Роль эпоксидных разбавителей в улучшении растекаемости и выравнивания покрытий

Понимание роли эпоксидных разбавителей и их влияния на вязкость покрытий

Определение и химический состав эпоксидного разбавителя

Эпоксидные разбавители работают как добавки с относительно небольшими молекулами, которые делают смолы менее вязкими, не нарушая процесс отверждения. Эти вещества обычно содержат реакционноспособные группы, в основном эпоксидные или такие как глицидиловый эфир, что позволяет им фактически становиться частью полимерной структуры после застывания. Однофункциональные разбавители, например фенилглицидиловый эфир, как правило, образуют меньше поперечных связей между молекулами, обеспечивая большую гибкость материала в целом. Напротив, двухфункциональные версии, такие как бутандиол-диглицидиловый эфир, сохраняют более высокую структурную целостность даже после корректировки вязкости. Производители часто выбирают между этими вариантами в зависимости от того, требуется ли им более мягкий материал или материал, сохраняющий прочность, несмотря на улучшенную обрабатываемость на начальном этапе.

Как эпоксидный разбавитель снижает вязкость для улучшения нанесения

Когда разбавители попадают в смесь, они фактически разрушают сложные межмолекулярные силы, удерживающие цепочки эпоксидных полимеров вместе, что значительно снижает вязкость — по данным исследований группы Ciech за 2019 год, иногда до 60%. Что это означает на практике? Это облегчает работу со всеми материалами. Материал лучше распыляется, равномерно распределяется по поверхностям и может содержать больше наполнителей. Анализ тепловых данных показывает еще одно преимущество: эти добавки, похоже, уменьшают энергию активации для течения примерно на 15–20%. Это означает, что покрытия хорошо выравниваются даже при комнатной температуре, не теряя содержания сухого остатка, что очень важно для производителей, стремящихся поддерживать высокие стандарты качества в ходе производственных циклов.

Реакционноспособные и нереакционноспособные эпоксидные разбавители: основные различия и области применения

Реакционноспособные разбавители, включая аллилглицидиловый эфир, на самом деле участвуют в процессе поперечного сшивания во время отверждения, что способствует сохранению высокой твёрдости на уровне около 85 по Шору D, а также обеспечивает устойчивость готовой пленки к химическим воздействиям. В свою очередь, нереакционноспособные варианты, такие как бензиловый спирт, просто временно снижают вязкость, не становясь частью химической структуры. Согласно исследованиям Паско, проведенным еще в 2010 году, такие добавки, не участвующие в реакциях, могут снизить прочность пленки примерно на 12–18 процентов после полного отверждения. Из-за различий в эксплуатационных характеристиках большинство профессионалов выбирают реакционноспособные составы, когда требуется долговечное защитное покрытие для конструкций. Нереакционноспособные версии находят свое применение в ситуациях, где требуется быстрое удаление или защита на короткий срок в рамках текущей задачи.

Наука о растекаемости и выравнивании в эпоксидных покрытиях

Поверхностное натяжение и его роль в растекаемости и выравнивании покрытий

То, как эпоксидные покрытия растекаются и оседают на поверхностях, сильно зависит от поверхностного натяжения. При работе с системами, имеющими высокое содержание сухого остатка, обычно наблюдается поверхностное натяжение в диапазоне от 30 до 40 миллиньютонов на метр. Это часто вызывает проблемы, такие как неприятные кратеры и нежелательная текстура «апельсиновой корки» на готовых изделиях. Добавление эпоксидных разбавителей снижает это натяжение примерно на 10–20%, что улучшает адгезию покрытия к поверхности нанесения и обеспечивает более гладкую отделку в целом. Существует два основных типа таких разбавителей, которые стоит упомянуть. Реактивные разбавители работают за счет непосредственного встраивания в структуру материала во время отверждения, что помогает уравновесить все эти сложные межфазные силы. Нереактивные версии не так долговечны, но все же выполняют свою функцию, временно разрывая молекулы, чтобы те могли равномерно распределиться.

Сбалансированность вязкости и подвижности поверхности для оптимального выравнивания

Для достижения хорошего выравнивания необходимо точно контролировать вязкость. Когда вязкость превышает 2000 сантипуаз, материал просто не сможет должным образом растекаться. Но если она упадет ниже 500 сП, вероятность возникновения проблем с оседанием значительно возрастает. Растворители на основе эпоксидных смол отлично справляются с этой задачей, снижая вязкость примерно на 30–50%. Их преимущество заключается в том, что они совсем не влияют на содержание нелетучих веществ. Это означает лучшее перемещение по поверхности в течение тех решающих первых 5–15 минут, прежде чем начнется процесс гелеобразования. Как подтверждает исследование, опубликованное в журнале Polymer Journal в прошлом году, такие корректировки действительно способствуют самостоятельному выравниванию покрытий. Это имеет смысл для тех, кто работает с промышленными высоконаполненными покрытиями, где правильное нанесение играет столь важную роль.

Оценка свойств выравнивания в системах эпоксидных смол с высоким содержанием твердых частиц

Для измерения того, насколько хорошо материалы выравниваются во время нанесения, специалисты обычно полагаются на стандартные испытания, такие как испытание на оседание в соответствии со стандартом ASTM D4402 или методы лазерной профилометрии. При рассмотрении составов с высоким содержанием твердых веществ (более 70 % твердых веществ) те из них, которые содержат оптимальное количество разбавителя, могут обеспечить поверхности с шероховатостью менее 5 микрометров. Это на самом деле на 60 % лучше, чем у обычных неразбавленных систем. Также было установлено, что в полевых условиях добавление от 8 до 12 % эпоксидного разбавителя сокращает время, необходимое для выравнивания, примерно на 40 % при вертикальном нанесении. Это делает такие составы особенно полезными для покрытия деталей сложной формы, где наиболее важным является равномерное покрытие.

Оптимизация концентрации эпоксидного разбавителя для идеального реологического поведения

Формуляторы обычно используют 5–15% эпоксидного разбавителя по массе для обеспечения баланса между текучестью и стабильностью. Концентрации, превышающие 18%, снижают плотность сшивки, уменьшая твёрдость на 2–3 единицы по шкале Шора D. Вискометрические данные показывают, что 10% реакционноспособного разбавителя обеспечивают оптимальное напряжение текучести (50–80 Па) для покрытий, наносимых кистью, при сохранении более 90% устойчивости к потере глянца, что гарантирует как удобство нанесения, так и эстетические характеристики.

Улучшение равномерности покрытия и снижение поверхностных дефектов

Как эпоксидный разбавитель изменяет поверхностное натяжение для улучшения образования плёнки

Добавление эпоксидных разбавителей снижает поверхностное натяжение примерно на 22–38% по сравнению с чистыми смолами, как показали исследования Пана и его коллег в 2025 году. Это позволяет материалу более равномерно распределяться по поверхностям и обеспечивает лучшее сцепление на границах раздела. Если говорить об изменениях поверхностной энергии, то здесь происходит предотвращение нежелательного отлипания покрытия от подложки, что в целом приводит к более чистому формированию пленки. Что касается реакционноспособных типов, таких как глицидиловые эфиры, они фактически становятся частью самой полимерной сети. Они обеспечивают поверхности большую свободу перемещения во время процессов отверждения, что приводит к более гладкой отделке по сравнению с нереакционноспособными аналогами. Большинство производителей предпочитают использовать именно этот подход, поскольку он обеспечивает стабильно высокие результаты без тех трудностей, которые связаны с традиционными методами.

Минимизация эффекта «апельсиновой корки», кратерообразования и других поверхностных дефектов

Правильное использование разбавителя снижает частые дефекты при нанесении:

• Апельсиновая корка : Частота возникновения снижается с 35% до <5% при распылении
• Кратеры : Предотвращаются, когда уровень разбавителя превышает 12% по массе
• Рыбий глаз : Подавляются благодаря стабилизированному поверхностному натяжению

Сохранение ньютоновских характеристик течения во время испарения растворителя имеет ключевое значение для обеспечения стабильного снижения дефектов при различных методах нанесения.

Компромиссы между эффективностью разбавления и целостностью отвержденной пленки

Хотя высокое содержание разбавителя (18–25%) улучшает растекаемость, оно может снизить плотность сшивки до 40% в системах, отверждаемых аминами. Чтобы компенсировать это, формulators используют такие стратегии, как:

1. Смешивание реакционноспособных и нереакционноспособных разбавителей в соотношении 3:1
2. Использование ускорителей отверждения для управления длительным сроком жизнеспособности
3. Добавление нано-кремнезема для восстановления механических свойств

Оптимальный баланс обычно достигается при содержании разбавителя 15–18%, сохраняя более 90% твердости основной смолы, при этом достигается шероховатость поверхности менее 5 мкм.

Повышение смачиваемости и адгезии к трудно смачиваемым подложкам

Роль разбавителя эпоксидной смолы в улучшении смачиваемости подложек и адгезии

Снижая поверхностное натяжение на границе раздела, эпоксидные разбавители улучшают смачиваемость на подложках с низкой поверхностной энергией, таких как полиэтилен и металлы с порошковым покрытием. Оптимизированные формулы обеспечивают угол смачивания ниже 35°, гарантируя равномерное покрытие. Недавние исследования по интеграции метакрилатных монофосфатов показали улучшенное механическое сцепление на пористом бетоне и выветренной стали, повышая адгезию на 18–22%.

Содействие межфазному контакту на подложках с низкой поверхностной энергией и трудно склеиваемых поверхностях

Когда эпоксидная смола имеет более низкую вязкость, она может проникать в микроскопические трещины глубиной менее 5 микрометров и обволакивать неровности на поверхностях. Это особенно важно при попытках обеспечить сцепление с материалами, обработанными фторполимерами, или композитными поверхностями, повреждёнными ультрафиолетовым излучением. Обычные эпоксидные смолы не обеспечивают такого же уровня сцепления в таких условиях, демонстрируя на 30–40 % меньшую прочность сцепления. Смешивание реакционноспособных разбавителей с силановыми связующими агентами усиливает эффект ещё больше. Эти комбинации создают прочные химические связи с материалами, содержащими большое количество гидроксильных групп, такими как стеклянные поверхности и анодированный алюминий. Результатом являются значительно улучшенные показатели адгезии в целом.

Сохранение баланса между улучшением адгезии и химической стойкостью в конечном покрытии

Разбавители определенно способствуют улучшению адгезионных свойств, но когда мы превышаем примерно 12%, возникают определенные трудности. Плотность сшивки снижается, что означает, что материал становится менее устойчивым к растворителям. Эксперты в области инженерии поверхностей выяснили, как найти «золотую середину», при которой сохраняется около 95% исходной прочности сцепления, при этом сохраняется хорошая устойчивость к кислотам и различным видам топлива. Большинство производителей следуют отраслевым стандартам, которые рассматривают показатель MEK двойного истирания как ключевой параметр. Обычно они ожидают снижения не более чем на 5% по сравнению с тем, чего можно достичь при использовании недилуированных систем. Такой подход обеспечивает достаточную долговечность продуктов для их предполагаемого применения, не ослабляя связь между поверхностями.

Ограничения по производительности и практические аспектспекты эпоксидных разбавителей

Влияние на плотность сшивки, твердость и механические свойства

Количество используемого разбавителя оказывает реальное влияние на качество окончательной пленки после отверждения. Если мы рассмотрим реакционноспособные разбавители, они действительно помогают снизить вязкость на 15–35 процентов, согласно исследованиям Паркера и его коллег в 2022 году. Однако здесь присутствует обратная сторона, поскольку эти же разбавители могут снизить плотность сшивки до 30%. Что это означает практически? Это приводит к тому, что пленки становятся менее твердыми при испытании по шкале карандашей — от 2H вплоть до HB, а материал в целом становится менее жестким. С другой стороны, нереакционноспособные разбавители не влияют на эти важные сшивки, но у них есть свои собственные недостатки. Обычно они требуют значительно больших количеств — около 20–40%, что вызывает повышенную усадку и делает материал более хрупким после полного отверждения. Из-за этих проблем производители часто сталкиваются с ограничениями при использовании таких разбавителей в приложениях, где на первом месте стоит высокая эксплуатационная надежность.

Выбросы ЛОС и регуляторные проблемы, связанные с нереакционноспособными разбавителями

От половины до трёх четвертей выбросов летучих органических соединений (ЛОС) из составов для покрытий приходится на нереакционноспособные разбавители, что заставило компании строго соблюдать правила, такие как стандарт EPA по архитектурным покрытиям (Architectural Coatings Regulation), изложенный в 40 CFR Part 59. Недавние изменения в руководящих принципах REACH ЕС, внесённые в 2023 году, теперь ограничивают содержание ароматических разбавителей в промышленных грунтовках, не позволяя им превышать 8%. Столкнувшись с такими ограничениями, многие производители обращаются к растительным альтернативам. Среди этих альтернатив выделяются модифицированные производные льняного масла, которые снижают уровень ЛОС примерно на сорок процентов по сравнению с традиционными продуктами. Однако здесь также существует обратная сторона, поскольку такие экологически чистые решения, как правило, требуют примерно на двенадцать-пятнадцать процентов больше времени на полное отверждение, что влияет на производственные графики в целом.

Стратегии минимизации потерь в рабочих характеристиках при проектировании составов

Для сохранения рабочих характеристик и устранения ограничений разработчики применяют три основные стратегии:

1. Смешивание реакционноспособных разбавителей смешивание монофункциональных (10–12%) и трифункциональных разбавителей (5–7%) снижает вязкость при минимальных потерях сшивки
2. Гибридные каталитические системы ускорители октана цинка компенсируют ингибирование отверждения, вызванное разбавителями, богатыми гидроксильными группами
3. Интеграция нанодобавок добавление 0,5–1,0% нанооксида кремния восстанавливает 85–90% утраченной твердости в системах с высоким содержанием разбавителя

Эти подходы позволяют снизить вязкость до 18%, сохраняя потери прочности при растяжении на уровне ниже 25% по сравнению с немодифицированными эталонами, что обеспечивает высокие эксплуатационные характеристики и соответствие требованиям формул

Раздел часто задаваемых вопросов

Что такое эпоксидные разбавители?

Эпоксидные разбавители – это добавки, которые снижают вязкость эпоксидных смол, облегчая их использование без вмешательства в процесс отверждения.

Как эпоксидные разбавители влияют на вязкость покрытия?

Эпоксидные разбавители снижают вязкость покрытия за счет разрушения межмолекулярных сил в полимерных цепях, обеспечивая лучшее нанесение и растекание материала.

В чем разница между реакционноспособными и нереакционноспособными разбавителями?

Реакционноспособные разбавители участвуют в процессе отверждения и становятся частью полимерной структуры, сохраняя более высокую твердость и стойкость к химическим веществам. Нереакционноспособные разбавители временно снижают вязкость, не становясь частью химической структуры.

Как используются эпоксидные разбавители для улучшения адгезии к подложке?

Эпоксидные разбавители улучшают адгезию к подложке за счет снижения поверхностного натяжения, обеспечивая лучшую смачиваемость на сложных поверхностях и способствуя межфазному контакту.