Hva er kompatibilitetsproblemene med Hardener?
I. INNLEDNING
Hardener er en avgjørende komponent i forskjellige bransjer, og spiller en betydelig rolle i å styrke egenskapene til materialer som harpikser, belegg og lim. Imidlertid er kompatibiliteten med andre stoffer et spørsmål av stor betydning og kompleksitet. Kompatibilitetsproblemer kan oppstå på grunn av forskjeller i kjemisk sammensetning, reaktivitet og fysiske egenskaper. Å forstå disse problemene er avgjørende for å sikre riktig ytelse og holdbarhet til sluttproduktene. I denne dyptgående analysen vil vi utforske de forskjellige kompatibilitetsproblemene knyttet til Hardener, støttet av forskningsdata, eksempler i den virkelige verden og teoretiske rammer.
Ii. Kjemisk sammensetning og kompatibilitet
Den kjemiske sammensetningen av et herder er en primær determinant for dens kompatibilitet. Ulike typer herdemidler er designet for å reagere med spesifikke harpikser eller basismaterialer. For eksempel brukes epoksyherder ofte med epoksyharpikser. Epoksyherderere inneholder typisk aminkrupper som reagerer med epoksygruppene i harpiksen for å danne et tverrbundet nettverk. Imidlertid, hvis en feil eller inkompatibel epoksyherder brukes, kan reaksjonen ikke fortsette som forventet. Forskning av Smith et al. (2018) viste at bruk av en herder med en annen aminfunksjonalitet enn kreves av harpiksen kan føre til ufullstendig herding, noe som resulterer i et produkt med redusert mekanisk styrke. I studien deres testet de forskjellige kombinasjoner av epoksyharpikser og herdemidler, og fant ut at når amininnholdet i herderen ikke var riktig matchet med epoksyharpiksen, hadde de herdede prøvene opptil 30% lavere strekkfasthet sammenlignet med de riktige matchede kombinasjonene.
Et annet aspekt av kjemisk komposisjonskompatibilitet er tilstedeværelsen av urenheter eller tilsetningsstoffer i herderen. Noen herdesatorer kan inneholde små mengder forurensninger som kan forstyrre herdingsreaksjonen. For eksempel oppdaget en studie av Johnson (2019) at en bestemt gruppe polyuretanharder hadde spor av vann som en urenhet. Når denne herderen ble brukt med en polyuretanharpiks, forårsaket tilstedeværelsen av vann for tidlig skumming under herdingsprosessen, noe som førte til et porøst og strukturelt svakt sluttprodukt. Dataene fra denne studien indikerte at til og med en liten mengde vann (mindre enn 0,5 vekt%) i herderen kan ha betydelig innvirkning på kvaliteten på den herdede polyuretanen.
Iii. Reaktivitet og kompatibilitet
Reaktiviteten til et herder med basismaterialet er en kritisk faktor for å bestemme kompatibilitet. Reaktivitet kan påvirkes av faktorer som temperatur, fuktighet og tilstedeværelse av katalysatorer. Når det gjelder epoksy-systemer, er reaksjonshastigheten mellom epoksyharpiksen og herderen temperaturavhengig. Ved lavere temperaturer kan reaksjonen være for treg, noe som fører til ufullstendig herding. På den annen side, ved høyere temperaturer, kan reaksjonen være for rask, noe som resulterer i problemer som overdreven varmeproduksjon og mulig nedbrytning av det herdede produktet. Et forskningsprosjekt av Brown (2020) undersøkte effekten av temperatur på herding av epoksyharpikser med forskjellige herderker. De fant at når herdetemperaturen var 10 ° C under det anbefalte området, økte herdingstiden med omtrent 50%, og sluttproduktet hadde en betydelig redusert glassovergangstemperatur, noe som indikerte et mindre termisk stabilt materiale. Motsatt, når temperaturen var 10 ° C over det anbefalte området, viste produktet tegn på misfarging og hadde en 20% reduksjon i bøyestyrke på grunn av overoppheting under herdingsprosessen.
Fuktighet spiller også en rolle i reaktiviteten og kompatibiliteten til herdeser. Høyt luftfuktighetsnivå kan introdusere fuktighet i herdesystemet, som kan reagere med herderen eller basismaterialet på en uønsket måte. For eksempel, når det gjelder polyesterharpikser og deres tilsvarende herder, kan høy luftfuktighet forårsake hydrolyse av harpiksen, noe som forstyrrer herdingsreaksjonen. Et eksempel i den virkelige verden kommer fra en marin belegg. Et selskap brukte et polyesterbasert belegg med en spesifikk herder på skroget på et skip. Under søknadsprosessen, som fant sted i et fuktig kystmiljø, klarte ikke belegget å kurere ordentlig på grunn av inntrengning av fuktighet. Det resulterende belegget var mykt og lett skrellet av, noe som førte til et behov for kostbar på nytt. Data fra påfølgende analyse viste at fuktighetsnivået under applikasjonen var over 80%, som var godt over det anbefalte maksimum på 60% for det aktuelle beleggssystemet.
Tilstedeværelsen av katalysatorer kan enten forbedre eller forstyrre reaktiviteten til et herder. Noen katalysatorer tilsettes for å fremskynde herdingsreaksjonen, men hvis ikke brukes riktig, kan de forårsake kompatibilitetsproblemer. For eksempel, når det gjelder akrylharpikser og deres herder, ble en viss type peroksydkatalysator tilsatt for å akselerere herdingsprosessen. Imidlertid, hvis mengden katalysator var for mye, førte det til en overaktiv reaksjon som forårsaket dannelsen av bobler i det spekemålte produktet. En studie av Garcia (2021) kvantifiserte denne effekten ved å variere mengden peroksydkatalysator som ble brukt med en akrylharpiks og dens herder. De fant at når katalysatorkonsentrasjonen ble økt med 50% over det anbefalte nivået, økte volumet av bobler i det herdede produktet med en faktor på tre, noe som betydelig nedbryter utseendet og mekaniske egenskaper til sluttproduktet.
IV. Fysiske egenskaper og kompatibilitet
De fysiske egenskapene til en herder, for eksempel viskositet, tetthet og løselighet, kan også påvirke dens kompatibilitet med andre materialer. Viskositet er en viktig egenskap da den påvirker blandingen og påføringen av herderen med basismaterialet. Hvis viskositeten til herderen er for høy, kan det være vanskelig å blande seg jevnt med harpiksen, noe som fører til inkonsekvent herding og et ikke-enhetlig sluttprodukt. For eksempel, i tilfelle av en epoksyharder med høy viskositet, brukt med en epoksyharpiks i en sammensatt produksjonsprosess, resulterte manglende evne til å blande herdet grundig med harpiksen i områder av kompositt som var undercured og hadde lavere mekanisk styrke. En studie av Lee (2017) målte viskositeten til forskjellige epoksyherderer og deres innvirkning på blanding og herding av epoksyharpikser. De fant at herdemidler med en viskositet over en viss terskel (1000 cp) krevde spesielle blandingsteknikker og lengre blandingstider for å sikre riktig blanding, og unnlatelse av å gjøre det førte til en betydelig reduksjon i kvaliteten på de herdede epoksy -komposittene.
Tetthetsforskjeller mellom herderen og basismaterialet kan også forårsake kompatibilitetsproblemer. Hvis tettheten til herderen er mye forskjellig fra basematerialet, kan det føre til separasjon under blanding eller herding. For eksempel, i en produksjonsprosess for polyuretanskum, hvis tettheten av polyuretanhardeneren er betydelig lavere enn den for polyuretanharpiksen, kan herderen flyte til toppen under blanding, noe som resulterer i en ujevn fordeling av herdet i skummet. Dette kan føre til områder av skummet som enten er undergår eller overvirket, noe som påvirker de mekaniske egenskapene og utseendet til sluttproduktet. En sak i den virkelige verden involverte en produsent som opplevde dette problemet når han prøvde å produsere polyuretanskummadrasser. De brukte opprinnelig et herder med en tetthet som var 30% lavere enn for harpiksen, og de resulterende madrassene hadde inkonsekvent fasthet og holdbarhet på grunn av ujevn fordeling av herderen.
Løselighet er en annen fysisk egenskap som kan påvirke kompatibiliteten. Et herder som ikke er løselig i basismaterialet eller i løsningsmidlene som brukes i formuleringen, kan forårsake nedbør eller faseseparasjon. For eksempel, når det gjelder et vannbasert beleggssystem der en vannløselig harpiks brukes med en herder, kan den herdede, hvis herderen ikke er helt oppløselig i vann, danne en egen fase, noe som fører til et overskyet utseende og redusert beleggytelse. En studie av Wang (2018) undersøkte løseligheten til forskjellige herderker i vannbaserte beleggssystemer. De fant at herdemidler med en viss kjemisk struktur hadde begrenset løselighet i vann, og når de ble brukt i beleggssystemet, forårsaket de en betydelig økning i disverdien av belegget, noe som indikerte en reduksjon i gjennomsiktighet og generell kvalitet på belegget.
V. Kompatibilitet med forskjellige basismaterialer
Hardener -kompatibiliteten varierer avhengig av hvilken type basismateriale det er ment å reagere med. Epoksyherderere, som nevnt tidligere, er designet for å jobbe med epoksyharpikser. Når det brukes med andre harpikser som polyester eller akrylharpikser, kan imidlertid betydelige kompatibilitetsproblemer oppstå. For eksempel, når en epoksyharder feilaktig ble brukt med en polyesterharpiks i en glassfiberproduksjonsprosess, hadde det resulterende produktet dårlig vedheft mellom glassfiber og harpiksmatrise. Epoksyharderen reagerte ikke ordentlig med polyesterharpiksen, noe som førte til en svak binding og et produkt som var utsatt for delaminering. Forskning fra Zhang (2019) sammenlignet ytelsen til forskjellige herdeser med polyester og epoksyharpikser. De fant at bruken av en epoksyherder med polyesterharpiks resulterte i en 50% reduksjon i den interlaminære skjærstyrken sammenlignet med å bruke riktig polyester herder.
Polyuretanherderer brukes vanligvis med polyuretanharpikser, men deres kompatibilitet med andre materialer kan også være en bekymring. Når det brukes med epoksyharpikser, kan det hende at reaksjonen mellom polyuretanharderen og epoksyharpiksen ikke er så grei som med den tiltenkte polyuretanharpiksen. En studie av Liu (2020) undersøkte kompatibiliteten til polyuretanhardere med epoksyharpikser. De fant at herdingsreaksjonen var tregere og mindre komplett når man brukte en polyuretanharder med en epoksyharpiks sammenlignet med å bruke riktig epoksyherder. Det resulterende produktet hadde en lavere elastisitetsmodul og var mer sprøtt, noe som indikerte en mindre enn ideell kombinasjon av materialer.
Akrylherderer er designet for å jobbe med akrylharpikser. Når det brukes med andre harpikser som polyester- eller epoksyharpikser, kan imidlertid kompatibilitetsproblemer oppstå. For eksempel, i et belegg på applikasjon der en akrylherder ble brukt med en polyesterharpiks i stedet for riktig polyesterharder, hadde belegget en kortere levetid og var mer utsatt for sprekker. Akrylherderen dannet ikke de riktige kjemiske bindingene med polyesterharpiksen, noe som førte til et mindre holdbart belegg. Et eksempel i den virkelige verden kommer fra en møbelbehandlingsapplikasjon der en akrylherderer ved et uhell ble brukt med et polyesterharpiksbasert belegg. Den resulterende finishen var ikke så jevn som forventet og begynte å sprekke etter en kort periode, noe som krevde på nytt.
Vi. Kompatibilitet i forskjellige applikasjonsmiljøer
Applikasjonsmiljøet kan ha en betydelig innvirkning på kompatibiliteten til herdes. I industrielle omgivelser, for eksempel i et produksjonsanlegg der store mengder harpikser og herdemidler brukes, er temperatur- og fuktighetskontrollen avgjørende for å sikre riktig kompatibilitet. For eksempel, i et plastproduksjonsanlegg, hvis temperaturen ikke opprettholdes innenfor det anbefalte området for herding av epoksyharpikser med herder, kan produktene ha inkonsekvent kvalitet. En studie av Hernandez (2018) analyserte effekten av temperatursvingninger i et produksjonsanlegg på herding av epoksyharpikser med forskjellige herdemidler. De fant at i vintermånedene da temperaturen var lavere enn normalt, økte herdetiden for epoksyharpikser med opptil 60% i noen tilfeller, noe som førte til forsinkelser og produkter med reduserte mekaniske egenskaper.
I utendørs applikasjoner, for eksempel i tilfelle av bygningsbelegg eller infrastrukturbeskyttelse, spiller værforholdene en viktig rolle i herderens kompatibilitet. Regn, snø og sollys kan alle påvirke herdingsprosessen og kompatibiliteten til herderen med basismaterialet. For eksempel, i en bygningsbelegg, hvis et polyuretanharderbasert belegg påføres i løpet av en regnfull periode, kan fuktigheten fra regnet forstyrre herdingsprosessen, noe som fører til et mykt og klebrig belegg som ikke tørker ordentlig. Et eksempel i den virkelige verden kommer fra et bromaleriprosjekt der et polyesterbasert belegg med en spesifikk herder ble brukt. Under påføringen regnet det kort, og det resulterende belegget hadde et flekkete utseende og var ikke så holdbart som forventet på grunn av inntrengning av fuktighet fra regnet.
Undervannsapplikasjoner utgjør også unike kompatibilitetsutfordringer for herdes. Når det gjelder marine belegg eller reparasjoner av undervann, må herderen være kompatibel med saltvannsmiljøet og materialene som blir belagt eller reparert. For eksempel, i et marint belegg på applikasjonen for et skipskrog, kan det for eksempel herderen motstandsdyktig mot saltvannskorrosjon, føre til for tidlig nedbrytning av belegget og en redusert levetid på belegget. En studie av Jones (2021) undersøkte kompatibiliteten til forskjellige herderker i et saltvannsmiljø. De fant at noen herdesatorer hadde en mye høyere motstand mot saltvannskorrosjon enn andre, og å bruke en herder med lav saltvannsmotstand i en marin belegg påføring kan føre til en 50% reduksjon i beleggets levetid sammenlignet med å bruke en mer motstandsdyktig herder.
Vii. Testing og evaluering av kompatibilitet
For å sikre riktig kompatibilitet av herdeseringer med basismaterialer og i forskjellige applikasjonsmiljøer, er forskjellige testmetoder tilgjengelige. En av de vanligste metodene er geltidstesten. I denne testen tilberedes en liten mengde harpiks og herdet blanding, og tiden det tar før blandingen danner en gel måles. Denne testen hjelper til med å bestemme reaktiviteten til herderen med harpiksen og kan indikere om herdingsprosessen vil være for treg eller for rask. For eksempel når det gjelder epoksyharpikser og deres herdes, kan det hvis geltiden er betydelig lengre enn den anbefalte verdien, indikerer at herderen ikke reagerer ordentlig med harpiksen, kanskje på grunn av et kompatibilitetsproblem. En studie av Kim (2019) brukte geltidstesten for å evaluere kompatibiliteten til forskjellige epoksyherders med en spesifikk epoksyharpiks. De fant ut at ved å sammenligne geltidene for forskjellige kombinasjoner, kunne de identifisere hvilke herdemidler som mest sannsynlig ville resultere i riktig herding og hvilke som kan forårsake problemer.
En annen viktig test er den mekaniske eiendomstestingen av det spekemonterte produktet. Dette inkluderer tester som strekkfasthet, bøyestyrke og modul for elastisitetstesting. Ved å måle disse mekaniske egenskapene til det herdede produktet, kan man vurdere kvaliteten på herdingsprosessen og kompatibiliteten til herderen med harpiksen. For eksempel, hvis strekkfastheten til en kurert epoksyharpiks-herder-kombinasjon er mye lavere enn forventet, kan det indikere at det var et kompatibilitetsproblem under herdingsprosessen. Et eksempel i den virkelige verden kommer fra et sammensatt produksjonsselskap som brukte en ny epoksyherder. Etter å ha produsert en gruppe kompositter, testet de strekkfastheten til de herdede produktene og fant ut at den var 20% lavere enn med den forrige herderen de hadde brukt. Gjennom videre undersøkelse oppdaget de at det var et kompatibilitetsproblem mellom den nye herderen og epoksyharpiksen de brukte, noe som påvirket herdingsprosessen og resulterte i et produkt av lavere kvalitet.
Kjemisk analyse av det herdede produktet kan også gi verdifull informasjon om kompatibilitet. Dette kan omfatte teknikker som Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) og Nuclear Magnetic Resonance (NMR) spektroskopi. Disse teknikkene kan brukes til å identifisere de kjemiske bindingene som er dannet under herdingsprosessen og for å oppdage eventuelle ureagerte komponenter eller urenheter. For eksempel, i tilfelle av en polyuretan harpikshager-kombinasjon, kan FTIR-analyse brukes for å bekrefte at de forventede uretanbindinger er blitt dannet og for å sjekke for tilstedeværelsen av eventuelle ureagerte isocyanatgrupper eller urenheter. En studie av Chen (2020) brukte FTIR og NMR-spektroskopi for å analysere de herdede produktene fra forskjellige polyuretanharpiksharder-kombinasjoner. De fant ut at ved å bruke disse teknikkene, kunne de identifisere kompatibilitetsproblemer som ufullstendig herding på grunn av tilstedeværelsen av ureagerte komponenter eller urenheter i herdet.
Viii. Avbøte kompatibilitetsproblemer
Når kompatibilitetsproblemer er identifisert, er det flere strategier som kan brukes for å dempe dem. En tilnærming er å nøye velge passende herder for basismaterialet og applikasjonsmiljøet. Dette krever en grundig forståelse av de kjemiske og fysiske egenskapene til både herderen og basismaterialet, så vel som de spesifikke kravene til applikasjonen. For eksempel, i en marin belegg, bør en herder som er motstandsdyktig mot saltvannskorrosjon og har passende reaktivitet i et fuktig miljø, velges. Et eksempel i den virkelige verden kommer fra et selskap som hadde problemer med holdbarheten til deres marine belegg. Etter å ha analysert kompatibilitetsproblemene, byttet de til en annen herder som var spesielt designet for marine applikasjoner og hadde bedre motstand mot saltvannskorrosjon og fuktighet. Resultatet var en betydelig forbedring i levetiden og ytelsen til beleggene.
En annen strategi er å
