Korišćenje razblaživača za epoksidne smole radi kontrole viskoznosti u formulacijama epoksidnih smola

Kako epoksidni razblaživači smanjuju i podešavaju viskoznost: mehanizmi i strukturna načela

Reaktivna i nereaktivna hemija epoksidnih razblaživača i njihovi reološki potpisi

На начин на који епоксидни разблаживачи утичу на вискозност зависе потпуно различити хемијски процеси. Узмите као пример реактивне разблаживаче попут бутандиол диглицидил етра, они садрже специјалне епоксидне или глицидил етарске групе које се заправо интегришу у полимерну мрежу током отврдњавања. Ови типови разблаживача могу смањити почетну вискозност за 40 до 60 процената, без значајног губитка топлотне чврстоће или механичких својстава материјала у поређењу са нереактивним варијантама. Неки дифункционални реактивни разблаживачи су нарочито добри у овоме, одржавајући око 85 до 90 процената првобитне тврдоће смоле, истовремено минимизирајући такозвано смањење Tg-а, што значи да материјал остаје стабилан на вишим температурама. Са друге стране, нереактивни разблаживачи делују више као привремени пластификатори, нарушајући међумолекуларне силе. Иако краткорочно подједнако ефикасно смањују вискозност, постоји стални проблем миграције тих састојака током времена или њиховог одвајања од основног материјала. Са реолошког становишта, реактивни разблаживачи заправо олакшавају течење материјала смањујући активациону енергију за између 15 и 20 процената. Ово помаже у равномерном распореду и квасењу површина код дебелих премаза са високим садржајем чврстих компоненти које често срећемо. Нереактивне верзије на почетку показују добре, Њутнове карактеристике, али се то мења након испаравања растварача или услед флуктуација температуре, што на крају утиче на конзистентност коначног производа.

Молекулска тежина, функционалност и кинетика отварања прстена као кључни фактори вискозности

У основи постоје три кључна фактора која утичу на ефикасност разблаживача у епоксидним системима: њихова молекулска тежина, оно што називамо функционалношћу и начин на који реагују када се прстени отворе током процеса. Када је у питању молекулска тежина, све испод око 200 грама по молу заиста доприноси смањењу вискозности. За сваких 100 g/mol смањења тежине, вискозност опада између 1.200 и 1.500 центипоаза у DGEBA системима, због мањег запетљања ланца и смањених ограничења слободног волумена. Аспект функционалности у потпуности се односи на контролу густине укрштања. Монофункционални разблаживачи могу смањити вискозност за половину до три четвртине, али такође смањују температуру стакласте транзиције (Tg) за отприлике 10 до 20 степени Целзијуса и смањују густину укрштања за око 30 до 40%. Дифункционални примерци ипак остварују бољу равнотежу, задржавајући већину термичке стабилности, док и даље омогућавају обраду при вискозностима испод 4.000 cP. Такође, важно је и шта се дешава са реакцијама отварања прстена у односу на време обраде. Алифатички епоксиди имају тенденцију да убрзају процес у поређењу са својим ароматичним аналогима, повећавајући брзину вулканизације за око 25 до 30%, чиме материјал брже затврдне, али захтевајући много прецизнију контролу над временом употребе. Уређивањем ових различитих параметара произвођачи могу прецизно подешавати своје материјале са полазних тачака од око 12.000 cP све до нивоа испод 4.000 cP, чинећи их погодним за све, од операција намотавања филамената где је ниска вискозност критична, до процеса уношења под вакуумом који захтевају нешто вишу вискозност за одговарајући проток смоле.

Bioloski epoksidni razblaživači: Performanse i praktičnost derivata karvakrola, timola, gvaikola i vanilinskog alkohola

Efikasnost sinteze i prinos epoksidacije za epoksidne razblaživače zasnovane na fenolnim monoterpenima

Када је реч о приносима епоксидације, деривати карвакрола и тимола заиста истичу, постижући преко 95% под умереним условима од око 60 до 80 степени Celзијуса. Системи гвајакола раде још брже, завршавајући реакције у року од само три дана. Оно што чини деривате ванилилног алкохола посебно интересантним је начин на који штите те фенолне хидроксилне групе кроз стерне ефекте. То доводи до знатно боље селективности током реакција и ствара много мање нежељених споредних производа, што значи мање муке приликом чишћења коначног производа касније. Уз поглед на недавни развој метода без растварача, видели смо конзистентне резултате који остају изнад 90% приноса чак и на већим полупромисленим скалама. Ово је важно јер ове процесе чини економски привлачним, али и пријатељскијим према животној средини. За компаније које желе да изнесу разређиваче на биолошкој основи на тржиште, ове побољшане ефикасности представљају стварни напредак ка исплативим комерцијалним решењима.

Efikasnost smanjenja viskoznosti: Uporedni podaci u odnosu na DGEBA

Када се додају у количини од 15 wt%, разблаживачи добијени из карвакрола значајно смањују вискозност DGEBA, заправо за око 78 до 92 процента. Резултантне вискозности су у опсегу приближно 1.050 до 2.500 cP, због чега су ови материјали заиста погодни за процесе као што су инфузија смоле и производња помоћу вакуума. Када погледамо аналоге тимола, видимо и интересантне температурне одговоре. На собној температури (око 25 степени Целзијуса), смеше достигну вискозност око 1.800 cP, али затим прелазе на Њутновски проток када температура порасте преко 40 степени Целзијуса. Ова особина доприноси побољшању конзистентности пуњења форме у условима променљивих температура током производних циклуса. Разблаживачи засновани на гвajaколу ипак нису толико ефикасни, јер смањују вискозност само за око 60 до 70%. Занимљиво је да, иако варијанте ванилиног алкохола имају већу молекулску масу, ипак успевају да постигну вискозност око 3.700 cP. Ово показује како одређене биолошке структуре могу надокнадити ограничења која би у супротном произашла из повећане масе. Посебно је напомињања вредно да разблаживачи који одржавају најмање 40% биомасе имају једнако добар, ако не и бољи, ефекат у односу на традиционалне петрохемијске алтернативе када је у питању контрола вискозности на сличним нивоима додавања.

Балансирање компромиса у перформансама: био садржај, рективност и термичка својства

Када раде са биобазираним разређивачима за епоксидне смоле, формулајзи морају да избалансирају циљеве одрживости и перформансе материјала. Биљни материјали као што су феноли и монотерпени обично боље смањују вискозност у односу на традиционалне опције, када се посматра количина употребљеног материјала. Али постоји један проблем. Ови обновљиви састојци могу променити молекулску структуру на начин који убрзава хемијске реакције током процеса везивања. Тестови показују да ово може убрзати везивање за отприлике 25 до 30 одсто, иако то обично значи мање напредних веза, смањујући их за око 10 до 15 одсто. Резултат? Приметно смањење температуре стакласте транзиције (Tg) између 5 и 20 степени целзијуса након што се све заврши. Алифатичне структуре доприносе побољшању отпорности материјала на пукотине, али на рачун смањене отпорности на топлоту. Ово је веома важно за композитне делове који морају поуздано функционисати чак и када температура прелази 100°C. Постизање правилног баланса зависи од разумевања свих ових односа. Формулајзи морају да одаберу разређиваче који задовољавају одређене Tg параметре, али и да одговарају временским оквирима производње повезаним са стабилношћу смеше и тренутком када се делови могу безбедно уклонити из форми.

Поређење ефикасности разблаживача епоксида: реологија, понашање током отврдњавања и коначне перформансе композита

Реолошко испитивање у опсегу од 0–15 мас. % додатка разблаживача епоксида

Када се додају у количини од 0 до 15 масених процената, разређивачи на бази епокси смоле смањују комплексну вискозност за око 40 до 70% у односу на чисти DGEBA материјал. На концентрацији од око 10 масених процената, комплексна вискозност опада испод 4.000 центипоаза, што се генерално сматра довољно добром вредношћу за адекватно навлачење влакана током производње композита. Анализа вискозноеластичних својстава показује и нешто занимљиво. И модул акумулације и модул губитка дуже треба да достигну своје вредности у овим модификованим системима. Ране вредности модула акумулације су приближно 20 до 30% ниже у односу на оне у стандардним формулацијама, што указује на спорији развој еластичних мрежа унутар материјала. Ово заправо може помоћи у процесирању, али доноси и одређене ризике. Када концентрација пређе преко 12 масених процената, повећава се вероватноћа фазног раздвајања, што омета једноликост напреста и коначно утиче на квалитет готових делова. Добра вест је да пак балансирани мешавини разређивача задржавају карактеристике смањења вискозности при смичењу, па се стога равномерно распоређују у калибрима без превременог желатинизовања током производње.

Uticaj na vreme želiranja, temperaturu staklaste prelaza i gustinu premostenja

Dodavanje reaktivnih razblaživača može skratiti vreme želiranja za oko 15 do 25 procenata kada se dodaju u količini od 5 do 10 masenih procenata. To se dešava zato što epoksidne grupe postaju pokretljivije, a proces otvaranja prstena ubrzava. Međutim, ključno je koliko su ti razblaživači funkcionalni. Oni sa jednom funkcijom obično snižavaju temperaturu staklaste prelaznosti za oko 10 do 20 stepeni Celzijusa pri dodatku od 15 masenih procenata. S druge strane, dvostruko funkcionalni razblaživači zadržavaju temperaturu staklaste prelaznosti znatno bližu originalnoj smoli, obično unutar samo 5 do 10 stepeni. Kada je u pitanju gustina mreženja, primećuje se slično ponašanje. Dvostruko funkcionalni razblaživači održavaju približno 85 do 90 procenata mreža prisutnih u neraisanim materijalima. Jednofunkcionalne varijante imaju znatno nižu vrednost, obično padaju na svega 60 do 70 procenata. Radi najboljih rezultata, većina proizvođača teži dodatku od 8 do 10 masenih procenata. Na ovom nivou materijal postaje dovoljno obradiv, sa viskoznošću ispod 4.000 centipoisa, održava temperaturu staklaste prelaznosti iznad 120 stepeni Celzijusa, što je neophodno za strukturne primene, i zadržava dovoljnu gustinu mreženja za dobre mehaničke osobine. Međutim, prelazak preko 12 masenih procenata počinje da izaziva ozbiljne probleme. Termička stabilnost opada, čvrstoća na smicanje između slojeva slabije, a delovi tokom vremena mogu izobličiti. Ovi problemi se retko mogu povratiti nakon što se jave.