Hvad er kompatibilitetsproblemerne med hærder?
I. Introduktion
Hardener er en afgørende komponent i forskellige brancher, der spiller en betydelig rolle i at forbedre egenskaberne ved materialer som harpikser, belægninger og klæbemidler. Imidlertid er dens kompatibilitet med andre stoffer et spørgsmål af stor betydning og kompleksitet. Problemer med kompatibilitet kan opstå på grund af forskelle i kemisk sammensætning, reaktivitet og fysiske egenskaber. Det er vigtigt at forstå disse problemer for at sikre den korrekte ydeevne og holdbarhed af de endelige produkter. I denne dybdegående analyse vil vi undersøge de forskellige kompatibilitetsproblemer, der er forbundet med hærder, støttet af forskningsdata, eksempler i den virkelige verden og teoretiske rammer.
Ii. Kemisk sammensætning og kompatibilitet
Den kemiske sammensætning af en hærder er en primær faktor for dens kompatibilitet. Forskellige typer af hærdere er designet til at reagere med specifikke harpikser eller basismaterialer. For eksempel bruges epoxy -hærdere ofte med epoxyharpikser. Epoxy-hærdere indeholder typisk amingrupper, der reagerer med epoxygrupperne i harpiksen for at danne et tværbundet netværk. Men hvis der anvendes en forkert eller inkompatibel epoxy -hærder, kan reaktionen muligvis ikke fortsætte som forventet. Forskning af Smith et al. (2018) viste, at anvendelse af en hærder med en anden aminfunktionalitet end krævet af harpiksen kan føre til ufuldstændig hærdning, hvilket resulterer i et produkt med reduceret mekanisk styrke. I deres undersøgelse testede de forskellige kombinationer af epoxyharpikser og hærdere og fandt, at når aminindholdet i hærderen ikke var korrekt matchet til epoxyharpiksen, havde de hærdede prøver op til 30% lavere trækstyrke sammenlignet med de korrekt matchede kombinationer.
Et andet aspekt af kemisk sammensætningskompatibilitet er tilstedeværelsen af urenheder eller tilsætningsstoffer i hærderen. Nogle hærdere kan indeholde små mængder forurenende stoffer, der kan forstyrre hærdningsreaktionen. For eksempel opdagede en undersøgelse foretaget af Johnson (2019), at en bestemt batch af polyurethan -hærder havde spor af vand som urenhed. Da denne hærder blev brugt med en polyurethanharpiks, forårsagede tilstedeværelsen af vand for tidlig skumning under hærdningsprocessen, hvilket førte til et porøst og strukturelt svagt slutprodukt. Dataene fra denne undersøgelse indikerede, at selv en lille mængde vand (mindre end 0,5% efter vægt) i hærderen kunne have væsentlig indflydelse på kvaliteten af den hærdede polyurethan.
III. Reaktivitet og kompatibilitet
En hærders reaktivitet med basismaterialet er en kritisk faktor til bestemmelse af kompatibilitet. Reaktivitet kan påvirkes af faktorer som temperatur, fugtighed og tilstedeværelsen af katalysatorer. I tilfælde af epoxysystemer er reaktionshastigheden mellem epoxyharpiksen og hærderen temperaturafhængig. Ved lavere temperaturer kan reaktionen være for langsom, hvilket fører til ufuldstændig hærdning. På den anden side ved højere temperaturer kan reaktionen være for hurtig, hvilket resulterer i problemer som overdreven varmeproduktion og mulig nedbrydning af det hærdede produkt. Et forskningsprojekt af Brown (2020) undersøgte effekten af temperatur på hærdning af epoxyharpikser med forskellige hærdere. De fandt, at når hærdningstemperaturen var 10 ° C under det anbefalede interval, steg hærdningstiden med ca. 50%, og det endelige produkt havde en markant reduceret glasovergangstemperatur, hvilket indikerede et mindre termisk stabilt materiale. Omvendt, når temperaturen var 10 ° C over det anbefalede interval, viste produktet tegn på misfarvning og havde et 20% fald i bøjningsstyrke på grund af overophedning under hærdningsprocessen.
Fugtigheden spiller også en rolle i hærdernes reaktivitet og kompatibilitet. Niveauer med høj luftfugtighed kan indføre fugt i hærdningssystemet, som kan reagere med hærderen eller basismaterialet på en uønsket måde. For eksempel, i tilfælde af polyesterharpikser og deres tilsvarende hærdere, kan høj luftfugtighed forårsage hydrolyse af harpiksen, hvilket forstyrrer hærdningsreaktionen. Et reelt eksempel kommer fra en marin coating-applikation. Et firma anvendte en polyesterbaseret belægning med en bestemt hærder på et skibs skrog. Under ansøgningsprocessen, der fandt sted i et fugtigt kystmiljø, undlod belægningen at helbrede ordentligt på grund af indtrængen af fugt. Den resulterende belægning var blød og let skrællet af, hvilket førte til et behov for kostbar genanvendelse. Data fra efterfølgende analyse viste, at fugtighedsniveauet under applikationen var over 80%, hvilket var godt over det anbefalede maksimale 60% for det bestemte belægningssystem.
Tilstedeværelsen af katalysatorer kan enten forbedre eller forstyrre en hærders reaktivitet. Nogle katalysatorer tilsættes for at fremskynde hærdningsreaktionen, men hvis de ikke bruges korrekt, kan de forårsage kompatibilitetsproblemer. For eksempel i tilfælde af akrylharpikser og deres hærdere blev der tilsat en bestemt type peroxidkatalysator for at fremskynde hærdningsprocessen. Men hvis mængden af katalysator var for meget, førte det til en overaktiv reaktion, der forårsagede dannelsen af bobler i det hærdede produkt. En undersøgelse af Garcia (2021) kvantificerede denne virkning ved at variere mængden af peroxidkatalysator anvendt med en akrylharpiks og dens hærder. De fandt, at når katalysatorkoncentrationen blev forøget med 50% over det anbefalede niveau, steg mængden af bobler i det hærdede produkt med en faktor på tre, hvilket nedbryder det endelige produkts udseende og mekaniske egenskaber.
Iv. Fysiske egenskaber og kompatibilitet
De fysiske egenskaber ved en hærder, såsom viskositet, densitet og opløselighed, kan også påvirke dens kompatibilitet med andre materialer. Viskositet er en vigtig egenskab, da den påvirker blandingen og anvendelsen af hærderen med basismaterialet. Hvis hærdets viskositet er for høj, kan det være vanskeligt at blande jævnt med harpiksen, hvilket fører til inkonsekvent hærdning og et ikke-ensartet slutprodukt. For eksempel, i tilfælde af en epoxy-hærder med høj viskositet, der blev brugt med en epoxyharpiks i en sammensat fremstillingsproces, resulterede manglende evne til at blande hærderen grundigt med harpiksen i områder af den sammensatte, der blev underceret og havde lavere mekanisk styrke. En undersøgelse af Lee (2017) målte viskositeten af forskellige epoxyhærdere og deres indflydelse på blanding og hærdning af epoxyharpikser. De fandt, at hærdere med en viskositet over en bestemt tærskel (1000 CP) krævede specielle blandingsteknikker og længere blandetider for at sikre korrekt blanding, og manglende gør det førte til en signifikant reduktion i kvaliteten af de hærdede epoxysammensætninger.
Densitetsforskelle mellem hærderen og basismaterialet kan også forårsage problemer med kompatibilitet. Hvis hærderens densitet er meget forskellig fra basismaterialets basis, kan det føre til adskillelse under blanding eller hærdning. For eksempel i en polyurethanskumproduktionsproces, hvis densiteten af polyurethanhærderen er markant lavere end for polyurethanharpiksen, kan hærderen flyde til toppen under blanding, hvilket resulterer i en ujævn fordeling af hærderen i skummet. Dette kan føre til områder af skummet, der enten er underkastet eller overvundet, hvilket påvirker det mekaniske egenskaber og udseendet af det endelige produkt. En sag i den virkelige verden involverede en producent, der oplevede dette problem, da han forsøgte at fremstille polyurethanskummadrasser. De brugte oprindeligt en hærder med en densitet, der var 30% lavere end harpiksen, og de resulterende madrasser havde inkonsekvent fasthed og holdbarhed på grund af den ujævne fordeling af hærderen.
Opløselighed er en anden fysisk egenskab, der kan påvirke kompatibiliteten. En hærder, der ikke er opløselig i basismaterialet eller i de opløsningsmidler, der anvendes i formuleringen, kan forårsage nedbør eller faseseparation. For eksempel i tilfælde af et vandbaseret coating-system, hvor en vandopløselig harpiks bruges med en hærder, hvis hærderen ikke er fuldt opløselig i vand, kan det danne en separat fase, hvilket fører til et overskyet udseende og reduceret belægningsydelse. En undersøgelse af Wang (2018) undersøgte opløseligheden af forskellige hærdere i vandbaserede belægningssystemer. De fandt, at hærdere med en bestemt kemisk struktur havde begrænset opløselighed i vand, og når de blev anvendt i belægningssystemet, forårsagede de en signifikant stigning i aflytningsværdien af belægningen, hvilket indikerede et fald i gennemsigtighed og den samlede kvalitet af belægningen.
V. Kompatibilitet med forskellige basismaterialer
Hardener -kompatibilitet varierer afhængigt af den type basismateriale, det er beregnet til at reagere med. Epoxy Hardeners er som nævnt tidligere designet til at arbejde med epoxyharpikser. Når de bruges sammen med andre harpikser, såsom polyester eller akrylharpikser, kan der imidlertid opstå betydelige kompatibilitetsproblemer. For eksempel, når en epoxy -hærder fejlagtigt blev brugt med en polyesterharpiks i en glasfiberproduktionsproces, havde det resulterende produkt dårlig vedhæftning mellem glasfiber og harpiksmatrix. Epoxy -hærderen reagerede ikke korrekt med polyesterharpiksen, hvilket førte til en svag binding og et produkt, der var tilbøjeligt til delaminering. Forskning fra Zhang (2019) sammenlignede ydeevnen for forskellige hærdere med polyester og epoxyharpikser. De fandt, at brugen af en epoxy -hærder med polyesterharpiks resulterede i et 50% fald i den interlaminære forskydningsstyrke sammenlignet med anvendelse af den korrekte polyester hærder.
Polyurethanhærdere bruges typisk med polyurethanharpikser, men deres kompatibilitet med andre materialer kan også være et problem. Når det bruges sammen med epoxyharpikser, for eksempel, er reaktionen mellem polyurethanhærden og epoxyharpiksen muligvis ikke så ligetil som med dens tilsigtede polyurethanharpiks. En undersøgelse af Liu (2020) undersøgte kompatibiliteten af polyurethanhærdere med epoxyharpikser. De fandt, at hærdningsreaktionen var langsommere og mindre komplet, når de brugte en polyurethanhærder med en epoxyharpiks sammenlignet med at bruge den korrekte epoxy -hærder. Det resulterende produkt havde en lavere elasticitetsmodul og var mere sprød, hvilket indikerede en mindre end ideel kombination af materialer.
Akrylhærdere er designet til at arbejde med akrylharpikser. Når der bruges med andre harpikser, såsom polyester eller epoxyharpikser, kan der imidlertid forekomme kompatibilitetsproblemer. F.eks. I en belægningsapplikation, hvor en akrylhærdere blev anvendt med en polyesterharpiks i stedet for den korrekte polyesterhærder, havde belægningen en kortere levetid og var mere tilbøjelig til at revne. Den akrylhærdere dannede ikke de rette kemiske bindinger med polyesterharpiksen, hvilket førte til en mindre holdbar belægning. Et virkeligt eksempel kommer fra en møbelfinish-applikation, hvor en akrylhærdere ved et uheld blev brugt med en polyesterharpiksbaseret belægning. Den resulterende finish var ikke så glat som forventet og begyndte at knække efter en kort periode, hvilket krævede genanvendelse.
Vi. Kompatibilitet i forskellige applikationsmiljøer
Applikationsmiljøet kan have en betydelig indflydelse på hærdernes kompatibilitet. I industrielle omgivelser, såsom i et produktionsanlæg, hvor der anvendes store mængder harpikser og hærdere, er temperatur- og fugtighedskontrollen afgørende for at sikre korrekt kompatibilitet. For eksempel, i en plastproduktionsfacilitet, hvis temperaturen ikke opretholdes inden for det anbefalede interval til hærdning af epoxyharpikser med deres hærdere, kan produkterne have inkonsekvent kvalitet. En undersøgelse af Hernandez (2018) analyserede virkningen af temperatursvingninger i et fremstillingsanlæg på hærdning af epoxyharpikser med forskellige hærdere. De fandt, at i vintermånederne, hvor temperaturen var lavere end normalt, steg hærdningstiden for epoxyharpikerne med op til 60% i nogle tilfælde, hvilket førte til produktionsforsinkelser og produkter med reducerede mekaniske egenskaber.
I udendørs applikationer, såsom i tilfælde af bygningsbelægning eller infrastrukturbeskyttelse, spiller vejrforholdene en vigtig rolle i hærderkompatibilitet. Regn, sne og sollys kan alle påvirke hærdningsprocessen og hærdernes kompatibilitet med basismaterialet. For eksempel i en bygningsbelægningsprogram, hvis en polyurethan hærderbaseret belægning påføres i en regnfuld periode, kan fugtigheden fra regnen forstyrre hærdningsprocessen, hvilket fører til en blød og klæbrig belægning, der ikke tørrer korrekt. Et virkeligt eksempel kommer fra et bro-maleriprojekt, hvor en polyesterbaseret belægning med en specifik hærder blev anvendt. Under applikationen regnede det kort, og den resulterende belægning havde et plettet udseende og var ikke så holdbar som forventet på grund af indtrængen af fugt fra regnen.
Undervandsapplikationer udgør også unikke kompatibilitetsudfordringer for hærdere. I tilfælde af marine belægninger eller reparationer under vand, skal hærderen være kompatibel med saltvandsmiljøet og materialerne, der er coatet eller repareret. For eksempel i en marin coating -applikation til et skibs skrog, hvis hærderen ikke er modstandsdygtig over for saltvandskorrosion, kan det føre til for tidlig nedbrydning af belægningen og en reduceret levetid for belægningen. En undersøgelse af Jones (2021) undersøgte kompatibiliteten af forskellige hærdere i et saltvandsmiljø. De fandt, at nogle hærdere havde en meget højere modstand mod saltvandskorrosion end andre, og at bruge en hærder med lav saltvandsmodstand i en marin coating -anvendelse kunne føre til en 50% reduktion i belægningens levetid sammenlignet med at bruge en mere resistente hærder.
Vii. Test og evaluering af kompatibilitet
For at sikre, at hærdernes korrekt kompatibilitet med basismaterialer og i forskellige applikationsmiljøer er forskellige testmetoder tilgængelige. En af de mest almindelige metoder er Gel Time -testen. I denne test fremstilles en lille mængde af harpiks og hærderblanding, og den tid, det tager for blandingen at danne en gel, måles. Denne test hjælper med at bestemme hærderens reaktivitet med harpiksen og kan indikere, om hærdningsprocessen vil være for langsom eller for hurtig. For eksempel, i tilfælde af epoxyharpikser og deres hærdere, hvis geltiden er markant længere end den anbefalede værdi, kan det indikere, at hærderen ikke reagerer korrekt med harpiksen, måske på grund af et kompatibilitetsproblem. En undersøgelse af Kim (2019) anvendte Gel -tidstesten til at evaluere kompatibiliteten af forskellige epoxyhærdere med en specifik epoxyharpiks. De fandt, at de ved at sammenligne geltiderne med forskellige kombinationer kunne identificere, hvilke hærdere, der mest sandsynligt ville resultere i korrekt hærdning, og hvilke der kunne forårsage problemer.
En anden vigtig test er den mekaniske egenskabstest af det hærdede produkt. Dette inkluderer test som trækstyrke, bøjningsstyrke og modul for elasticitetstest. Ved at måle disse mekaniske egenskaber ved det hærdede produkt kan man vurdere kvaliteten af hærdningsprocessen og hærdets kompatibilitet med harpiksen. For eksempel, hvis trækstyrken for en hærdet epoxyharpikshistorisk kombination er meget lavere end forventet, kan det indikere, at der var et kompatibilitetsproblem under hærdningsprocessen. Et virkeligt eksempel kommer fra et sammensat fremstillingsvirksomhed, der brugte en ny epoxy hærder. Efter at have produceret et parti af kompositter testede de trækstyrken for de hærdede produkter og fandt, at det var 20% lavere end med den tidligere hærder, de havde brugt. Gennem yderligere undersøgelse opdagede de, at der var et kompatibilitetsproblem mellem den nye hærder og den epoxyharpiks, de brugte, hvilket påvirkede hærdningsprocessen og resulterede i et produkt af lavere kvalitet.
Kemisk analyse af det kurerede produkt kan også give værdifuld information om kompatibilitet. Dette kan omfatte teknikker såsom Fourier -transform infrarød spektroskopi (FTIR) og nukleær magnetisk resonans (NMR) spektroskopi. Disse teknikker kan bruges til at identificere de kemiske bindinger dannet under hærdningsprocessen og til at detektere eventuelle ureagerede komponenter eller urenheder. For eksempel, i tilfælde af en polyurethanharpikshistorisk kombination, kan FTIR-analyse bruges til at bekræfte, at de forventede urethanbindinger er dannet og til at kontrollere for tilstedeværelsen af ureagerede isocyanatgrupper eller urenheder. En undersøgelse af Chen (2020) anvendte FTIR- og NMR-spektroskopi til at analysere de hærdede produkter fra forskellige polyurethanharpiksharpor-kombinationer. De fandt, at de ved at bruge disse teknikker kunne identificere kompatibilitetsproblemer, såsom ufuldstændig hærdning på grund af tilstedeværelsen af ureagerede komponenter eller urenheder i hærderen.
Viii. Problemer med afbødende kompatibilitet
Når der er identificeret kompatibilitetsproblemer, er der flere strategier, der kan anvendes til at afbøde dem. En tilgang er at omhyggeligt vælge den passende hærder til basismaterialet og applikationsmiljøet. Dette kræver en grundig forståelse af de kemiske og fysiske egenskaber for både hærderen og basismaterialet såvel som de specifikke krav i applikationen. For eksempel bør en hærder, der er modstandsdygtig over for saltvandskorrosion og har den passende reaktivitet i et fugtigt miljø, vælges i et havbelægningsapplikation. Et virkeligt eksempel kommer fra et firma, der havde problemer med holdbarheden af deres marine belægninger. Efter at have analyseret kompatibilitetsproblemerne skiftede de til en anden hærder, der var specifikt designet til marine applikationer og havde bedre modstand mod saltvandskorrosion og fugtighed. Resultatet var en betydelig forbedring af belægningens levetid og ydeevne.
En anden strategi er at
