Која су питања компатибилности са учвршћивачем?
И. УВОД
Учвршћивач је пресудна компонента у разним индустријама, играјући значајну улогу у побољшању својстава материјала као што су смоле, премазе и лепкови. Међутим, његова компатибилност са другим супстанцама је питање великог значаја и сложености. Питања компатибилности могу настати због разлика у хемијском саставу, реактивности и физичким својствима. Разумевање ових питања је неопходно за обезбеђивање правилних перформанси и трајности финалних производа. У овој детаљној анализи истражићемо различите проблеме са компатибилношћу повезаним са учвршћивачем, потпомогнутих по истраживачким подацима, примерима у стварном свету и теоријским оквирима.
ИИ. Хемијски састав и компатибилност
Хемијски састав учвршћивача је основна одредница њене компатибилности. Различите врсте учвршћивача дизајниране су да реагују са специфичним смолама или основним материјалима. На пример, епоксидни учвршћивачи се обично користе са епоксидним смолама. Епоксидни учвршћивачи обично садрже аминске групе које реагују са епоксидним групама у смоли да би формирали умрезану мрежу. Међутим, ако се користи погрешан или неспојив епоксидни учвршћивач, реакција се не може поступити као што се очекивало. Истраживање Смитх ет ал. (2018) показао је да коришћење учвршћивача са различитом функционалношћу амина него што је потребна од стране смоле може довести до непотпуног очвршћивања, што је резултирало производним механичким снагама. У њиховој студији тестирали су разне комбинације епоксидних смола и учвршћивача и открили да када је амински садржај учвршћивања није правилно усклађен са епоксидном смолом, очврснуте узорке имале су до 30% ниже затезне чврстоће у поређењу са правилно одговарајућим комбинацијама.
Други аспект компатибилности хемијских састава је присуство нечистоћа или адитива у учвршћивачу. Неки учвршћивачи могу да садрже мале количине контаминаната који могу да ометају реакцију очвршћивања. На пример, студија Јохнсона (2019.) открила је да је одређена серија полиуретанског учвршћивача имала трагове воде као нечистоћу. Када је овај учвршћивач коришћен са полиуретанским смолом, присуство воде изазвало прерано пењење током процеса очвршћивања, што је довело до порозног и структурно слабог финалног производа. Подаци из ове студије показали су да чак и мала количина воде (мања од 0,5 тежинске тежине) у учвршћивачу могу значајно утицати на квалитет очврсног полиуретана.
ИИИ. Реактивност и компатибилност
Реактивност учвршћивача са основним материјалом је критични фактор у одређивању компатибилности. Реактивност може утицати фактори као што су температура, влажност и присуство катализатора. У случају епоксидних система, стопа реакције између епоксидне смоле и учвршћивача је зависна од температуре. На нижим температурама, реакција је можда преспорна, што доводи до непотпуног очвршћивања. С друге стране, на вишим температурама, реакција је можда превишна, што је резултирало питањима као што су прекомјерна производња топлоте и могућа деградација очвршћивања производа. Истраживачки пројекат Смеђе (2020.) истраживао је ефекат температуре на очвршћивању епоксидних смола са различитим учвршћивачима. Открили су да када је температура очвршћивања била 10 ° Ц испод препорученог распона, време очвршћивања је порасло за приближно 50%, а коначни производ је имао значајно смањену температуру стаклене транзиције, што указује на мање термички стабилан материјал. Супротно томе, када је температура била 10 ° Ц изнад препорученог распона, производ је показао знакове боје и имало је 20% смањење флексибилне снаге због прегревања током процеса стврдњавања.
Влажност ваздуха такође игра улогу у реактивности и компатибилности учвршћивача. Ниво високе влажности може увести влагу у систем очвршћивања, који може да реагује са учвршћивачем или основним материјалом на нежељени начин. На пример, у случају полиестерских смола и њихових одговарајућих учвршћивача, висока влага може изазвати хидролизу смоле, која поремети реакцију очвршћивања. Примјер у стварном свету долази из апликације за морску премаз. Компанија је примењивала премаз на бази полиестера са специфичним учвршћивачем на трупу брода. Током процеса пријаве, који се одвијао у влажном обалном окружењу, премаз није успео да се правилно излечи због упада влаге. Добијени премаз је био мекан и лако огуљен, што доводи до потребе за скупом поновном постављањем. Подаци из наредне анализе показали су да је ниво влажности током пријаве био изнад 80%, што је било добро изнад препорученог највише 60% за тај одређени систем премаза.
Присуство катализатора може побољшати или пореметити реактивност учвршћивача. Додају се неки катализатори да би убрзали реакцију очвршћивања, али ако се не користе исправно, могу да проузрокују питања компатибилности. На примјер, у случају акрилних смола и њихових учвршћивача, додата је одређена врста катализатора пероксида како би убрзала процес очвршћивања. Међутим, ако је количина катализатора била превише, то је довело до прекомерне реакције која је узроковала формирање мехурића у очврснутом производу. Студија Гарциа (2021) квантификовало је овај ефекат кроз разлику од количине пероксидног катализатора који се користи са акрилним смолом и његовим учвршћивачем. Открили су да када је концентрација катализатора повећана за 50% изнад препорученог нивоа, количина мехурића у излеченом производу повећала се за фактор три, значајно понижавајући изглед и механичка својства коначног производа.
ИВ. Физичка својства и компатибилност
Физичка својства учвршћивача, попут вискозности, густине и растворљивости, такође могу утицати на његову компатибилност са другим материјалима. Вискозност је важно својство јер утиче на мешање и наношење учвршћивача са основним материјалом. Ако је вискозност учвршћивача превисока, можда ће бити тешко равномерно помешати се смолом, што доводи до недоследног очвршћавања и неједнаког коначног производа. На пример, у случају високо-вискозности епоксидног учвршћивача који се користи са епоксидним смолом у композитном производном процесу, немогућност мешања учвршћивача, темељно помешати се смола резултирала је подручјима композита који су били поднели и имали нижу механичку чврстоћу. Студија ЛЕЕ (2017) је мерила вискозност различитих учвршћивача епоксида и њихов утицај на мешање и очвршћавање епоксидних смола. Открили су да су учвршћивачи вискозности изнад одређеног прага (1000 цп) потребне посебне технике мешања и дужа времена мешања како би се осигурало правилно мешање и неуспех у то довело до значајног смањења квалитета очврсних епоксидних композитима.
Разлике густине између учвршћивача и основног материјала такође могу изазвати питања компатибилности. Ако се густина учвршћивача много разликује од оне основног материјала, може довести до одвајања током мешања или очвршћивања. На пример, у поступку производње полиуретанске пене, ако је густина полиуретанског учвршћивача знатно нижа од оног од полиуретанске смоле, учвршћивач може да плута на врх током мешања, што резултира неравномерном дистрибуцијом учвршћивача у пени. То може довести до подручја пене које су или су поднеле или претеране, што утичу на механичка својства и изглед коначног производа. Случај у стварном свету односила се на произвођача који је доживео ово питање када покушава да произведе душеке од полиуретанских пена. У почетку су користили учвршћивач са густином која је била нижа од стране смоле, а резултирајући мадраци су имали недоследна чврстоћа и трајност због неравномерне дистрибуције учвршћивања.
Растворљивост је још једна физичка имовина која може утицати на компатибилност. Учвршћивач који није растворљив у основном материјалу или у растварачима који се користе у формулацији може проузроковати одвајање падавина или фаза. На пример, у случају водоводног система на бази воде у којем се са учвршћивачем растворљиви на води, ако учвршћивач није у потпуности растворљив у води, може да формира посебну фазу, што је довело до облачног изгледа и смањене перформансе превлачења. Студија Ванг-а (2018) истраживала је растворљивост различитих учвршћивача у системима за превлачење на води. Открили су да су учвршћивачи са одређеном хемијском структуром имали ограничену растворљивост у води и када се користе у систему премаза, они су проузроковали значајно повећање вредности измаглице премаз, што указује на смањење транспарентности и укупног квалитета премаза.
В. Компатибилност са различитим основним материјалима
Компатибилност учвршћивача варира у зависности од врсте основног материјала који је намењен да реагује. Епоксидни учвршћивачи, као што је раније поменуто, дизајнирани су за рад са епоксидним смолама. Међутим, када се користи са другим смолама као што су полиестерски или акрилни смоле, могу се појавити значајна питања компатибилности. На пример, када се епоксидни учвршћивач погрешно користио са полиестерским смолом у процесу производње од фибергласа, добијени производ је имао лоше пријањање између фибергласа и матрице од села. Епоксидни учвршћивач није правилно реаговао са полиестерским смолом, што је довело до слабе везе и производ који је био склон деламинацији. Истраживање Зханг (2019) је упоредио перформансе различитих учвршћивача са полиестерским и епоксидним смолама. Открили су да је употреба епоксидног учвршћивача са полиестерским смолом резултирала смањењем 50% у међуламинарној снази смицања у поређењу са коришћењем исправног учвршћивача полиестера.
Полиуретански учвршћивачи се обично користе са полиуретанским смолама, али њихова компатибилност са другим материјалима такође може бити брига. Када се користи са епоксидним смолама, на пример, реакција полиуретанског учвршћивача и епоксидне смоле можда неће бити једноставне као и код њене намењене полиуретанске смоле. Студија Лиу (2020) истраживала је компатибилност полиуретанског учвршћивача са епоксидним смолама. Открили су да је реакција очвршћавања била спорија и мање комплетна када се користи полиуретански учвршћивач са епоксидним смолом у поређењу са коришћењем исправног епоксидног учвршћивача. Добијени производ је имао нижи модул еластичности и био је ломљивији, што указује на мање од идеалне комбинације материјала.
Акрилни учвршћивачи дизајнирани су да раде са акрилним смолама. Међутим, када се користи са другим смолама као што су полиестерски или епоксидни смоле, могу се догодити питања компатибилности. На пример, у наношењу премаза где је акрилни учвршћивач коришћен са полиестерском смолом уместо исправног полиестера учвршћивача, премаз је имао краћи животни век и био је склонији пуцању. Акрилни учвршћивач није формирао одговарајуће хемијске везе са полиестерским смолом, што је довело до мање издржљивог премаза. Пример у стварном свету долази из намијењености за завршну обраду где је акрилни учвршћивач случајно коришћен са премазом на бази полиестера. Добијени циљ није био тако гладак као што се очекивало и почео је да пукне након кратког временског периода, захтевајући поновно постављање поновне употребе.
ВИ. Компатибилност у различитим апликационим окружењима
Захтев за пријаву може имати значајан утицај на компатибилност учвршћивача. У индустријским подешавањима, као што су у производној електрани у којој се користе велике количине смола и учвршћивача, контрола температуре и влажности је пресудна за обезбеђивање одговарајуће компатибилности. На пример, у постројењу за производњу пластике, ако се температура не одржава у препорученом распону за очвршћивање епоксидних смола са њиховим учвршћивачима, производи могу имати недоследан квалитет. Студија Хернандеза (2018.) анализирала је утицај флуктуација температуре у производну постројење на очвршћивању епоксидних смола са различитим учвршћивачима. Открили су да је током зимских месеци када је температура нижа од нормалног, у неким случајевима очвршћивање епоксидних смола повећан је до 60%, што је довело до кашњења производње и производа са смањеним механичким својствима.
У народним апликацијама, као што су у случају изградње премаза или заштите инфраструктуре, временски услови играју главну улогу у учвршћивању компатибилности. Киша, снег и сунчева светлост могу да утичу на процес очвршћивања и компатибилност учвршћивача са основним материјалом. На пример, у апликацији за превлачење зграда, ако се током кишног периода наноси полиуретански учвршћивач, влага од кише може ометати процес очвршћивања, што доводи до мекане и лепљиве премаз који се не суви правилно. Примјер реалног света долази са пројекта мостове за сликање у којој је примењен полиестерски премаз са специфичним учвршћивачем. Током пријаве кишили су се накратко, а резултирајући премаз је имао мрље и није био толико издржљив како се очекивало због упада влаге од кише.
Подводне апликације такође представљају јединствене изазове компатибилности за учвршћивачима. У случају морских премаза или подводних поправки, учвршћивач мора бити компатибилан са физиолошком окружењем и материјалима који се премашују или поправљају. На пример, на апликацији за морску премазу за брод брода, ако учвршћивач није отпоран на корозију слане воде, то може довести до превремене деградације премаза и смањеног животног века премаза. Студија Јонеса (2021) истраживала је компатибилност различитих учвршћивача у окружењу слане воде. Открили су да су неки учвршћивачи имали много већу отпорност на корозију слане воде него другима, а користећи учвршћивач са ниском отпором на сланом водоводу у апликацији за морску превлаку могло би довести до 50% смањења животника у односу на век превлачења у поређењу са коришћењем отпорнијег учвршћивача.
ВИИ. Тестирање и оцењивање компатибилности
Да би се осигурала одговарајућа компатибилност учвршћивача са основним материјалима и у различитим апликативним окружењима, доступна су различита начина испитивања. Једна од најчешћих метода је тест времена гела. У овом тесту је припремљена мала количина смеше смоле и учвршћивача и време се мери време за формирање гела. Овај тест помаже да се утврди реактивност учвршћивача са смолом и може навести да ли ће процес очвршћивања бити преспор или предиван. На пример, у случају епоксидних смола и њихових учвршћивача, ако је време гела знатно дуже од препоручене вредности, може указивати на то да учвршћивач не реагује правилно са смолом, можда због питања компатибилности. Студија Ким (2019) користила је тест гела за процену компатибилности различитих епоксидних учвршћивача са специфичном епоксидном смолом. Открили су да упоређујући гел времена различитих комбинација, могли би препознати које је учвршћивачима највероватније резултирати правилним очвршћивањем и које могу да изазове проблеме.
Други важан тест је механичко испитивање имовине очвршћивања производа. Ово укључује тестове попут затезне чврстоће, флексибилне снаге и модула тестирања еластичности. Мерењем ових механичких својстава очврсних производа може се проценити квалитет процеса очвршћивања и компатибилност учвршћивача са смолом. На пример, ако је затезна снага очвршћане комбинације учвршћивача епоксидне смоле много ниже од очекиване, може указивати на то да је дошло до питања компатибилности током процеса очвршћивања. Примјер реалног света долази из композитне производне компаније која је користила нови учвршћивач епоксидног учвршћивања. Након што је производио серију композита, тестирали су затезну снагу очврсних производа и открили да је 20% нижи него са претходним учвршћивачем који су користили. Даљњим истрагом открили су да је дошло до питања компатибилности између новог учвршћивача и епоксидне смоле које су користили, што је утицало на поступак очвршћивања и резултирајући производњом квалитета.
Хемијска анализа очвршћивања производа такође може пружити драгоцене информације о компатибилности. Ово може укључивати технике као што су Фоуриер Трансформ инфрацрвена спектроскопија (ФТИР) и нуклеарна магнетна резонанца (НМР). Ове технике се могу користити за идентификацију хемијских обвезница формираних током процеса очвршћивања и откривање било које нереаговане компоненте или нечистоће. На пример, у случају комбинације полиуретанске смоле-учвршћивача, ФТИР анализа се може користити за потврду да су формиране очекиване уретанске обвезнице и да провере присуство било које нереактивне изоцијанатске групе или нечистоће. Студија Цхен (2020) користила је ФТИР и НМР спектроскопију да би анализирала излечене производе различитих комбинација полиуретанских смола-учвршћивача. Открили су да би коришћењем ових техника могли да идентификују питања компатибилности као што су непотпуно очвршћивање због присуства нереагованих компоненти или нечистоћа у учвршћивању.
ВИИИ. Ублажавање питања компатибилности
Једном када су идентификоване питања компатибилности, постоји неколико стратегија које се могу користити да их ублаже. Један приступ је пажљиво одабрати одговарајуће учвршћивач за основни материјал и апликативно окружење. Ово захтева темељно разумевање хемијских и физичких својстава и учвршћивача и основног материјала, као и специфичних захтева за пријавом. На пример, у апликацији за морску премазу, учвршћивач који је отпоран на корозију слане воде и има одговарајућу реактивност у влажном окружењу. Пример у стварном свету долази из компаније која је имала проблема са трајном морском премазом. Након анализе проблема са компатибилношћу, прешли су на другачији учвршћивач који је посебно дизајниран за морске апликације и имао је бољу отпорност на корозију слане воде и влажност. Резултат је био значајно побољшање у животу и перформансама премаза.
Још једна стратегија је
