Epoksidų skiediklių vaidmuo padidinant dengimo ir išlyginimo savybes

Epoksidų skiediklių supratimas ir jų poveikis dengimo klampumui

Epoksidinio skiediklio apibrėžimas ir cheminė sudėtis

Epoksido skiedikliai veikia kaip mažų molekulių priedai, kurie sumažina dervų klampumą, nekeisdami jų kietinimo savybių. Šios medžiagos dažnai turi reaktyviųjų grupių, daugiausiai epoksido arba glikidilo eterio, kurios leidžia jiems tapti polimero struktūros dalimi, kai visa sistema sukietėja. Vienos funkcijos turintys skiedikliai, tokie kaip fenilglikidilo eteris, paprastai sukuria mažiau tarpusavyje susijusių ryšių tarp molekulių, todėl medžiagos tampa lankstesnės. Tuo tarpu dvigubos funkcijos versijos, tokios kaip butandiolio diglikidilo eteris, išlaiko geresnę konstrukcinę vientisumą net pritaikius klampumą. Gamintojai dažnai renkasi tarp šių variantų priklausomai nuo to, ar reikia lankstumo, ar išlaikyti stiprumą, nepaisant palengvintos pradinės apdorojimo būklės.

Kaip epoksido skiediklis mažina klampumą, pagerindamas naudojimą

Kai pridedami skiedikai, jie iš esmės suskaido tas sudėtingas tarp molekulių jėgas, kurios laiko epoksidinio polimero grandines, todėl klampumas sumažėja gana žymiai – kartais net 60 %, pagal 2019 m. Ciech Group atliktus tyrimus. Ką tai praktiškai reiškia? Na, tai palengvina darbą su medžiaga. Ji geriau purškia, tolygiau pasklinda ant paviršių ir gali išlaikyti daugiau pildiklių. Iš terminio analizės duomenų atsispindi dar viena nauda: šie priedai, atrodo, sumažina aktyvacijos energiją, reikalingą tekėjimui, maždaug 15–20 procentų. Tai reiškia, kad danga gražiai išsilygina net kambario temperatūroje, neprarandant kietosios dalies, o tai ypač svarbu gamintojams, siekiantiems išlaikyti kokybės standartus gamybos metu.

Reaktyvūs ir nereaktyvūs epoksidinių dervų skiedikliai: pagrindiniai skirtumai ir panaudojimas

Reaktyvūs praskiedikliai, tokie kaip glicidilo eteris, iš tikrųjų dalyvauja kryžminio susiejimo procese, kuris vyksta džiovinimo metu, todėl išlaikoma aukšta standumo reikšmė – apie 85 Shore D, o galutinis sluoksnis atsparus cheminėms medžiagoms. Kita vertus, nereaktyvūs praskiedikliai, tokie kaip benzilo alkoholis, tiesiogiai sumažina klampumą laikinai, tačiau nėra integruojami į cheminę struktūrą. Pagal 2010 m. Pascault tyrimus, šie nedalyvaujantys priedai gali sumažinti plėvelės stiprumą nuo 12 iki 18 procentų po visiško sukietėjimo. Dėl šio našumo skirtumo, daugelis specialistų renkasi reaktyvius mišinius, kai reikia ilgalaikių apsauginių dangų konstrukcijoms. Neaktyvios rūšys randamos situacijose, kur reikia greitai pašalinti sluoksnį arba užtikrinti trumpalaikę apsaugą esamam darbui.

Epoxydinių dangų tekėjimo ir išsilyginimo mokslas

Paviršiaus įtempimas ir jo vaidmuo dangų tekėjime ir išsilyginime

Epoksidų danga išsisklaido ir nusėda paviršiuje labai priklauso nuo paviršiaus įtampos. Naudojant sistemas su dideliu kietųjų dalių kiekiu, paprastai pasitaiko paviršiaus įtampa apie 30–40 milinjutonų por metrą. Tai dažnai sukelia problemas, tokias kaip erzinantys krateriai ir nemėgstamas apelsino žieidės tekstūra baigiamuose produktuose. Pridėjus epoksidų skiediklių, ši įtampa sumažėja tarp 10–20 procentų, todėl danga geriau priglunda prie paviršiaus, ant kurio yra taikoma, ir suteikia lygesnį paviršių. Yra du pagrindinius skiediklių tipus verta minėti. Reaktyvūs skiedikliai veikia jungdamiesi į medžiagos struktūrą per kietinimo procesą, padedant išlaikyti sudėtingas tarpfazės jėgas. Nereaktyvūs variantai nėra tokie ilgaamžiai, tačiau vis tiek atlieka savo funkciją laikinai atskiriant molekules, kad jos tinkamai išsisklaidytų.

Optimalaus išlyginimo balansas tarp klampos ir paviršinio judumo

Kokybiškam išlyginimui reikia tinkamai kontroliuoti klampumą. Kai klampumas viršija 2000 centipoise vienetus, medžiaga tiesiog netinkamai tekės. Tačiau jei jis nukrenta žemiau 500 cP, daug didesnė yra atsiradimo rizika. Epoksidinių skiediklių nauda akivaizdi – jie sumažina klampumą maždaug 30–50 procentų. Puiku, kad jie visiškai nekeičia kietųjų dalių kiekio. Tai reiškia geresnį paviršiaus judėjimą per svarbias pirmąsias 5–15 minučių, kol viskas pradeda stingti. Praeitų metų „Polymer Journal“ tyrimas tai patvirtina, parodamas, kaip tokie pakeitimai iš tikrųjų padeda sluoksnio išlyginimui. Tai logiška tiems, kurie dirba su pramoniniais aukšto kietumo sluoksniais, kuriuose svarbu tinkamas sluoksnio dėjimas.

Išlyginimo savybių matavimas aukšto kietumo epoksidiniuose sistemose

Norint įvertinti, kaip gerai medžiagos išsilygina taikant jas, pramonės specialistai paprastai pasikliauja standartiniais bandymais, tokiais kaip lašėjimo bandymas pagal ASTM D4402 standartus arba lazerinė profiliometrija. Tiriant formules su aukšta kietųjų medžiagų koncentracija (virš 70 % kietųjų medžiagų), paaiškėjo, kad tinkamas skiediklio kiekis gali sukurti paviršius, kurių šiurkštumas mažesnis nei 5 mikronai. Tai iš tiesų yra apie 60 % geriau nei įprastų neskiedžiamų sistemų rezultatai. Taip pat buvo atlikti praktikos tyrimai, kurie parodė, kad pridėjus tarp 8 ir 12 procentų epoksidinio skiediklio, vertikaliai taikant, išsilyginimui reikalingas laikas sutrumpėja maždaug 40 %. Tai daro šias formules ypač naudingas dengiant sudėtingos formos detales, kur svarbiausia yra vienodas sluoksnis.

Optimizuojama epoksidinio skiediklio koncentracija idealiai reologinei savybei

Formuotojai paprastai naudoja 5–15% epoksidinio skiediklio pagal svorį, kad būtų subalansuotas tekėjimas ir stabilumas. Koncentracijos, viršijančios 18%, sumažina tinklelinio tankį, todėl kietumas mažėja 2–3 Šore D vienetais. Viskozimetrinių duomenų analizė rodo, kad 10% reaktyvaus skiediklio suteikia optimalų grįžtamąjį tempimą (50–80 Pa) teptiems sluoksniams, išlaikant daugiau nei 90% blizgesio stabilumą, užtikrinant tiek patogų naudojimą, tiek estetinį efektą.

Dangos vientisumo ir paviršiaus defektų mažinimo gerinimas

Kaip epoksidinis skiediklis keičia paviršiaus įtampą, kad būtų pagerinta plėvelės susidarymas

Pridedant epoksidinius skiediklius, paviršiaus įtampa sumažėja maždaug 22–38 procentų lyginant su grynomis dervomis, kaip nurodyta Pan ir kolegų 2025 metų tyrimuose. Tai padeda medžiagai tolygiau pasklisti paviršiuje ir užtikrina geresnį sukibimą tarp sąsajų. Kalbant apie paviršiaus energijos pokyčius, šis procesas neleidžia dengiamam sluoksniui atsitraukti nuo pagrindo, todėl galutinai susidaro švaresnis plėvelės paviršius. Reakcingiems tipams, tokiais kaip glicidilo eteriai, būdinga faktiškai integruotis į polimero tinklą. Tai suteikia paviršiui daugiau judumo per kietinimo procesus, todėl pasiekiamas lygesnis paviršius lyginant su nereakcingomis medžiagomis. Daugelis gamintojų teikia pirmenybę būtent šiai metodikai, nes ji užtikrina nuolat aukštą rezultatų kokybę be papildomų sunkumų, būdingų tradicinėms technikoms.

Vengti apelsinų žiežros, kraterių ir kitų paviršiaus defektų

Tinkamas skiediklio naudojimas sumažina dažniausiai pasitaikančias dengimo klaidas:

• Apelsino žievė : Atvejų skaičius sumažėja nuo 35% iki <5% purškiant
• Krateriai : Atsiradimas neįvyksta, kai skiediklio kiekis viršija 12% pagal svorį
• Žuvų akys : Slopinamos dėl stabilizuoto paviršiaus įtempimo

Kad būtų užtikrinta nuosekli redukcija įvairiomis taikymo metodais, yra būtina išlaikyti Niutono skysčio savybes tirpiklui garuojant.

Kompromisiniai santykiai tarp skiedimo efektyvumo ir sukietėjusio sluoksnio vientisumo

Nors didelė skiediklio koncentracija (18–25%) pagerina skysčio tekėjimą, ji gali sumažinti tinklų tankį iki 40% aminų kietinimo sistemose. Tam pašalinti formulavimo specialistai naudoja tokių strategijų kaip:

1. Maišant reaktyvius ir ne reaktyvius skiediklius 3:1 santykiu
2. Naudojant pagreitininkus, kad būtų valdomas pratęstas naudojimo laikas
3. Pridedant nano-siliką, kad būtų atkuriama mechaninės savybės

Ideali pusiausvyra paprastai pasiekiamas esant 15–18% skiediklio kiekiui, išlaikant daugiau nei 90% bazinio dervos kietumo, tuo tarpu pasiekiamas paviršiaus šiurkštumas mažesnis nei 5 μm.

Padidinant šlapijimą ir sukibimą su sudėtingais pagrindais

Epoksidinio skiediklio vaidmuo padidinant pagrindo šlapijimą ir sukibimą

Sumažinus paviršinį įtempimą sąsajoje, epoksidiniai skiedikliai pagerina šlapijimą ant žemos energijos pagrindų, tokių kaip polietilenas ir milteliniais dažais padengti metalai. Optimaliai parinktos formulės pasiekia kontaktinį kampą žemiau 35°, užtikrindamos vienodą dengimą. Nauji tyrimai, kuriuose integruojamas fosforo rūgšties metakrilato monomeris, parodė padidėjusį mechaninį užsifiksavimą ant porėtų betono ir nubrozdintos plieno, pagerinant sukibimą 18–22%.

Skatinant tarpfazinį kontaktą ant žemos energijos ir sunkiai sukibimo paviršių

Kai epoksidas turi mažesnį klampumą, jis gali patekti į tas mažas įtrūkimų mikrometro gylį ir prasiskverbti aplink nelygumus paviršiuose. Tai yra labai svarbu bandant klijuoti prie fluoropolimerų apdorotų medžiagų arba kompozitinių paviršių, pažeistų UV spindulių. Standartiniai epoksidai šiomis sąlygoms atsparūs yra mažiau, parodydami apie 30–40 procentų mažesnį sukibimą. Sumaišius reaktyvius skiediklius su silano jungiamosiomis medžiagomis, šis efektas dar labiau sustiprinamas. Šios kombinacijos sukuria stiprius cheminius ryšius su medžiagomis, kuriose yra daug hidroksilo grupių, tokiose kaip stiklo paviršiai ir anodizuotas aliuminis. Rezultatas? Kur kas geresnės sukibimo savybės apskritai.

Suderinant sukibimo pagerinimą su cheminio atsparumo balansavimu galutiniame sluoksnyje

Skiedikliai tikrai padeda pagerinti sukibimo savybes, tačiau kai viršijama apie 12% riba, prasideda problemų. Susikryžiavimo tankis mažėja, o tai reiškia, kad medžiaga tampa mažiau atvari solventams. Paviršių inžinerijos specialistai išsiaiškino, kaip rasti optimalų balansą, kad būtų išlaikoma apie 95 % pradinės sukibimo jėgos, kartu išlaikant gerą atsparumą rūgštims ir įvairiems kurams. Daugelis gamintojų vadovaujasi pagal pramonės standartus, kurie svarbiausiu rodikliu laiko MEK dvigubo trinimo testą. Paprastai pageidaujama, kad nuokrypis nuo nepaskiedžiamų sistemų būtų ne didesnis nei 5 %. Toks požiūris užtikrina, kad produktai būtų pakankamai patvarūs numatytai panaudojimo sričiai, nesumažinant sukibimo tarp paviršių jėgos.

Epoksidinių skiediklių našumo ribos ir praktinės sąvokos

Poveikis susikryžiavimo tankiui, kietumui ir mechaninėms savybėms

Naudojamo skiediklio kiekis tikrai daro įtaką galutinio sluoksnio savybėms po jo kietinimo. Analizuojant reaktyvius skiediklius, jie padeda sumažinti klampumą nuo 15 iki 35 procentų, kaip nurodė Parker ir kt. 2022 metais. Tačiau čia pasireiškia kompromisinė pusė, kadangi tie patys skiedikliai gali sumažinti tinklinimo tankį net 30 procentų. Ką tai reiškia praktikoje? Tai sukelia sluoksnio kietumo mažėjimą, kuris pagal pieštuko kietumo skalę kinta nuo 2H iki HB, taip pat medžiaga tampa mažiau standi. Kita vertus, ne reaktyvūs skiedikliai netrikdo svarbių tinklinimo jungčių, tačiau jie turi savų trūkumų. Paprastai jų reikia daugiau – apie 20–40 procentų, dėl ko padidėja susitraukimas ir medžiaga tampa trapia po visiško kietinimo. Dėl šių problemų gamintojai dažnai susiduria su apribojimais, kai reikia pasiekti aukštą naudingumo lygį.

VOC emisijos ir reglamentavimo iššūkiai naudojant neaktyvius skiediklius

Aproks 50–75 % летучiųjų organinių junginių emisijų iš dažų yra dėl neaktyvių skiediklių, todėl įmonės privalo griežtai laikytis taisyklių, pvz., JAV EPA paskelbtų Architektūrinių dažų reglamento, kuris pateiktas 40 CFR Part 59. Naujinimai, atlikti 2023 m. Europos chemikatų reglamento (REACH) nuostatose, dabar riboja aromatinių skiediklių kiekį pramonės gruntavimo medžiagose iki 8 %. Susidūrus su tokiais apribojimais, daugelis gamintojų pradeda naudoti augalinės kilmės alternatyvas. Tarp šių alternatyvų išsiskiria modifikuoto lino sėmenų aliejaus dariniai, kurie sumažina VOC lygį maždaug 40 % lyginant su tradiciniais produktais. Tačiau čia taip pat yra kompromisinis variantas, nes šios ekologiškos alternatyvos visiškai išdžiūti užtrunka 12–15 % ilgiau, o tai daro poveikį visoms gamybos grafikams.

Strategijos sumažinti našumo kompromatus formulavimo projekte

Norint išlaikyti našumą, pašalinant apribojimus, formulavimo specialistai naudoja tris pagrindines strategijas:

1. Reaktyvių skiediklių maišymas – derinant vienfunkcinius (10–12 %) su trifunkciniais skiedikliais (5–7 %) sumažinamas klampumas, tuo pačiu mažinant tarpusavyje susijusių grandinių kiekio netekimą
2. Hibridinių katalizatorių sistemos – cinko oktano pagreitininkai neitralizuoja hidroksilo turtingų skiediklių sukeltą kietinimo slopinimą
3. Nanodidiklių integruojimas – pridėjus 0,5–1,0 % nanosilicio atkuriamos 85–90 % prarastos kietumo savybės didelio skiediklio kiekio sistemose

Šios priemonės leidžia sumažinti klampumą iki 18 %, išlaikant tempimo stiprio netekimą žemiau 25 % lyginant su nepaskiedžiais etalonais, užtikrinant aukšto našumo ir atitikimo formulavimus.

Dažniausiai paskyrančių klausimų skyrius

Kas yra epoksidinių dervų skiedikliai?

Epoksidiniai skiedikliai yra priedai, kurie sumažina epoksidinių dervų klampumą, palengvinant jų naudojimą be jokio poveikio jų kietinimo procesui.

Kaip epoksidinių skiediklių poveikis dengiamojo sluoksnio klampumui?

Epoksidiniai skiedikliai mažina dengiamojo sluoksnio klampumą, pažeidžiant tarp molekulių esančias jėgas polimerų grandinėse, todėl medžiaga geriau pasklinda ir lengviau taikoma.

Kuo skiriasi reaktyvūs ir ne reaktyvūs skiedikliai?

Reaktyvūs skiedikliai dalyvauja kietinimo procese ir tampa polimerinės struktūros dalimi, išlaikant aukštesnį kietumą ir cheminę atsparumą. Ne reaktyvūs skiedikliai laikinai sumažina klampumą, nes tampa cheminės struktūros dalimi.

Kaip epoksidiniai skiedikliai naudojami pagerinti paviršiaus sukibimui?

Epoksidiniai skiedikliai pagerina paviršiaus sukibimą, sumažindami paviršiaus įtampą, užtikrindami geresnį drėkinimą ant sudėtingų paviršių ir skatindami tarpfazinį kontaktą.