Melyek a kompatibilitási problémák a Hardenerrel?
I. Bevezetés
A Hardener kulcsfontosságú elem a különféle iparágakban, jelentős szerepet játszik az olyan anyagok, például gyanták, bevonatok és ragasztók tulajdonságainak javításában. Ugyanakkor más anyagokkal való kompatibilitása nagy jelentőséggel bír és összetettség. A kompatibilitási problémák merülhetnek fel a kémiai összetétel, a reakcióképesség és a fizikai tulajdonságok különbségei miatt. Ezeknek a kérdéseknek a megértése elengedhetetlen a végtermékek megfelelő teljesítményének és tartósságának biztosításához. Ebben a mélyreható elemzésben feltárjuk a Hardenerrel kapcsolatos különféle kompatibilitási problémákat, amelyeket kutatási adatok, valós példák és elméleti keretek támasztanak alá.
Ii. Kémiai összetétel és kompatibilitás
A keményítő kémiai összetétele a kompatibilitás elsődleges meghatározója. Különböző típusú keményítőket úgy terveztek, hogy reagáljanak speciális gyantákkal vagy alapanyagokkal. Például az epoxi -keményítőket általában epoxi gyantákkal használják. Az epoxi-keményítők általában olyan amincsoportokat tartalmaznak, amelyek reagálnak a gyanta epoxicsoportjaival, hogy térhálósított hálózatot képezzenek. Ha azonban helytelen vagy összeegyeztethetetlen epoxi -keményítőt használnak, akkor a reakció nem léphet fel a várt módon. Smith és mtsai. (2018) kimutatták, hogy a gyanta által megkövetelt eltérő aminfunkciókkal rendelkező keményítő használata hiányos kikeményedéshez vezethet, ami csökkent mechanikai szilárdságú terméket eredményez. Tanulmányukban az epoxi gyanták és a keményítők különféle kombinációit tesztelték, és megállapították, hogy amikor a keményítő amintartalmát nem illesztették megfelelően az epoxi gyantával, a gyógyított minták akár 30% -kal alacsonyabb szakítószilárdságot is elérhetnek a helyesen illeszkedő kombinációkhoz képest.
A kémiai összetétel kompatibilitásának másik aspektusa a szennyeződések vagy adalékanyagok jelenléte a keményítőben. Egyes keményítői kis mennyiségű szennyező anyagot tartalmazhatnak, amelyek befolyásolhatják a kikeményedési reakciót. Például Johnson (2019) tanulmánya felfedezte, hogy a poliuretán keményítő egy adott tételét szennyeződésként víz nyomja. Amikor ezt a keményítőt egy poliuretán gyanta segítségével használták, a víz jelenléte korai habzást váltott ki a kikeményedési folyamat során, ami porózus és szerkezetileg gyenge végtermékhez vezetett. A tanulmány adatai azt mutatták, hogy még egy kis mennyiségű víz (kevesebb, mint 0,5% súlyonként) a keményítőben jelentősen befolyásolhatja a pácolt poliuretán minőségét.
Iii. Reakcióképesség és kompatibilitás
A keményítő alapanyaggal történő reakcióképessége kritikus tényező a kompatibilitás meghatározásában. A reakcióképességet olyan tényezők befolyásolhatják, mint például a hőmérséklet, a páratartalom és a katalizátorok jelenléte. Az epoxi-rendszerek esetében az epoxi gyanta és a keményítő közötti reakciósebesség hőmérséklettől függ. Alacsonyabb hőmérsékleten a reakció túl lassú lehet, ami hiányos kikeményedéshez vezet. Másrészt, magasabb hőmérsékleten a reakció túl gyors lehet, ami olyan problémákat okozhat, mint például a túlzott hőtermelés és a gyógyított termék lehetséges lebomlása. Brown (2020) kutatási projektje megvizsgálta a hőmérséklet hatását az epoxi gyanták különböző keményítőkkel történő kikeményedésére. Megállapították, hogy amikor a kikeményedési hőmérséklet 10 ° C alatt volt az ajánlott tartomány alatt, akkor a gyógyulási idő körülbelül 50%-kal nőtt, és a végtermék szignifikánsan csökkentett üvegátmeneti hőmérsékletet mutatott, jelezve egy kevésbé termikusan stabil anyagot. Ezzel szemben, amikor a hőmérséklet 10 ° C volt az ajánlott tartomány felett, a termék elszíneződési jeleket mutatott, és a hajlítószilárdság 20% -kal csökkent a túlmelegedés miatt a kikeményedési folyamat során.
A páratartalom szintén szerepet játszik a keményítők reakcióképességében és kompatibilitásában. A magas páratartalom szintje bevezetheti a nedvességet a kikeményedési rendszerbe, amely nem kívánt módon reagálhat a keményítővel vagy az alapanyaggal. Például a poliészter gyanták és a megfelelő keményítők esetében a magas páratartalom a gyanta hidrolízisét okozhatja, ami megzavarja a kikeményedési reakciót. Egy valós példa egy tengeri bevonat alkalmazásból származik. Egy vállalat poliészter-alapú bevonatot alkalmazott egy adott keményítővel a hajó testén. A nedvességtartalom behatolása miatt a nedvesség behatolása miatt a bevonat nem sikerült megfelelően gyógyulni. A kapott bevonat puha volt és könnyen lehámozható, ami költséges újbóli alkalmazásra van szükség. A későbbi elemzések adatainak azt mutatták, hogy az alkalmazás során a páratartalom 80% felett volt, ami jóval meghaladta az adott bevonórendszer ajánlott legfeljebb 60% -át.
A katalizátorok jelenléte javíthatja vagy megzavarhatja a keményítő reakcióképességét. Egyes katalizátorokat adnak hozzá, hogy felgyorsítsák a kikeményedési reakciót, de ha nem használják helyesen, akkor kompatibilitási problémákat okozhatnak. Például akrilgyanták és keményítőik esetén egy bizonyos típusú peroxid -katalizátort adtak hozzá a kikeményedési folyamat felgyorsításához. Ha azonban a katalizátor mennyisége túl sok volt, akkor egy hiperaktív reakcióhoz vezetett, amely buborékok képződését okozta a pácolt termékben. A Garcia (2021) tanulmánya ezt a hatást az akril gyantával és annak keményítőjével használt peroxid -katalizátor mennyiségének megváltoztatásával számszerűsítette. Megállapították, hogy amikor a katalizátor koncentrációja 50% -kal nőtt az ajánlott szint felett, a pácolt termékben a buborékok mennyisége háromszorossal növekedett, szignifikánsan lebontva a végtermék megjelenését és mechanikai tulajdonságait.
Iv. Fizikai tulajdonságok és kompatibilitás
A keményítőanyag fizikai tulajdonságai, mint például a viszkozitás, a sűrűség és az oldhatóság, szintén befolyásolhatják annak kompatibilitását más anyagokkal. A viszkozitás fontos tulajdonság, mivel befolyásolja a keményítő keverését és alkalmazását az alapanyaggal. Ha a keményítő viszkozitása túl magas, akkor nehéz lehet egyenletesen keverni a gyantával, ami következetlen kikeményedéshez és egy nem egyenletes végtermékhez vezet. Például, ha egy nagy viszkolyási epoxi-keményítő, amelyet egy kompozit gyártási folyamat során használnak, az epoxi gyantával használják, hogy a keményítőt alaposan összekeverni a gyanta és a kompozit olyan területeit eredményezte, amelyek alulteljesítettek és alacsonyabb mechanikai szilárdsággal rendelkeztek. Lee (2017) tanulmánya mérte a különböző epoxi -keményítők viszkozitását és azok hatását az epoxi gyanták keverésére és gyógyítására. Megállapították, hogy egy bizonyos küszöb feletti (1000 cp) feletti viszkozitású keményítők speciális keverési technikákat és hosszabb keverési időt igényelnek a megfelelő keverés biztosítása érdekében, és ennek elmulasztása a gyógyított epoxi -kompozitok minőségének jelentős csökkenéséhez vezetett.
A keményítő és az alapanyag közötti sűrűségbeli különbségek kompatibilitási problémákat is okozhatnak. Ha a keményítőanyag sűrűsége sokkal különbözik az alapanyag sűrűségétől, akkor a keverés vagy a kikeményedés során elválasztáshoz vezethet. Például egy poliuretán hab gyártási folyamatában, ha a poliuretán keményítője sűrűsége lényegesen alacsonyabb, mint a poliuretán gyantaé, akkor a keményítő a keverés során a tetejére úszik, ami a keményítő egyenetlen eloszlását eredményezheti a habban. Ez a hab olyan területekhez vezethet, amelyek vagy alulteljesítik vagy túlfeltettek, befolyásolva a végtermék mechanikai tulajdonságait és megjelenését. Egy valós eset olyan gyártót jelentett, aki ezt a kérdést tapasztalta meg, amikor poliuretán habmatracokat próbál előállítani. Kezdetben egy olyan keményítőt használtak, amelynek sűrűségének 30% -kal alacsonyabb volt, mint a gyantaé, és a kapott matracok következetlen szilárdsággal és tartóssággal rendelkeztek a keményítő egyenetlen eloszlása miatt.
Az oldhatóság egy másik fizikai tulajdonság, amely befolyásolhatja a kompatibilitást. Az a keményítő, amely nem oldódik az alapanyagban vagy a készítményben használt oldószerekben, csapadékot vagy fázis elválasztást okozhat. Például olyan vízalapú bevonórendszer esetén, ahol egy vízben oldódó gyantát használnak egy keményítővel, ha a keményítő nem teljesen oldódik a vízben, akkor külön fázist képezhet, ami felhős megjelenést és csökkentett bevonási teljesítményt eredményez. Wang (2018) tanulmánya megvizsgálta a különféle keményítők oldhatóságát a víz alapú bevonórendszerekben. Megállapították, hogy egy bizonyos kémiai szerkezetű keményítők korlátozottak a vízben, és ha a bevonórendszerben alkalmazzák, a bevonat ködértékének szignifikáns növekedését okozták, jelezve, hogy az átláthatóság és a bevonat általános minősége csökken.
V. Kompatibilitás különböző alapanyagokkal
A keményítő kompatibilitása az alapanyag típusától függően változik, amellyel reagálni kell. Az epoxi -keményítőket, amint azt korábban említettük, az epoxi gyantákkal való együttműködésre tervezték. Más gyantákkal, például poliészter vagy akrilgyantákkal való alkalmazás esetén azonban jelentős kompatibilitási problémák merülhetnek fel. Például, amikor egy epoxi -keményítőt tévesen használtak egy poliészter gyantával egy üvegszálas gyártási folyamatban, az ebből eredő termék rossz tapadást mutatott az üvegszál és a gyanta mátrix között. Az epoxi -keményítő nem reagált megfelelően a poliészter gyantára, ami gyenge kötéshez és olyan termékhez vezetett, amely hajlamos volt a delaminációra. Zhang (2019) kutatása összehasonlította a különféle keményítők teljesítményét a poliészter és az epoxi gyantákkal. Megállapították, hogy az epoxi -keményítőanyag poliészter gyantával történő használata az interlamináris nyírószilárdság 50% -os csökkenését eredményezte a megfelelő poliészter -keményítő használatához képest.
A poliuretán keményítőket általában a poliuretán gyantákkal használják, de más anyagokkal való kompatibilitásuk is aggodalomra ad okot. Epoxi gyantákkal történő alkalmazás esetén például a poliuretán keményítő és az epoxi gyanta közötti reakció nem lehet olyan egyszerű, mint a tervezett poliuretán gyanta esetében. Liu (2020) tanulmánya megvizsgálta a poliuretán keményítők kompatibilitását az epoxi gyantákkal. Megállapították, hogy a kikeményedési reakció lassabb és kevésbé teljes, ha egy epoxi gyantával rendelkező poliuretán keményítőt használnak, összehasonlítva a megfelelő epoxi -keményítővel. A kapott terméknek alacsonyabb a rugalmassági modulusa, és törékenyebb volt, ami az anyagok kevésbé ideális kombinációját jelezte.
Az akril keményítőket úgy tervezték, hogy akrilgyantákkal működjenek. Ha azonban más gyantákkal, például poliészter vagy epoxi gyantákkal együtt alkalmazhatók, kompatibilitási problémák merülhetnek fel. Például egy bevonási alkalmazásban, ahol akril keményítőt használtak egy poliészter gyantával a helyes poliészter -keményítő helyett, a bevonat rövidebb élettartammal bírt, és hajlamosabb volt a repedésre. Az akril keményítője nem képezte a megfelelő kémiai kötéseket a poliészter gyanta -val, ami kevésbé tartós bevonatot eredményezett. Egy valós példa egy bútor befejező alkalmazásból származik, ahol egy akril keményítőt véletlenül használtak poliészter gyanta alapú bevonattal. A kapott felület nem volt olyan sima, mint a vártnál, és rövid idő után elkezdett repedni, és újbóli alkalmazást igényeltek.
Vi. Kompatibilitás különböző alkalmazási környezetekben
Az alkalmazási környezet jelentős hatással lehet a keményítők kompatibilitására. Ipari környezetben, például egy olyan gyártóüzemben, ahol nagy mennyiségű gyantát és keményítőket használnak, a hőmérséklet és a páratartalom ellenőrzése elengedhetetlen a megfelelő kompatibilitás biztosítása érdekében. Például egy műanyag -gyártóüzemben, ha a hőmérsékletet nem tartják fenn az epoxi gyanták keményítőkkel történő kikeményedéséhez az ajánlott tartományban, akkor a termékek következetlen minőségűek lehetnek. Hernandez (2018) tanulmánya elemezte a gyártóüzem hőmérsékleti ingadozásainak hatását az epoxi gyanták különböző keményítőkkel történő kikeményedésére. Megállapították, hogy a téli hónapokban, amikor a hőmérséklet a normálnál alacsonyabb volt, az epoxi gyanták gyógyítási ideje bizonyos esetekben akár 60% -kal is növekedett, ami csökkentett mechanikai tulajdonságokkal rendelkező termelési késéseket és termékeket eredményezett.
A kültéri alkalmazásokban, például az építési bevonatok vagy az infrastruktúra védelme esetén az időjárási körülmények nagy szerepet játszanak a keményítő kompatibilitásában. Az eső, a hó és a napfény mind befolyásolhatja a kikeményedési folyamatot és a keményítő kompatibilitását az alapanyaggal. Például egy építési bevonatban, ha egy poliuretán keményítő alapú bevonatot alkalmaznak egy esős időszakban, az esőből származó nedvesség zavarhatja a kikeményedési folyamatot, ami egy puha és ragacsos bevonathoz vezet, amely nem megfelelően kiszárad. Egy valós példa egy hídfestési projektből származik, ahol egy adott keményítővel ellátott poliészter alapú bevonatot alkalmaztak. Az alkalmazás során röviden esett, és az ebből eredő bevonat foltos megjelenésű volt, és nem volt olyan tartós, mint a várt az esőből származó nedvesség behatolása miatt.
A víz alatti alkalmazások egyedi kompatibilitási kihívásokat is jelentenek a keményítők számára. Tengeri bevonatok vagy víz alatti javítások esetén a keményítőnek kompatibilisnek kell lennie a sós környezettel és a bevont vagy javított anyagokkal. Például egy hajó hajótestének tengeri bevonatában, ha a keményítő nem ellenáll a sósvíz -korróziónak, akkor a bevonat korai lebomlásához és a bevonat csökkentett élettartamához vezethet. Jones (2021) tanulmánya megvizsgálta a különféle keményítők kompatibilitását sósvízi környezetben. Megállapították, hogy néhány keményítőnek sokkal nagyobb ellenállása volt a sósvíz -korrózióval szemben, mint mások, és az alacsony sósvíz -ellenállású edzőt használva egy tengeri bevonatban a bevonat élettartama 50% -os csökkenéséhez vezethet, összehasonlítva egy ellenállóbb edzőt.
Vii. A kompatibilitás tesztelése és értékelése
Annak érdekében, hogy biztosítsák a keményítők megfelelő kompatibilitását az alapanyagokkal és a különböző alkalmazási környezetben, különféle tesztelési módszerek állnak rendelkezésre. Az egyik leggyakoribb módszer a gél idő tesztje. Ebben a tesztben egy kis mennyiségű gyanta- és edző keveréket készítenek, és a keverék gél kialakulásához szükséges időpontja. Ez a teszt segít meghatározni a keményítőnek a gyantával való reakcióképességét, és jelezheti, hogy a kikeményedési folyamat túl lassú vagy túl gyors. Például epoxi gyanták és keményítőik esetén, ha a gélidő lényegesen hosszabb, mint az ajánlott érték, akkor azt jelezheti, hogy a keményítő nem reagál megfelelően a gyanttal, talán egy kompatibilitási kérdés miatt. Kim (2019) tanulmánya a gél idővizsgálatát felhasználta a különféle epoxi -keményítők kompatibilitásának értékelésére egy specifikus epoxi -gyantával. Megállapították, hogy összehasonlítva a különböző kombinációk gél idejét, meg tudják határozni, hogy mely keményítők vezetik a legvalószínűbben megfelelő kikeményedést, és melyek problémákat okozhatnak.
Egy másik fontos teszt a kikeményített termék mechanikus tulajdonságainak tesztelése. Ide tartoznak olyan tesztek, mint a szakítószilárdság, a hajlítószilárdság és a rugalmassági tesztelés modulusa. A kikeményített termék ezen mechanikai tulajdonságainak mérésével felmérheti a kikeményedési folyamat minőségét és a keményítő kompatibilitását a gyantával. Például, ha a gyógyított epoxi gyanta-keményítő kombináció szakítószilárdsága sokkal alacsonyabb, mint a vártnál, akkor azt jelezheti, hogy a kikeményedési folyamat során kompatibilitási probléma merült fel. Egy valós példa egy kompozit gyártóvállalatból származik, amely új epoxi-keményítőt használt. Miután elkészítették a kompozitok tételét, megvizsgálták a kikeményített termékek szakítószilárdságát, és megállapították, hogy 20% -kal alacsonyabb volt, mint az előző keményítővel, amelyet használtak. További vizsgálat során rájöttek, hogy kompatibilitási probléma merül fel az új keményítő és az általuk használt epoxi gyanták között, ami befolyásolta a kikeményedési folyamatot, és alacsonyabb minőségű terméket eredményezett.
A kikeményített termék kémiai elemzése értékes információkat is nyújthat a kompatibilitásról. Ide tartozhatnak olyan technikák, mint a Fourier transzformációs infravörös spektroszkópia (FTIR) és a nukleáris mágneses rezonancia (NMR) spektroszkópia. Ezek a technikák felhasználhatók a kikeményedési folyamat során kialakult kémiai kötések azonosítására, valamint a nem reagált komponensek vagy szennyeződések észlelésére. Például egy poliuretán gyanta-keményítő kombináció esetén az FTIR-elemzés felhasználható annak megerősítésére, hogy a várt uretánkötések kialakultak, és ellenőrizni kell, hogy van-e bármilyen nem reagált izocianátcsoport vagy szennyeződés. Chen (2020) tanulmánya FTIR és NMR spektroszkópiát használt a különféle poliuretán gyanta-kemény kombinációk gyógyított termékeinek elemzésére. Megállapították, hogy ezeknek a technikáknak a felhasználásával azonosíthatják a kompatibilitási problémákat, például a hiányos kikeményedést, mivel a megkeményítőben nem reagált komponensek vagy szennyeződések jelennek meg.
Viii. A kompatibilitási problémák enyhítése
Miután a kompatibilitási kérdéseket azonosították, számos stratégiát lehet alkalmazni ezeknek a enyhítéshez. Az egyik megközelítés az alapanyag és alkalmazáskörnyezet megfelelő keményítőjének gondos kiválasztása. Ez megköveteli mind a keményítő, mind az alapanyag kémiai és fizikai tulajdonságainak alapos megértését, valamint az alkalmazás konkrét követelményeit. Például egy tengeri bevonat alkalmazásában egy olyan keményítőt kell választani, amely ellenálló a sósvíz -korrózióval és a nedves környezetben megfelelő reakcióképességgel rendelkezik. Egy valós példa egy olyan társaságból származik, amelynek problémái voltak a tengeri bevonatok tartósságával. A kompatibilitási problémák elemzése után egy másik keményítőre váltottak, amelyet kifejezetten a tengeri alkalmazásokhoz terveztek, és jobban ellenálltak a sósvíz -korróziónak és a páratartalomnak. Ennek eredményeként a bevonatok élettartamának és teljesítményének jelentős javulása volt.
Egy másik stratégia az, hogy
