Які проблеми сумісності із твердим?
I. Вступ
Hardener є найважливішим компонентом у різних галузях промисловості, відіграючи значну роль у посиленні властивостей матеріалів, таких як смоли, покриття та клеї. Однак його сумісність з іншими речовинами є великим значенням та складністю. Проблеми сумісності можуть виникати через відмінності в хімічному складі, реактивності та фізичних властивостях. Розуміння цих питань має важливе значення для забезпечення належної продуктивності та довговічності остаточних продуктів. У цьому поглибленому аналізі ми вивчимо різні проблеми сумісності, пов'язані із твердим, підкріпленими даними досліджень, прикладами реального світу та теоретичними рамками.
Ii. Хімічний склад та сумісність
Хімічний склад затвердера є основним визначальним фактором його сумісності. Різні типи Гарденів розроблені для реагування з конкретними смолами або базовими матеріалами. Наприклад, епоксидні тверди, як правило, використовуються з епоксидними смолами. Епоксидні тверди, як правило, містять амінові групи, які реагують з епоксидними групами в смолі, утворюючи зшиту мережу. Однак якщо використовується неправильна або несумісна епоксидна затверджувач, реакція може не тривати, як очікувалося. Дослідження Сміта та ін. (2018) показав, що використання затверджувача з іншою функціональністю аміну, ніж вимагається смолою, може призвести до неповного затвердіння, що призводить до продукту зі зниженою механічною міцністю. У своєму дослідженні вони перевірили різні комбінації епоксидних смол та твердих пристроїв і виявили, що коли вміст аміну в твердику не належним чином відповідає епоксидній смолі, вилікувані зразки мали до 30% нижчу міцність на розрив порівняно з правильними поєднаннями.
Іншим аспектом сумісності хімічного складу є наявність домішок або добавок у затверді. Деякі Гардени можуть містити невелику кількість забруднень, які можуть заважати реакції затвердіння. Наприклад, дослідження Джонсона (2019) виявило, що певна партія поліуретану Гардера має сліди води як домішки. Коли цей затверді був використаний з поліуретановою смолою, наявність води спричинила передчасне піноутворення під час процесу затвердіння, що призводить до пористого та структурно слабкого кінцевого продукту. Дані цього дослідження показали, що навіть невелика кількість води (менше 0,5% за вагою) у затверді може суттєво вплинути на якість вилікуваного поліуретану.
Iii. Реактивність та сумісність
Реактивність затверджувача з базовим матеріалом є критичним фактором у визначенні сумісності. На реактивність може впливати такі фактори, як температура, вологість та наявність каталізаторів. У випадку епоксидних систем швидкість реакції між епоксидною смолою та затяжкою залежить від температури. При менших температурах реакція може бути занадто повільною, що призводить до неповного затвердіння. З іншого боку, при більш високих температурах реакція може бути занадто швидкою, що призводить до таких проблем, як надмірне вироблення тепла та можлива деградація вилікуваного продукту. Дослідницький проект Брауна (2020) досліджував вплив температури на затвердіння епоксидних смол з різними твердими. Вони встановили, що коли температура затвердіння була на 10 ° С нижче рекомендованого діапазону, час затвердіння збільшився приблизно на 50%, а кінцевий продукт мав значно знижену температуру скляного переходу, що вказує на менш термічно стійкий матеріал. І навпаки, коли температура була на 10 ° С вище рекомендованого діапазону, продукт показав ознаки знебарвлення і зменшило 20% зниження міцності на згинання через перегрівання в процесі затвердіння.
Вологість також відіграє певну роль у реактивності та сумісності Гарденерів. Високі рівні вологості можуть вводити вологу в систему затвердіння, яка може реагувати із затяжником або базовим матеріалом небажаним способом. Наприклад, у випадку поліефірних смол та їх відповідних Гарденерів висока вологість може спричинити гідроліз смоли, що порушує реакцію затвердіння. Приклад у реальному світі походить із програми морського покриття. Компанія застосовувала покриття на основі поліестеру з специфічним твердим на корпусі корабля. Під час процесу подання заявки, який відбувся у вологому прибережному середовищі, покриття не вдалося вилікувати належним чином через потрапляння вологи. Отримане покриття було м’яким і легко лущилося, що призвело до потреби в дорогому повторному застосуванні. Дані з подальшого аналізу показали, що рівень вологості під час програми був вище 80%, що значно перевищує рекомендовану максимум 60% для цієї конкретної системи покриття.
Наявність каталізаторів може або посилити, або порушити реакційну здатність затяжника. Деякі каталізатори додаються для прискорення реакції затвердіння, але якщо їх не використовувати правильно, вони можуть спричинити проблеми сумісності. Наприклад, у випадку акрилових смол та їх твердих загартовиків додавали пероксидний каталізатор для прискорення процесу затвердіння. Однак, якщо кількість каталізатора була занадто великою, це призвело до надмірної реакції, яка спричинила утворення бульбашок у вилікуваному продукті. Дослідження Гарсії (2021) кількісно оцінило цей ефект, змінюючи кількість каталізатора пероксиду, що використовується з акриловою смолою та її твердим. Вони встановили, що коли концентрація каталізатора збільшувалася на 50% вище рекомендованого рівня, об'єм бульбашок у вилікуваному продукті збільшився на три коефіцієнт, що значно погіршує зовнішній вигляд та механічні властивості кінцевого продукту.
Iv. Фізичні властивості та сумісність
Фізичні властивості затверджувача, такі як в'язкість, щільність та розчинність, також можуть вплинути на його сумісність з іншими матеріалами. В'язкість є важливою властивістю, оскільки вона впливає на змішування та застосування затверджувача з базовим матеріалом. Якщо в'язкість затяжника занадто висока, може бути важко змішатися з смолою, що призводить до непослідовного затвердіння та неоднорідного кінцевого продукту. Наприклад, у випадку епоксидної затверджувачі з високою в'язкістю, що використовується з епоксидною смолою в композитному виробничому процесі, неможливість ретельно змішати твердість з смолою призвела до областей композиту, які були недостатньо визначені та мали нижчу механічну міцність. Дослідження Лі (2017) вимірювало в'язкість різних епоксидних харденерів та їх вплив на змішування та затвердіння епоксидних смол. Вони виявили, що Гардени з в'язкістю вище певного порогу (1000 CP) вимагають спеціальних методів змішування та більш тривалого часу змішування, щоб забезпечити належне змішування, і невиконання цього призвело до значного зниження якості вилікованих епоксидних композитів.
Відмінності щільності між твердим та базовим матеріалом також можуть спричинити проблеми сумісності. Якщо щільність затверджувача значно відрізняється від щури основного матеріалу, це може призвести до поділу під час перемішування або затвердіння. Наприклад, у процесі виробництва поліуретану, якщо щільність поліуретану твердника значно нижча, ніж у поліуретановій смолі, затверджувач може плавати до верху під час перемішування, що призводить до нерівномірного розподілу затверджувача в піні. Це може призвести до областей піни, які або недостатньо, або переповнені, що впливають на механічні властивості та зовнішній вигляд кінцевого продукту. Справа в реальному світі стосувалася виробника, який пережив цю проблему, намагаючись створити матраци з поліуретану. Спочатку вони використовували затверджувач із щільністю, яка була на 30% нижчою, ніж у смолі, і отримані матраци мали непослідовну твердість і довговічність через нерівномірний розподіл затяжника.
Розчинність - це ще одна фізична властивість, яка може впливати на сумісність. Загарник, який не розчинний у базовому матеріалі або в розчинниках, що використовуються в рецептурі, може спричинити осад або поділ фаз. Наприклад, у випадку системи покриття на водній основі, де використовується водорозчинна смола із затяжником, якщо затверджувач не повністю розчинний у воді, вона може утворювати окрему фазу, що призводить до похмурого вигляду та зниження продуктивності покриття. Дослідження Ванг (2018) досліджувало розчинність різних Гарденерів у системах покриття на водній основі. Вони встановили, що Гардени з певною хімічною структурою мають обмежену розчинність у воді, і при використанні в системі покриття вони спричинили значне збільшення значення серпанку покриття, що свідчить про зменшення прозорості та загальної якості покриття.
V. Сумісність з різними базовими матеріалами
Сумісність Hardener змінюється залежно від типу базового матеріалу, з яким він призначений для реагування. Епоксидні Гардени, як згадувалося раніше, призначені для роботи з епоксидними смолами. Однак при використанні з іншими смолами, такими як поліестер або акрилові смоли, можуть виникнути значні проблеми сумісності. Наприклад, коли епоксидний твердник помилково використовувався з поліефірною смолою в процесі виробництва склопластику, в результаті продукту виникли погана адгезія між склопластиком та матрицею смоли. Епоксидне затверджувач не реагував належним чином з поліефірною смолою, що призводить до слабкого зв’язку та продукту, який був схильний до розшарування. Дослідження Чжан (2019) порівняли ефективність різних Гарденів з поліестерами та епоксидними смолами. Вони встановили, що використання епоксидного твердника з поліефірною смолою призвело до зниження міцності на зсув на 50% порівняно з використанням правильного затверджувача поліестеру.
Поліуретанові тверди, як правило, використовуються з поліуретановими смолами, але їх сумісність з іншими матеріалами також може викликати занепокоєння. Наприклад, при використанні з епоксидними смолами реакція між поліуретановим твердим та епоксидною смолою може бути не такою простою, як при її передбачуваній поліуретановій смолі. Дослідження Лю (2020) досліджувало сумісність поліуретану Гарден з епоксидними смолами. Вони виявили, що реакція затвердіння була повільнішою і менш повною при використанні поліуретану із затверджувачем з епоксидною смолою порівняно з використанням правильного епоксидного твердника. Отриманий продукт мав нижчий модуль еластичності і був більш крихким, що свідчить про менш ідеальне поєднання матеріалів.
Акрилові Гардени розроблені для роботи з акриловими смолами. Однак при використанні з іншими смолами, такими як поліестер або епоксидні смоли, можуть виникати проблеми сумісності. Наприклад, у додатку для покриття, де акриловий твердий використовувався з поліефірною смолою замість правильного затвердера з поліестеру, покриття мали коротший термін експлуатації і було більш схильним до розтріскування. Акриловий твердий не утворював належних хімічних зв’язків з поліефірною смолою, що призводить до менш міцного покриття. Приклад у реальному світі надходить із застосування меблів, де акриловий затверді був випадково застосований з покриттям на основі поліестерної смоли. Отриманий фініш був не таким гладким, як очікувалося, і почав тріскати через короткий проміжок часу, вимагаючи повторного застосування.
Vi. Сумісність у різних умовах додатків
Навколишнє середовище застосування може мати значний вплив на сумісність Гарденерів. У промислових умовах, наприклад, на виробничому заводі, де використовуються велика кількість смол і Гарденів, контроль температури та вологості має вирішальне значення для забезпечення належної сумісності. Наприклад, у виробництві пластмас, якщо температура не підтримується в рекомендованому діапазоні для затвердіння епоксидних смол із їх твердими, продукція може мати непослідовну якість. Дослідження Ернандеса (2018) проаналізувало вплив коливань температури на виробничому заводі на затвердіння епоксидних смол з різними твердими. Вони виявили, що в зимові місяці, коли температура була нижчою, ніж зазвичай, час затвердіння епоксидних смол у деяких випадках збільшився до 60%, що призводить до затримки виробництва та продуктів зі зниженими механічними властивостями.
У додатках на свіжому повітрі, наприклад, у випадку будівельних покриттів або захисту інфраструктури, погодні умови відіграють головну роль у сумісності жорсткого харчування. Дощ, сніг та сонячне світло можуть впливати на процес затвердіння та сумісність затверджувача з базовим матеріалом. Наприклад, у застосуванні будівельного покриття, якщо в дощовий період наноситься покриття на основі поліуретану, волога від дощу може заважати процесу затвердіння, що призводить до м’якого і липкого покриття, яке не висохне належним чином. Приклад у реальному світі походить від проекту малювання мосту, де було застосовано покриття на основі поліестеру з специфічним твердим. Під час застосування коротко дощів, і отримане покриття мало плямистий вигляд і не було настільки довговічним, як очікувалося через потрапляння вологи з дощу.
Підводні програми також створюють унікальні проблеми сумісності для Гарденерів. У випадку морських покриттів або підводного ремонту, твердість повинен бути сумісним із сольовим середовищем та матеріалами, що покриваються або відремонтуються. Наприклад, у застосуванні морського покриття для корпусу корабля, якщо затверджувач не стійкий до корозії солоної води, це може призвести до передчасної деградації покриття та зниженої тривалості життя покриття. Дослідження Джонса (2021) досліджувало сумісність різних Гарденів у середовищі морської води. Вони виявили, що деякі Гардени мали значно більшу стійкість до корозії морської води, ніж інші, і використання затверджувача з низькою стійкістю до морської води в нанесенні морського покриття може призвести до зменшення життя на 50% у тривалому терміну експлуатації з використанням більш стійкого твердника.
Vii. Тестування та оцінка сумісності
Для забезпечення належної сумісності Гарденерів з базовими матеріалами та в різних умовах застосування доступні різні методи тестування. Одним з найпоширеніших методів є тест на гелевий час. У цьому тесті готується невелика кількість суміші смоли та затверджувача і вимірюється час, коли суміш вимірюється гелем. Цей тест допомагає визначити реакційну здатність затверджувач із смолою і може вказати, чи буде процес затвердіння занадто повільним або занадто швидким. Наприклад, у випадку з епоксидними смолами та їх твердими, якщо час гелю значно довший, ніж рекомендоване значення, це може вказувати на те, що затверджувач не реагує належним чином з смолою, можливо, через проблему сумісності. У дослідженні Кіма (2019) було використано тест на гелевий час для оцінки сумісності різних епоксидних Гарденів із специфічною епоксидною смолою. Вони встановили, що, порівнюючи часи гелю різних комбінацій, вони могли визначити, які твердники, швидше за все, призведуть до правильного затвердіння, а які можуть спричинити проблеми.
Ще одним важливим випробуванням є випробування механічного властивості вилікуваного продукту. Сюди входять такі тести, як міцність на розрив, міцність на згинання та модуль тестування еластичності. Вимірюючи ці механічні властивості вилікуваного продукту, можна оцінити якість процесу затвердіння та сумісність затверджувача зі смолою. Наприклад, якщо міцність на розтяг вилікуваної комбінації епоксидної смоли значно нижча, ніж очікувалося, це може вказувати на те, що під час затвердіння було питання сумісності. Приклад у реальному світі походить від композиційної виробничої компанії, яка використовувала новий епоксидний твердник. Після виробництва партії композитів вони перевірили міцність на розтяг вилікуваних продуктів і виявили, що вона була на 20% нижчою, ніж у попереднього затвердера, який вони використовували. Завдяки подальшому розслідуванню вони виявили, що між новим твердим та епоксидною смолою, яку вони використовували, існує проблема сумісності, яка впливала на процес затвердіння та призводить до продукту нижчої якості.
Хімічний аналіз вилікуваного продукту також може надати цінну інформацію про сумісність. Сюди можна віднести такі методи, як інфрачервона спектроскопія перетворення Фур'є (FTIR) та ядерно -магнітна резонанс (ЯМР) спектроскопія. Ці методи можуть бути використані для ідентифікації хімічних зв’язків, утворених під час процесу затвердіння, та для виявлення будь -яких прореагуваних компонентів або домішок. Наприклад, у випадку комбінації поліуретану смоли, аналіз FTIR може бути використаний для підтвердження того, що очікувані уретанові зв’язки були сформовані, і для перевірки наявності будь-яких прореагуваних груп ізоціанату або домішок. Дослідження Чен (2020) використовувало FTIR та ЯМР-спектроскопію для аналізу вилікуваних продуктів різних комбінацій поліуретану смоли. Вони встановили, що, використовуючи ці методи, вони могли б визначити проблеми сумісності, такі як неповне затвердіння через наявність прореагуваних компонентів або домішок у затверді.
Viii. Пом'якшення питань сумісності
Після виявлення питань сумісності є кілька стратегій, які можуть бути використані для їх пом'якшення. Один із підходів - ретельно вибрати відповідний затверджувач для базового матеріалу та середовища застосування. Це вимагає ретельного розуміння хімічних та фізичних властивостей як затверджувача, так і базового матеріалу, а також конкретних вимог застосування. Наприклад, у застосуванні морського покриття затверджувач, стійкий до корозії солоної води та має відповідну реактивність у вологому середовищі. Приклад у реальному світі походить від компанії, яка мала проблеми з міцністю їх морських покриттів. Проаналізувавши проблеми сумісності, вони перейшли на інший затверджувач, який був спеціально розроблений для морських застосувань і мав кращу стійкість до корозії та вологості солоної води. Результатом цього було значне поліпшення тривалості життя та ефективності покриттів.
Ще одна стратегія -
