvrst i 100% čvrst epoksid (sa malom ili nikakvom količinom sredstva za rastvaranje).
Novolak smole su dobijene modifikacijom bisfenol-F smola, nastalih uz suvišak fenola. Sve novolak smole poseduju veću viskoznost, uz bolje funkcionalne karakteristike (bolja otpornost na vlagu i hemikalije) i temperaturnu postojanost u odnosu na bisfenol-F, najjednostavniju vrstu novolak smole.
Mogu se podeliti na:
epoksi fenol novolak (EPN) smole, tekućine visoke viskoznosti, srednje tvrdoće i
epoksi krezol novolak (ECN) čvrste smole, često namenjene premazima u obliku praha.
Epoksidna funkcionalnost obe vrste ovih smola je viša u poređenju sa bisfenol-A i bisfenol-F smolama. Imaju izrazito visok nivo temperaturne postojanosti, te otpornosti na vlagu, hemikalije i sredstva za rastvaranje, što duguju svojoj visokoj gustini tokom umrežavanja.
Dosta su prisutne u uslovima rada sa rastvaračima i tamo gde se od njih traži otpornost prema uticaju kiselina na povišenim temperaturama. Formulisane su, između ostalog, za cevi na naftnim bušotinama, zbog izloženosti visokim temperaturama, suvim i vlažnim kiselinama, bazama i abraziji.
Da bi se izbegla pojava krhkosti i pucanja prevlake, potrebna ko-reaktantska sredstva moraju biti pažljivo odabrana.
Komparacija osobina epoksidnih smola sa osobinama poliesterskih i vinilesterskih smola
Adhezija
U konstrukciji sendvičastih materijala mali kontakt jezgre i laminata zahteva veliku adheziju, gde je odabir epoksidne smole kao materijala, zbog dobrih adhezivnih osobina, odlična odluka. Koriste se u vidu lepaka sa velikom adhezijom.
Tokom polimerizacije su pokazale najmanje skupljanje volumena, pa nema nekih značajnih poremećaja kod površinskog kontakta ojačanja sa tekućom smolom. Poliesterske smole sa ojačanjem proizvode najmanju adheziju, dok je ova osobina kod vinilesterskih smola nešto veća.
Mehaničke osobine
Epoksidne smole su odlikovane najboljim mehaničkim osobinama, slede ih vinilesterske, dok poliesterske zauzimaju poslednje mesto.
Otpornost na pojavu mikropukotina
Pojava poprečnih mikropukotina inicira početak procesa pucanja. Pojačano opterećenje izaziva nastanak sitnih pukotina u matrici koje nastavljaju svoje širenje duž vlakana.
Mikropukotine neće automatski smanjiti osobine kompozitnog materijala, kada se uzme u obzir to što su uslovljene čvrstoćom vlakana.
Ovakvi problemi su izraženi kod konstrukcija smeštenih u medijima poput mora i vode uopšte, u toku ubrzane apsorpcije laminata sa mikropukotinama. Posledice koje će uslediti dolaze u vidu povećane težine konstrukcije, hidrolize smole, gubitka čvrstoće i pada graničnih svojstava.
Povećanje adhezije između smole i vlakana može sprečiti ili bar usporiti novonastalu situaciju. Odgovarajući hemijski sastav smole i njena kompatibilnost sa površinskim hemijskim premazima vlakana imaće izuzetno visok uticaj na povećanje adhezije.
Iz ovih razloga osobine epoksidnih smola su najbolje za izradu konstrukcija koje će se koristiti u vodi i u moru.
Otpornost na zamor
Kompoziti su mnogo više otporni na zamor u poređenju sa većinom ostalih metala.
Zamor nastaje akumulacijom malih oštećenja, a jačina otpornosti kompozita prema njemu je uslovljena tvrdoćom smole, njenom otpornošću na mikropukotine i količini šupljina koje predstavljaju posledicu proizvodnog procesa.
Najveću otpornost na zamor pokazuju epoksidne smole (7%), vinilesterske (4,5%) pa poliesterske (3%).
Otpornost na bubrenje
Hemijska građa epoksidnih smola čini ih otpornijim na bubrenjetokom izloženosti uticaju vode u odnosu na poliesterske i vinilesterske smole. Dok poliesterski laminat uronjen u vodu godinu dana zadržava 65%, epoksidni će zadržati 90% svoje interlaminarne čvrstoće.
Commentaires