Millised on ühilduvusprobleemid Hardeneriga?
I. Sissejuhatus
Hardener on erinevates tööstusharudes ülioluline komponent, mängides olulist rolli selliste materjalide, näiteks vaikude, kattete ja liimide omaduste parandamisel. Selle ühilduvus teiste ainetega on siiski väga oluline ja keerukus. Ühildumisprobleemid võivad tekkida keemilise koostise, reaktsioonivõime ja füüsikaliste omaduste erinevuste tõttu. Nende probleemide mõistmine on lõpptoodete nõuetekohase jõudluse ja vastupidavuse tagamiseks hädavajalik. Selles põhjalikus analüüsis uurime erinevaid ühilduvusprobleeme, mis on seotud Hardeneriga, mida toetavad uurimisandmed, reaalmaailma näited ja teoreetilised raamistikud.
Ii. Keemiline koostis ja ühilduvus
Kõvastaja keemiline koostis on selle ühilduvuse peamine määraja. Erinevat tüüpi kõvenejad on loodud reageerima konkreetsete vaikude või alusmaterjalidega. Näiteks kasutatakse epoksüvaigudega tavaliselt epoksükõvereid. Epoksüde kõvendajad sisaldavad tavaliselt amiinirühmi, mis reageerivad vaigu epoksürühmadega, moodustades ristseotud võrgu. Kui aga kasutatakse valet või kokkusobimatut epoksü kõvendajat, ei pruugi reaktsioon oodata ootuspäraselt. Smith jt uurimistöö. (2018) näitasid, et erineva amiini funktsionaalsusega kõvendi kasutamine kui vaigu nõutav võib põhjustada mittetäielikku kõvenemist, mille tulemuseks on vähenenud mehaanilise tugevusega toode. Oma uuringus testisid nad erinevaid epoksüvaikude ja kõvendajate kombinatsioone ning leidsid, et kui kõvendi amiinisisaldust ei sobitatud epoksüvaikuga, oli ravitud proovidel õigesti sobivate kombinatsioonidega võrreldes kuni 30% madalam.
Keemilise koostise ühilduvuse teine aspekt on lisandite või lisandite olemasolu kõveruses. Mõned kõvekonnad võivad sisaldada väikeseid saasteaineid, mis võivad häirida kõvenemisreaktsiooni. Näiteks leidis Johnsoni (2019) uuring, et erilisel polüuretaani kõvendi partiil oli vesijälgi kui lisand. Kui seda kõvenerit kasutati koos polüuretaanvaiguga, põhjustas vee olemasolu kõvenemise ajal enneaegse vahutamise ajal, mis põhjustas poorse ja struktuurilt nõrga lõpptoote. Selle uuringu andmed näitasid, et isegi väike kogus vett (vähem kui 0,5% massist) võib kõveruses oluliselt mõjutada kõvenenud polüuretaani kvaliteeti.
Iii. Reaktsioonivõime ja ühilduvus
Kõraja reaktsioonivõime põhimaterjaliga on ühilduvuse määramisel kriitiline tegur. Reaktsioonivõimet võivad mõjutada sellised tegurid nagu temperatuur, niiskus ja katalüsaatorite olemasolu. Epoksüsüsteemide puhul sõltub epoksüvaigu ja kõvendi vaheline reaktsioonikiirus temperatuurist. Madalamatel temperatuuridel võib reaktsioon olla liiga aeglane, põhjustades mittetäielikku kõvenemist. Teisest küljest võib kõrgematel temperatuuridel reaktsioon olla liiga kiire, mille tulemuseks on sellised probleemid nagu liigne soojuse genereerimine ja ravitud produkti võimalik lagunemine. Browni (2020) uurimisprojektis uuriti temperatuuri mõju erinevate kõvendajatega epoksüvaikude kõvenemisele. Nad leidsid, et kui kõvenemistemperatuur oli 10 ° C alla soovitatava vahemiku, suurenes kõvenemisaeg umbes 50%ja lõpptoote klaasist üleminekutemperatuur oli märkimisväärselt vähenenud, mis näitab vähem termiliselt stabiilset materjali. Seevastu siis, kui temperatuur oli 10 ° C kõrgem soovitatud vahemikust, näitas tootel värvuse märke ja selle kõvenemise ajal ülekuumenemise tõttu oli paindetugevus 20%.
Niiskus mängib rolli ka kõvendajate reaktsioonivõime ja ühilduvuses. Kõrge õhuniiskuse tase võib soodustamissüsteemi niiskust tuua, mis võib reageerida kõveneja või alusmaterjaliga soovimatul viisil. Näiteks võib polüestervaikude ja nende vastavate kõvendajate puhul põhjustada vaigu hüdrolüüsi, mis häirib kõvenemisreaktsiooni. Reaalse maailma näide pärineb merekatte rakendusest. Ettevõte kandis laevakerel polüesterpõhist katte koos konkreetse kõvendiga. Niiskes rannikukeskkonnas toimunud rakendusprotsessi käigus ei suutnud kattekiht niiskuse sisenemise tõttu korralikult ravida. Saadud kattekiht oli pehme ja kergesti kooritud, põhjustades vajaduse kuluka uuesti rakendamise järele. Järgneva analüüsi andmed näitasid, et niiskuse tase oli rakenduse ajal üle 80%, mis oli selle konkreetse kattesüsteemi jaoks palju maksimaalselt 60%.
Katalüsaatorite olemasolu võib tugevdada või häirida kõvendi reaktsioonivõimet. Ravimisreaktsiooni kiirendamiseks lisatakse mõned katalüsaatorid, kuid kui neid õigesti kasutatakse, võivad need põhjustada ühilduvusprobleeme. Näiteks akrüülvaikude ja nende kõvenejate puhul lisati kõvenemisprotsessi kiirendamiseks teatud tüüpi peroksiidi katalüsaator. Kui aga katalüsaatori kogus oli liiga palju, viis see üleaktiivse reaktsiooni, mis põhjustas mullide moodustumise ravitud produktis. Garcia (2021) uuring kvantifitseeris selle efekti, varieerides akrüülvaiku ja selle kõvendiga kasutatava peroksiidi katalüsaatori kogust. Nad leidsid, et kui katalüsaatori kontsentratsioon suurenes 50% üle soovitatud taseme, suurenes mullide maht kõvenenud produktis kolmekordse koefitsiendiga, halvendades märkimisväärselt lõpptoote välimust ja mehaanilisi omadusi.
IV. Füüsilised omadused ja ühilduvus
Kõvastaja füüsikalised omadused, nagu viskoossus, tihedus ja lahustuvus, võivad mõjutada ka selle ühilduvust teiste materjalidega. Viskoossus on oluline omadus, kuna see mõjutab kõvendi segamist ja rakendamist alusmaterjaliga. Kui kõvendi viskoossus on liiga kõrge, võib olla keeruline vaiguga ühtlaselt segada, mis põhjustab ebajärjekindlat kõvenemist ja ebaühtlast lõpptoodet. Näiteks komposiitootmise protsessis epoksüvaiguga kasutatud suure viskoossusega epoksükõvendaja korral põhjustas võimetus kõvenerit põhjalikult segada vaiguga komposiidi alad, mis olid alaravi ja millel olid madalamad mehaanilised tugevused. Lee (2017) uuringus mõõdeti erinevate epoksüde kõvendajate viskoossust ja nende mõju epoksüvaikude segamisele ja kõvenemisele. Nad leidsid, et kõvenejad, mille viskoossus on üle teatud läve (1000 cp), vajasid spetsiaalseid segamistehnikaid ja pikemat segamisaega, et tagada nõuetekohane segamine, ja seda ei tehta seda teha, vähendasid kõvenenud epoksükomposiitide kvaliteeti olulist vähenemist.
Tiheduse erinevused kõvendi ja alusmaterjali vahel võivad põhjustada ka ühilduvusprobleeme. Kui kõvendi tihedus erineb põhimaterjali omast palju, võib see segamise või kõvenemise ajal viia eraldamiseni. Näiteks kui polüuretaanvahu tootmisprotsessis, kui polüuretaan Harveneri tihedus on oluliselt madalam kui polüuretaanvaigu oma, võib kõvendaja hõljuda segunemise ajal tippu, mille tulemuseks on kõvendi ebaühtlane jaotus vahul. See võib põhjustada vahupiirkondi, mis on kas alakrubitud või ülekilpetud, mõjutades lõpptoote mehaanilisi omadusi ja välimust. Reaalaine juhtum hõlmas tootjat, kes koges seda probleemi polüuretaanvahtmadratsite tootmisel. Algselt kasutasid nad kõvenerit, mille tihedus oli 30% madalam kui vaigul, ja saadud madratsitel oli kõvendi ebaühtlase jaotuse tõttu ebajärjekindel tugevus ja vastupidavus.
Lahustuvus on veel üks füüsiline omadus, mis võib mõjutada ühilduvust. Kõraja, mis ei lahustu alusmaterjalis ega preparaadis kasutatavates lahustites, võib põhjustada sademete või faasi eraldamist. Näiteks veepõhise kattesüsteemi korral, kus kõvendiga kasutatakse vees lahustuvat vaiku, kui kõvendaja ei ole vees täielikult lahustuv, võib see moodustada eraldi faasi, mis põhjustab häguse välimuse ja vähenenud katte jõudluse. Wangi (2018) uuringus uuriti erinevate kõvendajate lahustuvust veepõhistes kattesüsteemides. Nad leidsid, et teatud keemilise struktuuriga kõvenejatel oli vees piiratud lahustuvus ja kattesüsteemis kasutamisel põhjustasid need kattekihi häguse väärtuse olulist suurenemist, mis näitab läbipaistvuse vähenemist ja katte üldist kvaliteeti.
V. Ühilduvus erinevate põhimaterjalidega
Hardeneri ühilduvus varieerub sõltuvalt põhimaterjali tüübist, millega see on mõeldud reageerima. Nagu varem mainitud, on epoksü kõvendajad loodud töötama epoksüvaikudega. Kui seda kasutatakse teiste vaikudega, näiteks polüester või akrüülvaigud, võivad tekkida olulised ühilduvusprobleemid. Näiteks kui klaaskiust valmistamisprotsessis ekslikult kasutati epoksü kõvendajat polüestervaiguga, oli saadud tootel klaaskiu ja vaigu maatriksi vahel halb adhesioon. Epoksü kõvendaja ei reageerinud polüestervaikuga korralikult, mis põhjustas nõrga sideme ja toote, mis oli kalduvus delaminatsioonile. Zhangi (2019) uuringud võrreldi erinevate kõvendajate jõudlust polüesteri ja epoksüvaikudega. Nad leidsid, et polüestervaiguga epoksü kõvendi kasutamine põhjustas interlaminaarse nihkejõu vähenemise 50%, võrreldes õige polüester -kõvendi kasutamisega.
Polüuretaani kõvenejaid kasutatakse tavaliselt polüuretaanvaikudega, kuid nende ühilduvus teiste materjalidega võib olla ka mure. Näiteks epoksüvaikude abil ei pruugi reaktsioon polüuretaani kõvendi ja epoksüvaigu vahel olla nii sirgjooneline kui selle kavandatud polüuretaanvaigu puhul. Liu (2020) uuringus uuriti polüuretaani kõvendajate ühilduvust epoksüvaikudega. Nad leidsid, et epoksüvaiguga polüuretaani kõvendi kasutamisel oli kõvenemisreaktsioon aeglasem ja vähem täielik, võrreldes õige epoksü kõvendi kasutamisega. Saadud tootel oli madalam elastsusmoodul ja see oli hapram, mis näitab vähem kui ideaalset materjalide kombinatsiooni.
Akrüülkõverid on loodud töötama akrüülvaikudega. Kui seda kasutatakse koos teiste vaikudega, näiteks polüester või epoksüvaigud, võivad tekkida ühilduvusprobleemid. Näiteks katterakenduses, kus akrüülsadenerit kasutati õige polüester -kõvendi asemel polüestervaiguga, oli kattekihil lühem eluiga ja see oli pigem pragunemisele. Akrüülpuhastaja ei moodustanud polüestervaikuga õigeid keemilisi sidemeid, mis viis vähem vastupidava katteni. Pärismaailma näide pärineb mööbli viimistlemise rakendusest, kus akrüülvõsturit kasutati kogemata polüestervaigupõhise kattega. Sellest tulenev viimistlus ei olnud nii sujuv kui oodatud ja hakkas lühikese aja möödudes pragunema, nõudes uuesti kasutamist.
Vi. Ühilduvus erinevates rakenduskeskkondades
Rakenduskeskkond võib mõjutada märkimisväärselt kõvendajate ühilduvust. Tööstuslikes seadetes, näiteks tootmisettevõttes, kus kasutatakse suures koguses vaikusid ja kõvendeid, on temperatuuri ja niiskuse tõrje nõuetekohase ühilduvuse tagamiseks ülioluline. Näiteks kui plasti tootmisrajatises, kui temperatuuri ei hoita soovitatud vahemikus epoksüvaikude kõvendajate kõvendajatega, võib toodetel olla ebajärjekindel kvaliteet. Hernandezi (2018) uuringus analüüsiti temperatuuri kõikumiste mõju tootmisettevõttes erinevate kõvendajatega epoksüvaikude kõvendamisele. Nad leidsid, et talvekuudel, kui temperatuur oli tavalisest madalam, suurenes epoksüvaikude kõvenemisaeg mõnel juhul kuni 60% -ni, põhjustades tootmisviivitusi ja vähenenud mehaaniliste omadustega tooteid.
Välirakendustes, näiteks hoonete katteid või infrastruktuuri kaitset, mängivad ilmastikuolud suurt rolli Hardeneri ühilduvuses. Vihm, lumi ja päikesevalgus võivad kõik mõjutada kõvendi kõvenemise protsessi ja ühilduvust alusmaterjaliga. Näiteks kui hoonete katterakenduses, kui vihmaperioodil kantakse polüuretaanitud kõvendipõhine katte, võib vihma niiskus häirida kõvenemisprotsessi, põhjustades pehme ja kleepuva katte, mis ei kuiva korralikult. Reaalse maailma näide pärineb sillavärviprojektist, kus kasutati konkreetse kõvendiga polüesteripõhist katet. Rakenduse ajal sadas lühidalt ja sellest tulenev kattekiht oli väljanägelik ja see ei olnud nii vastupidav, kui ootuspäraselt vihmast saadud niiskuse sissetungi tõttu oodata.
Veealusrakendused kujutavad ka kõveruste ainulaadseid ühilduvusprobleeme. Merekatete või veealuse remondi korral peab kõvendaja ühilduma soolase keskkonna ja kaetud või parandatava materjaliga. Näiteks laevakere merekatte rakenduses, kui kõvendaja ei ole soolase vee korrosiooni suhtes vastupidav, võib see põhjustada katte enneaegse lagunemise ja katte vähenenud eluea. Jonesi (2021) uuringus uuriti erinevate kõvendajate ühilduvust soolase vee keskkonnas. Nad leidsid, et mõnel kõvendajal oli palju suurem vastupidavus soolase veega korrosioonile ja madala soolase veekindlusega merekatterakenduses kõveneri kasutamine võib põhjustada katte eluea vähenemist 50% võrreldes, võrreldes resistentsema kõvendi kasutamisega.
Vii. Ühilduvuse testimine ja hindamine
Kõrajate nõuetekohase ühilduvuse tagamiseks baasmaterjalidega ja erinevates rakenduskeskkondades on saadaval erinevad testimismeetodid. Üks levinumaid meetodeid on geeli aja test. Selles katses valmistatakse väike kogus vaigu ja kõvenemissegu ning mõõdetakse segu moodustamiseks kuluv aeg. See test aitab määrata kõvendi reaktsioonivõime vaiguga ja võib näidata, kas kõvenemisprotsess on liiga aeglane või liiga kiire. Näiteks epoksüvaikude ja nende kõvendajate puhul, kui geeli aeg on soovitatavast väärtusest oluliselt pikem, võib see näidata, et kõvendaja ei reageeri vaiguga korralikult, võib -olla ühilduvuse probleemi tõttu. Kim (2019) uuringus kasutati geeli ajatesti, et hinnata erinevate epoksüde kõvendajate ühilduvust konkreetse epoksüvaiguga. Nad leidsid, et võrdledes erinevate kombinatsioonide geeliaegu, saaksid nad tuvastada, millised kõvekonnad põhjustasid kõige tõenäolisemalt nõuetekohast kõvenemist ja millised võivad probleeme põhjustada.
Veel üks oluline test on ravimi mehaanilise omaduse testimine. See hõlmab selliseid teste nagu tõmbetugevus, paindetugevus ja elastsuse testimise moodul. Mõõdetes neid ravimi mehaanilisi omadusi, saab hinnata kõvenemisprotsessi kvaliteeti ja kõvendi ühilduvust vaiguga. Näiteks kui kõvenenud epoksüvaigu-kõõrekombinatsiooni tõmbetugevus on oodatust palju madalam, võib see näidata, et raviprotsessi käigus oli ühilduvusprobleem. Reaalse maailma näide pärineb komposiittootmisettevõttelt, kes kasutas uut epoksükõvendajat. Pärast komposiitide partii tootmist testisid nad ravitud toodete tõmbetugevust ja leidsid, et see oli 20% madalam kui varasema kasutatud kõveneja puhul. Edasise uurimise kaudu avastasid nad, et uue Hardeneri ja kasutatava epoksüvaigu vahel oli ühilduvusprobleem, mis mõjutas kõvenemisprotsessi ja mille tulemuseks oli madalama kvaliteediga toode.
Ravise toote keemiline analüüs võib anda ka väärtuslikku teavet ühilduvuse kohta. See võib hõlmata selliseid tehnikaid nagu Fourier Transformi infrapunaspektroskoopia (FTIR) ja tuuma magnetresonantsi (NMR) spektroskoopia. Neid tehnikaid saab kasutada kõvenemisprotsessi käigus moodustatud keemiliste sidemete tuvastamiseks ja reageerimata komponentide või lisandite tuvastamiseks. Näiteks saab polüuretaanvaiku-kõõrekombinatsiooni korral kasutada FTIR-analüüsi, et kinnitada, et loodetud uretaansidemed on moodustatud, ja kontrollida reageerimata isotsüanaatrühmade või lisandite olemasolu. CHENi (2020) uuringus kasutati FTIR ja NMR spektroskoopiat erinevate polüuretaanvaikude-hardeneri kombinatsioonide ravitud produktide analüüsimiseks. Nad leidsid, et neid tehnikaid kasutades saaksid nad tuvastada ühilduvusprobleeme, näiteks mittetäieliku kõvenemise tõttu, mis on tingitud reageerimata komponentide või lisandite olemasolust kõveruses.
Viii. Ühilduvusprobleemide leevendamine
Kui ühilduvusprobleemid on kindlaks tehtud, on nende leevendamiseks mitmeid strateegiaid. Üks lähenemisviis on baasmaterjali ja rakenduskeskkonna jaoks hoolikalt sobiv kõvendaja. See nõuab põhjalikku mõistmist nii kõvendi kui ka alusmaterjali keemilistest ja füüsikalistest omadustest, samuti rakenduse erinõuetest. Näiteks tuleks merekatterakenduses valida soolase vee korrosiooni suhtes vastupidav kõvendaja, kellel on niiske keskkonnas sobiv reaktsioonivõime. Reaalse maailma näide pärineb ettevõttelt, kellel oli probleeme nende merekatete vastupidavusega. Pärast ühilduvusprobleemide analüüsimist läksid nad ümber erineva kõvendi, mis oli spetsiaalselt loodud mererakenduste jaoks ja millel oli parem vastupidavus soolase vee korrosioonile ja niiskusele. Selle tulemuseks oli kattekehade eluea ja jõudluse oluline paranemine.
Teine strateegia on
