Epoxi akceleratoriai: gryvėjimo paaukštinimas mažose temperatūros sąlygomis

Kodėl žemos temperatūros trukdo epoxydų kietėjimui – ir kodėl tai ypač svarbu lauko taikymuose

Epoxydų kietėjimas pagrįstas molekulinio judėjimo ir susidūrimų dažniu – abu šie veiksniai žemoje temperatūroje smarkiai apribojami. Žemesnėje kaip 18°C temperatūroje reakcijos kinetika lėtėja eksponentiškai; kiekvienas 10°C temperatūros sumažėjimas gali padvigubinti kietėjimo trukmę (AstroChemical). Tai nėra tik nepatogu – tai kritiškai pažeidžia konstrukcinę vientisumą. Nepilnas kietėjimas sukelia:

• Silpną kryžminės jungties tankį : Sumažėjęs polimerinio tinklo susidarymas sumažina tempimo stiprumą iki 35 %
• Prasta sukibimas : Nekietėję segmentai nepajėgia susirišti su pagrindu, todėl padidėja atskilimo rizika
• Drėgmės jautrumas hidrofobinės savybės sumažėja 40 % neoptimaliuose kietinimo režimuose (ProPlate 2023)

Darbas lauke sukelia įvairiausių problemų. Kai temperatūra nukrenta žemiau 10 °C, kas dažnai būna statybvietėse, laivuose ar vamzdynuose, medžiagų kietėjimo laikas žymiai pailgėja. Tai, kas normaliomis sąlygomis trunka valandas, dabar gali užtrukti dienas, todėl visos projektų grafikai yra nutolę. Jei darbininkai vis tiek bandys greitinti šiuos montavimus, jie sukurs problemas, kurios išliks amžinai. Dėl šalčio sąlygų netinkamai sukietėję dengiamieji sluoksniai praranda apytiksliai dviejų trečdalių gebėjimą atlaikyti smūgius. Tai ypač svarbu konstrukcijoms, kurios turi ištverti šalčio ir šilumos ciklus arba reguliariai susiduria su cheminėmis medžiagomis. Sumažėjusi ilgaamžiškumas reiškia, kad tokie montavimai pradeda blogėti greičiau nei tikėtasi, kartais net sutrumpinant jų naudingą gyvavimo trukmę keliais metais. Todėl epoksidinės dėžutės pagreitinamasis priemonė nėra tik patogus papildymas, o yra absoliučiai būtina priemonė, kad būtų įvykdytos pagrindinės kokybės reikalavimai visais atvejais, kai aplinkos sąlygų negalima tinkamai kontroliuoti.

Kaip epoksidų pagreitinamieji veiksniai įveikia šiluminius apribojimus

Reakcijos kinetikos modifikavimas: aktyvacijos energijos sumažinimas ir kryžminio susiejimo pagreitinimas

Epoxydų pagreitinamieji reagentai padeda kovoti su tais nepatogiais delsais, kurie atsiranda, kai temperatūra per polimerizacijos procesą per žema. Jie esminiu būdu sumažina energijos kiekį, reikalingą molekulėms susisieti, – pagal kai kuriuos praeitais metais paskelbtus tyrimus „Polymer Chemistry Review“ žurnale – net nuo 40 iki 60 procentų. Ką tai reiškia? Tai reiškia, kad molekulės gali pradėti sudaryti polimerus net žemesnėje temperatūroje nei įprasta. Pagrindinis šių ypatingų priedų privalumas yra tas, kad visą procesą jie pagreitina maždaug dvigubai lyginant su įprastomis mišinio formulėmis, kai temperatūra nukrenta žemiau dešimties laipsnių Celsijaus. Kalbant apie tai, kas vyksta viduje, pagreitinamasis reagentas sumažina šią energijos barjerą, todėl polimerų tinklas toliau auga be pertraukų, net jei žema temperatūra sutrikdo įprastą molekulių judėjimą. Tai reiškia geriau išsivystančią struktūrą visą polimerizacijos procesą, o ne tik dalinį sujungimą.

Nukleofiliniai ir kataliziniai mechanizmai: trečiosios eilės aminai, imidazoliai ir latentiniai bendrapagreitinamieji reagentai

Cheminiai pagreitinamieji junginiai padeda pagerinti žemų temperatūrų našumą skirtingais būdais:

• Nukleofiliniai mechanizmai , pvz., tie, kuriuos sukelia trečiosios eilės aminai, puola epoksidines grupes, sudarydami reaktyviuosius tarpinius junginius, kurie pagreitina žiedų atsidarymą – ypač veiksminga DGEBA sistemose
• Kataliziniai keliai , kuriuos iliustruoja imidazoliai, sukuria dvipolių kompleksų, kurie skatina grandinės augimą, nepatenkdami į polimerinę matricą
• Latentiniai bendrapagreitinamieji junginiai , pvz., borono trifluorido kompleksai, lieka neaktyvūs iki šiluminės aktyvacijos – tai leidžia tiksliai kontroliuoti reaktyvumo pradžią taikymo metu

Imidazolio tipo katalizatoriai pasižymi ypatinga veiksmingumu žemų temperatūrų sąlygomis: jie užtikrina visišką kietėjimą esant 5 °C, tuo tarpu konvencinės sistemos po 72 valandų vis dar nesukietėja ( Journal of Coating Technology, 2022 ). Šis veikimo lauko išplėtimas leidžia patikimai klijuoti ir sandrinti šaldymo įrangos, poliarinės statybos bei žiemą vykstančių infrastruktūros priežiūros darbų metu – be reikalingumo šildyti darbo aplinką.

Tinkamo epoksidinio pagreitinimo priemonės pasirinkimas žemoms temperatūroms

Optimalios epoksidinės pagreitinimo priemonės pasirinkimas šaltoms aplinkos sąlygoms reikalauja strateginio derinimo su dėmės chemija ir eksploataciniais reikalavimais. Žemiau 10 °C nekeistos sistemos gali reikšti 24 valandas ar ilgiau, kad iškietėtų („Polymer Engineering Reports“ 2023 m.), todėl pagreitinimo priemonės pasirinkimas yra esminis lauko darbų efektyvumui.

Pagreitinimo priemonės chemijos pritaikymas prie dėmės–kietinimo priemonės sistemų (pvz., DGEBA, novolakai) ir naudojimo reikalavimų

Aminų pagrindu paremtos pagreitinimo priemonės paprastai padidina DGEBA (diglikidilo eterio bisfenolio-A) epoksidinės dėmės reaktyvumą nukleofiliniais mechanizmais, tuo tarpu fenoliniams novolakams dažniausiai geriau tinka imidazolo katalizatoriai. Pirmiausia atkreipkite dėmesį į cheminę suderinamumą su jūsų pagrindine formuliuote ir galutinėmis naudojimo sąlygomis – jūrinėse aplinkose reikalingos chloridams atsparios pagreitinimo priemonės, o aviacijos taikymuose svarbiausia yra terminė stabilumas ir mažas dujų išsiskyrimas.

Kietinimo trukmės, kietinimo greičio ir galutinių mechaninių savybių balansavimas žemiau 10 °C

Akceleratoriaus koncentracija tiesiogiai veikia šią triadą:

Formulių kūrėjai turi įvertinti kompromisus: nors greitai kietėjančios formulės leidžia statybas žiemą, per didelė akceleracija gali sumažinti kryžminės jungties tankį. Latentiniai koakceleratoriai padeda tai sušvelninti etapiniu aktyvinimu, išlaikydami daugiau kaip 95 % mechaninių savybių net esant 4 °C. Visada patikrinkite stiklinės virsmo temperatūros (Tg) išlaikymą DSC bandymais kritinėms taikymo sritims.

DUK

Kodėl šaltas oras veikia epoksidinio klijų kietėjimą?

Žemos temperatūros sumažina molekulinį judėjimą ir susidūrimų dažnį, dėl ko lėtėja reakcijos kinetika ir pablogėja struktūrinė vientisumas.

Kaip epoksidiniai pagreitinamieji padeda šaltomis sąlygomis?

Epoksidiniai pagreitinamieji sumažina molekulėms susijungti reikiamą aktyvacijos energiją, taip pagerindami polimerų susidarymą net žemose temperatūrose.

Kokie veiksniai turi būti įvertinti renkantis epoksidinį pagreitinamąjį?

Renkant reikia įvertinti dėl rezino ir kietiklio sistemą, temperatūros sąlygas bei eksploatacijos reikalavimus, taip pat subalansuoti naudojimo trukmę, sukietėjimo greitį ir mechanines savybes.