Resina epoxica
La versión actual de la página aún no ha sido revisada por colaboradores experimentados y puede diferir significativamente de la versión revisada el 2 de abril de 2022; las comprobaciones requieren 3 ediciones .Resina epoxi - oligómeros que contienen grupos epoxi y capaces de formar polímeros reticulados bajo la acción de endurecedores (poliaminas, etc.) . Las resinas epoxi más comunes son productos de policondensación de epiclorhidrina con fenoles , más a menudo con bisfenol A. Las resinas basadas en bisfenol A a menudo se denominan epoxi-diano en honor al químico ruso A.P. Dianin , quien fue el primero en obtener bisfenol A [1] .
Propiedades
Las resinas epoxi son resistentes a los halógenos , algunos ácidos (los ácidos fuertes, especialmente los ácidos oxidantes, tienen poca resistencia), los álcalis , tienen una alta adherencia a los metales . La resina epoxi, según la marca y el fabricante, se ve como un líquido transparente de color amarillo anaranjado que se parece a la miel , o como una masa sólida marrón que se parece al alquitrán . La resina líquida puede tener un color muy diferente, desde blanco y transparente hasta rojo vino (para la anilina epoxidada).
Las siguientes propiedades son resina pura, sin modificar y sin rellenos :
- módulo de elasticidad: ;
- resistencia a la tracción: ;
- densidad: .
Toxicidad
Aunque el epoxi curado correctamente se considera[ ¿por quién? ] es absolutamente inocuo en condiciones normales, su uso es muy limitado, ya que al curar en condiciones industriales, una cierta cantidad de la fracción sol, un residuo soluble, queda en la resina epoxi. Puede causar serios daños a la salud si se lava con solventes y entra al cuerpo. Las resinas epoxi sin curar son bastante tóxicas y también pueden ser perjudiciales para la salud. Pero los más dañinos son muchos endurecedores, incluido el curado a temperatura ambiente más utilizado: la amina.
Las resinas epoxi son mutagénicas y se ha descubierto que algunos componentes de algunas resinas son cancerígenos [2] [3] . Hasta cierto punto, el propio anillo epoxi también puede tener estas propiedades , ya que es capaz de unirse al ADN [4] . Algunas resinas provocan alergias en algunas personas. El efecto nocivo más comúnmente observado de las resinas epoxi es la irritación del tegumento del cuerpo [5] . Se encuentran entre las principales causas de dermatitis alérgica de contacto ocupacional [6] . Como endurecedores de las resinas epoxi, se utilizan con mayor frecuencia las aminas , que también muestran toxicidad y acción irritante [5] [3] [7] . Trabajar con epoxis requiere guantes impermeables (reemplazados cuando se contaminan con resinas, ya que muchos de sus componentes penetran el plástico delgado), un respirador y buena ventilación. La toxicidad de las resinas menos viscosas es generalmente mayor que la de las más viscosas [2] [4] [7] .
Modificación
Las resinas epoxi son modificables. Distinguir entre modificación química y física.
El primero es cambiar la estructura de la red de polímeros agregando compuestos que están integrados en su composición. A modo de ejemplo, la adición de lapróxidos (poliéteres de alcoholes que contienen grupos glicidilo, por ejemplo, anhídrido de glicerol), dependiendo de la funcionalidad y peso molecular, otorga elasticidad a la resina curada, al aumentar el peso molecular del fragmento internodal, pero disminuye su resistencia al agua. La adición de compuestos organohalogenados y fosforados confiere a la resina una mayor incombustibilidad. La adición de resinas de fenol-formaldehído permite curar la resina epoxi por calentamiento directo sin endurecedor, otorga mayor rigidez, mejora las propiedades antifricción, pero reduce la resistencia al impacto [8] .
La modificación física se logra agregando sustancias a la resina que no se unen químicamente con el aglutinante. Como ejemplo, la adición de caucho puede aumentar la dureza de la resina curada. La adición de dióxido de titanio coloidal aumenta su índice de refracción y lo hace opaco a la radiación ultravioleta. .
Conseguir
La resina epoxi fue obtenida por primera vez por el químico suizo Kastan en 1936 [1] .
La resina epoxi se obtiene por policondensación de epiclorhidrina con varios compuestos orgánicos: desde fenol hasta aceites comestibles , como la soja . Este proceso se llama epoxidación.
Los grados valiosos de resinas epoxi se obtienen por oxidación catalítica de compuestos insaturados. Por ejemplo, de esta manera se obtienen resinas cicloalifáticas, valiosas porque no contienen ningún grupo hidroxilo y, por lo tanto, son muy resistentes al agua, al rastreo y al arco .
Para la aplicación práctica de la resina se necesita un endurecedor. El endurecedor puede ser una amina polifuncional o un anhídrido, a veces un ácido. También se utilizan catalizadores de curado: ácidos de Lewis y aminas terciarias, generalmente bloqueadas por un agente complejante como la piridina. Después de mezclarla con un endurecedor, la resina epoxi puede curarse, transferirse a un estado sólido, infusible e insoluble. Si es polietilenpoliamina (PEPA), la resina se endurecerá en un día a temperatura ambiente. Los endurecedores de anhídrido requieren 10 horas de tiempo y calentamiento a 180 °C en una cámara térmica (y esto sin tener en cuenta el calentamiento en cascada a partir de 150 °C).
Aplicación
Las resinas epoxi se utilizan para preparar diversos tipos de adhesivos , plásticos , barnices aislantes eléctricos , textolita ( plásticos reforzados con fibra de vidrio y carbono ), compuestos de fundición y plastocementos [1] .
Sobre la base de resinas epoxi, se producen diversos materiales utilizados en diversas industrias. La fibra de carbono y el epoxi forman fibra de carbono (utilizada como material estructural en varios campos: desde la fabricación de aviones (ver Boeing 777 ) hasta la ingeniería automotriz ). Se utiliza un compuesto de resina epoxi en los pernos de montaje de los cohetes tierra-espacio. La resina epoxi con fibra de Kevlar es un material para crear chalecos antibalas.
A menudo, las resinas epoxi se utilizan como adhesivo epoxi o material de impregnación, junto con fibra de vidrio para la fabricación y reparación de varios casos o impermeabilización de locales, así como la forma más económica de hacer un producto de fibra de vidrio en la vida cotidiana , ambos inmediatamente listos después moldeado, y con la posibilidad de un mayor corte y rectificado.
A partir de fibra de vidrio con resina epoxi se fabrican cascos de embarcaciones que pueden soportar impactos muy fuertes, diversas piezas para automóviles y otros vehículos.
Como relleno ( sellador ) para diversos tableros , dispositivos y dispositivos.
Las resinas epoxi son la clase principal de medios de fundición para microscopía electrónica de transmisión : retienen bien la ultraestructura de los objetos, son fáciles de cortar , tienen poca contracción y son bastante estables bajo un haz de electrones. Por otro lado, no siempre impregnan bien los tejidos y son bastante venenosas [2] .
Las resinas epoxi también se utilizan en la construcción.
Una amplia variedad de artículos están hechos de resinas epoxi (por ejemplo, boquillas ), una variedad de souvenirs y joyas.
Las resinas epoxi se utilizan como adhesivos domésticos . Usar epoxi es bastante fácil. La mezcla de epoxi con endurecedor generalmente se realiza en volúmenes muy pequeños (varios gramos), por lo que la mezcla se realiza a temperatura ambiente y no causa problemas, la proporción exacta de resina/endurecedor al mezclar depende del fabricante del epoxi o endurecedor, solo se deben usar las proporciones recomendadas por el fabricante, ya que el tiempo de curado y las propiedades físicas del producto resultante dependen de esto; una desviación de la proporción deseada, por regla general, conduce a un cambio en el tiempo de curado y una cambio en las propiedades finales del material - con menor cantidad de endurecedor aumenta el tiempo de curado hasta la imposibilidad de obtener completamente un material sólido, con mayor cantidad de endurecedor - calentando la mezcla hasta espumar y curar bruscamente y obtener una material muy frágil.
Se utilizan los siguientes endurecedores: endurecedores de trietilentetramina fría (TETA) ( ing. Trietilentetramina ), polietilenpoliamina (PEPA) ( ing. Polietilenimina ), anhídrido de polisebacina y anhídrido maleico de curado en caliente (DETA) [9] [10] .
Las proporciones más comunes de resina a endurecedor van desde 1:0,4 a 1:0,1, pero también hay opciones 1:1, 1:0,5 e incluso 1:0,05. Los fabricantes aconsejan usar aparatos especiales cuando se mezcla una gran cantidad de resina o se mezcla y se vierte en varias etapas. Dependiendo de las características de la resina epoxi, una gran cantidad de ella en combinación con un endurecedor puede provocar la ebullición de la resina, la aparición de una cantidad excesiva de burbujas [11] . Esta propiedad es inherente a las resinas epoxi curadas con endurecedores de amina, y también depende en gran medida de la relación entre el volumen y el área superficial de la resina curada, por ejemplo, 1 litro de una mezcla de resina y endurecedor en un recipiente de 10 × 10 × 10 cm se calentarán mucho y hervirán, pero el mismo volumen de resina, aplicado a una superficie de 10 metros cuadrados, se curará en 24 horas estándar sin ningún calentamiento perceptible.
| Las principales áreas de aplicación de las resinas epoxi [12] : | ||||
|---|---|---|---|---|
| Industria de aplicaciones | Los principales tipos de materiales epoxi. | Propósito principal | Indicadores ventajosos | El efecto económico de la aplicación, relacionado con el costo del material. |
| Construcción | Hormigones poliméricos, compuestos, adhesivos | Tiras de señalización vial, losas de piso, soleras autonivelantes | Propiedades físicas y mecánicas, resistencia química y al desgaste, ausencia de polvo, alta adherencia | del 3 al 29 |
| Recubrimientos (pintura y barniz, polvo, dispersión acuosa) | Revestimientos decorativos y funciones de protección | Baja contracción, resistencia química | ||
| Ligantes para fibra de vidrio y carbono | Reparación de estructuras de hormigón armado, carreteras, aeródromos. Pegado de estructuras de puentes y más. Tubos de escape y capacidades de producciones químicas. Tuberías | Resistencia a la intemperie, resistencia química, fuerza, resistencia al calor | ||
| Ingeniería eléctrica e ingeniería de radio | Compuestos, aglutinantes para plásticos reforzados, revestimientos, materiales de prensa, espumas | Productos de estanqueidad, materiales aislantes eléctricos (fibra de vidrio y otros). Llenado de transformadores y más. Recubrimientos aislantes y protectores eléctricos. | Radiotransparencia, altos valores dieléctricos, baja contracción de curado, sin productos de curado volátiles | 0,1 a 7,0; 300-800 (electrónica) |
| Construcción naval | Ligantes para fibra de vidrio | Hélices marinas, álabes de compresor | Fuerza, resistencia a la cavitación | 75 |
| Recubrimientos de recubrimientos líquidos y polvos | Recipientes para gases y combustibles | Agua, productos químicos, resistencia a la abrasión | ||
| espumas sintácticas | Carenados de hélice | Resistencia al impacto a bajas temperaturas | ||
| Ingeniería mecánica, incluida la industria automotriz | Compuestos, Pinturas y barnices, Adhesivos | Reparación y reparación de defectos en productos moldeados, moldes, matrices, utillajes, herramientas (maquetas, copiadoras, etc.) | Resistencia, dureza, resistencia al desgaste, estabilidad dimensional | 3.1 a 15.0 |
| Hormigones poliméricos | Guías de máquinas herramienta, bancadas de máquinas de precisión | Resistencia al calor, alta adherencia a sustratos y masillas, propiedades funcionales y antifricción | 320 (máquinas pesadas) | |
| Ligantes para plásticos reforzados | Tanques, tuberías de fibra de vidrio bobinado "húmedo" | Resistencia química, resistencia al impacto | ||
| Prensa de materiales y polvos | Cojinetes y otros materiales antifricción, muelles, muelles de plástico epoxi, materiales conductores de electricidad | |||
| Aviación y ciencia espacial | Ligante para vidrio reforzado y plásticos orgánicos | Estructuras de potencia y revestimientos de alas, fuselaje, empenaje, conos de toberas y estatores de motores a reacción | Alta resistencia y rigidez específicas, radiotransparencia, propiedades ablativas (protección térmica) | |
| Recubrimientos protectores | Palas de helicóptero, tanques de combustible para cohetes, carcasas de motores a reacción, cilindros de gas comprimido | Resistencia al combustible | ||
Resistencia química de resinas poliepoxi y epoxi
La siguiente tabla describe la resistencia química de las resinas poliepoxi y epoxi a muchos medios.
| Resistencia química de resinas poliepoxi y epoxi. | |
|---|---|
| Sustancia química | Resistencia química |
| Ácido nítrico | sustancia inestable |
| Acetato de amilo | Excelente (a t < +22 °C) |
| Aminas | Excelente (a t < +22 °C) |
| Amoníaco 10% | Excelente (a t < +22 °C) |
| amoníaco líquido | Excelente (a t < +22 °C) |
| Anilina | Tolerable (a t < +22 °C) |
| acetato sódico | Excelente |
| Acetileno | Excelente |
| Acetona | sustancia inestable |
| Gasolina | Excelente |
| Benceno | Excelente (a t < +22 °C) |
| Sal de Bertoletova | Excelente |
| bicarbonato de potasio | Excelente |
| Bicarbonato de sodio | Excelente |
| bisulfato de sodio | Excelente |
| bisulfito de calcio | Excelente (a t < +22 °C) |
| Ácido bórico | Excelente (a t < +22 °C) |
| Bromo | sustancia inestable |
| bromuro de potasio | Excelente |
| Ácido bromhídrico 100% | sustancia inestable |
| Borax ( piroborato de sodio ) | Excelente (a t < +22 °C) |
| Butadieno ( divinilo ) | Excelente (a t < +22 °C) |
| butano (gas) | Excelente (a t < +22 °C) |
| acetato de butilo | Bueno (a t < +22 °C) |
| Vino ácido | Excelente |
| Hexano | Bueno |
| fluido hidráulico | Excelente |
| Ácido hexafluorosilícico | Tolerable |
| heptano | Excelente |
| hidróxido de amonio | Excelente (a t < +22 °C) |
| hidróxido de bario | Excelente (a t < +22 °C) |
| Hidróxido de potasio | Excelente |
| hidróxido de calcio | Excelente (a t < +22 °C) |
| hidróxido de magnesio | Excelente |
| Hidróxido de sodio , 50% | Bueno (a t < +50 °C) |
| hipoclorito de calcio | Excelente (a t < +22 °C) |
| Hipoclorito de sodio 100% | sustancia inestable |
| Glicerol | Excelente |
| Glucosa | Bueno |
| Combustible diesel | Excelente (a t < +22 °C) |
| dióxido de azufre | Excelente (a t < +22 °C) |
| Agua destilada | Excelente |
| dicloroetano | Bueno (a t < +50 °C) |
| Dicromato de potasio | Tolerable |
| Ácido tánico | Excelente |
| piedra de tinta | Excelente (a t < +22 °C) |
| Ácido graso | Excelente (a t < +22 °C) |
| hidróxido de aluminio | Bueno (a t < +22 °C) |
| Alcohol isopropílico | Excelente |
| carbonato de amonio | Excelente (a t < +22 °C) |
| carbonato de bario | Excelente (a t < +22 °C) |
| Carbonato de potasio | Excelente |
| Carbonato de calcio | Excelente (a t < +22 °C) |
| carbonato de sodio | Tolerable (a t < +22 °C) |
| aceite de castor | Excelente |
| Queroseno | Excelente |
| xileno | Excelente |
| Nafta | Excelente |
| Ácido de limón | Excelente (a t < +22 °C) |
| ácido maleico | Excelente |
| Ácido butírico | Tolerable (a t < +22 °C) |
| Alcohol metílico | Bueno (a t < +22 °C) |
| Metiletilcetona | Tolerable (a t < +22 °C) |
| Ácido láctico | Bueno (a t < +22 °C) |
| Agua de mar (salada) | Excelente |
| Orina | Excelente |
| Ácido fórmico | Tolerable (a t < +22 °C) |
| Jabón | Excelente |
| Naftalina | Excelente |
| nitrato de amonio | Excelente (a t < +22 °C) |
| nitrato de potasio | Excelente |
| nitrato de magnesio | Excelente |
| nitrato de cobre | Excelente (a t < +22 °C) |
| nitrato de sodio | Excelente |
| Nitrato de plata | Excelente |
| Ácido oleico | Excelente |
| Peróxido de hidrógeno al 10% | Tolerable (a t < +22 °C) |
| Cerveza | Excelente (a t < +22 °C) |
| Ácido pícrico | Excelente |
| Ácido fluorhídrico 75% | Bueno (a t +22 °C) |
| propano liquido | Excelente |
| combustible para aviones | Excelente |
| Mercurio | Excelente |
| Agua dulce | Excelente |
| Ácido sulfúrico 75-100% | Tolerable (a t < +22 °C) |
| sulfuro de hidrógeno | Excelente |
| silicato de sodio | Excelente |
| Ácido clorhídrico 20% | Bueno (a t < +22 °C) |
| Ácido esteárico | Bueno |
| sulfato de aluminio | Excelente (a t < +22 °C) |
| Sulfato de amonio | Excelente (a t < +22 °C) |
| sulfato de bario | Tolerable (a t < +22 °C) |
| sulfato de hierro | Excelente (a t < +22 °C) |
| sulfato de potasio | Excelente |
| sulfato de calcio | Excelente (a t < +22 °C) |
| Sulfato de magnesio | Excelente |
| Sulfato de sodio | Excelente |
| sulfato de níquel | Excelente |
| sulfuro de bario | Bueno (a t < +22 °C) |
| sulfito de sodio | Excelente |
| Trementina | Bueno |
| tetracloruro de carbono | Excelente (a t < +22 °C) |
| Tiosulfato de sodio | Excelente |
| tolueno | Bueno (a t < +22 °C) |
| Dióxido de carbono | Bueno (a t < +22 °C) |
| Dióxido de carbono | Excelente (a t < +22 °C) |
| carbonato de magnesio | Excelente |
| Vinagre | Excelente |
| Ácido acético , 20% | Excelente |
| Plomo acético | Excelente |
| Fenol ( oxibenceno ) | Bueno |
| Formaldehído 40% | Excelente (a t < +22 °C) |
| fosfato de amonio | Excelente (a t < +22 °C) |
| Ácido fosfórico | Bueno |
| freón | Excelente |
| fluoruro de aluminio | Bueno (a t < +22 °C) |
| flúor gaseoso | sustancia inestable |
| fluoruro de sodio | Excelente |
| cloruro de aluminio | Excelente (a t < +22 °C) |
| cloruro amónico | Excelente (a t < +22 °C) |
| cloruro de bario | Excelente (a t < +22 °C) |
| Cloruro férrico | Excelente (a t < +22 °C) |
| cloruro de potasio | Excelente |
| Cloruro de calcio | Excelente (a t < +22 °C) |
| cloruro de magnesio | Excelente |
| cloruro de cobre | Excelente |
| Cloruro de sodio | Excelente |
| Cloruro de níquel | Excelente |
| cloruro de zinc | Excelente |
| cloruro férrico | Excelente (a t < +22 °C) |
| Cloruro estannoso | Excelente |
| cianuro de sodio | Excelente |
| Cianuro de hidrógeno | Excelente |
| Ácido oxálico | Excelente |
| acetato de etilo | Tolerable (a t < +22 °C) |
| etilenglicol | Tolerable (a t < +22 °C) |
| Etanol | Excelente (a t < +50 °C) |
| cloruro de etilo | Excelente (a t < +22 °C) |
Véase también
Notas
- ↑ 1 2 3 Dmitri Starokadomsky. La larga era del epoxi // Ciencia y vida . - 2018. - Nº 1 . - S. 66-69 .
- ↑ 1 2 3 Mollenhauer HH (1993). “Artefactos causados por deshidratación e incrustación de epoxi en microscopía electrónica de transmisión”. Investigación y Técnica de Microscopía . 26 (6): 496-512. DOI : 10.1002/jemt.1070260604 . IDPM 8305727 .
- ↑ 1 2 Glauert AM, Lewis PR Incrustación en resinas epoxi // Preparación de muestras biológicas para microscopía electrónica de transmisión. - Prensa de la Universidad de Princeton, 1999. - P. 1173-1202. — ISBN 9781400865024 . doi : 10.1515 / 9781400865024.175 .
- ↑ 1 2 Ringo DL, Brennan EF, Cota-Robles EH (1982). “Las resinas epoxi son mutagénicas: implicaciones para los microscopistas electrónicos”. Revista de investigación de ultraestructuras . 80 (3): 280–287. DOI : 10.1016/s0022-5320(82)80041-5 . IDPM 6752439 .
- ↑ 1 2 Borgstedt HH, Hine CH Toxicidad, peligros y manejo seguro // Resinas epoxi: química y tecnología / ed. por C. A. May. - 2. - 1988. - P. 1173-1202. — ISBN 9781351449953 . -doi : 10.1201 / 9780203756713-15 .
- ↑ Henriks-Eckerman M.-L., Mäkelä EA, Suuronen K. (2015). “Prueba de penetración de resinas epoxi y endurecedores de diamina a través de materiales de ropa y guantes protectores” (PDF) . Anales de Higiene Ocupacional . 59 (8): 1034-1043. doi : 10.1093/annhyg/ mev040 . PMID26130079 . _
- ↑ 1 2 Boletín de información técnica (TIB): Manejo seguro de sistemas de resina epoxi . Wolverine Coatings Corp.
- ↑ 1 2 A. F. Nikolaev, V. K. Kryzhanovsky, V. V. Burlov y otros Tecnología de materiales poliméricos / Ed. V. K. Kryzhanovsky. - San Petersburgo. : Profesión, 2008. - 544 p.
- ↑ Endurecedores para resinas epoxi
- ↑ Endurecedores de resina epoxi modernos
- ↑ Resina epoxi
- ↑ Khozin V.G. Refuerzo de polímeros epoxi. - Kazan: PIK "House of Printing", 2004. - 446 p.
Literatura
- Pautas para el curso "Compuestos de alto peso molecular". Libro de texto / compilado por: Sobanov A. A., Kuramshin A. I., Burnaeva L. M. et al. - Kazan: Publishing House of KazGU, 2000. - S. 26-27. — 42 s.
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