Epoxydharz, auch bekannt als polyepoxide, sind ein duroplastisches Polymer, das von der Reaktion von epoxide "Harz" mit Polyamin "hardener" gebildet ist. Epoxydharz hat eine breite Reihe von Anwendungen, einschließlich faserverstärkter Plastikmaterialien und allgemeiner Zweck-Bindemittel.

Chemie

Epoxydharz ist ein Copolymerisat; d. h. es wird von zwei verschiedenen Chemikalien gebildet. Diese werden das "Harz" oder "die Zusammensetzung" und den "hardener" oder "den Aktivator" genannt. Das Harz besteht aus monomers oder kurzen Kettenpolymern mit einer epoxide Gruppe an jedem Ende. Allgemeinste Epoxydharz-Harze werden von einer Reaktion zwischen epichlorohydrin und bisphenol-A erzeugt, obwohl die Letzteren durch ähnliche Chemikalien ersetzt werden können. Der hardener besteht aus Polyamin monomers, zum Beispiel triethylenetetramine (TETA). Wenn diese Zusammensetzungen zusammen gemischt werden, reagieren die Amin-Gruppen mit den epoxide Gruppen, um ein covalent Band zu bilden. Jede NH Gruppe kann mit einer epoxide Gruppe reagieren, so dass das resultierende Polymer schwer crosslinked ist, und so starr und stark ist.

Der Prozess von polymerization wird genannt "heilend", und kann durch die Temperatur, Wahl von Harz und Hardener-Zusammensetzungen und dem Verhältnis von gesagten Zusammensetzungen kontrolliert werden; der Prozess kann Minuten in Stunden bringen. Ein Formulierungsvorteil der Heizung während der Heilmittel-Periode, wohingegen andere einfach Zeit und Umgebungstemperaturen verlangen.

Geschichte

Die ersten kommerziellen Versuche, Harze von epichlorohydrin vorzubereiten, wurden 1927 in den Vereinigten Staaten gemacht. Der Kredit für die erste Synthese von mit Sitz in bisphenol Epoxydharz-Harzen wird von Dr Pierre Castan aus Schweiz und Dr S.O. Greenlee der Vereinigten Staaten 1936 geteilt. Die Arbeit von Dr Castan wurde von Ciba, Ltd. der Schweiz lizenziert, die fortgesetzt hat, einer der drei Hauptepoxydharz-Harz-Erzeuger weltweit zu werden. Das Epoxydharz-Geschäft von Ciba wurde davon gesponnen und hat später gegen Ende der 1990er Jahre verkauft und ist jetzt die fortgeschrittene Material-Geschäftseinheit von Huntsman Corporation der Vereinigten Staaten. Die Arbeit von Dr Greenlee war für das Unternehmen von Devoe-Reynolds der Vereinigten Staaten. Devoe-Reynolds, der in den frühen Tagen der Epoxydharz-Harz-Industrie energisch war, wurde an Shell Chemisch (jetzt Momentive Spezialisierungschemikalien, früher Hexion, Entschlossenheitspolymer und andere) verkauft.

Anwendungen

Die Anwendungen für Epoxydharz-basierte Materialien sind umfassend und schließen Überzüge, Bindemittel und zerlegbare Materialien wie diejenigen ein, die Kohlenstoff-Faser und glasfaserverstärkte Verstärkungen verwenden (obwohl Polyester, Vinyl ester und andere duroplastische Harze auch für glasverstärkten Plastik verwendet werden). Die Chemie von Epoxydharzen und die Reihe von gewerblich verfügbaren Schwankungen erlauben Heilmittel-Polymern, mit einer sehr breiten Reihe von Eigenschaften erzeugt zu werden. Im Allgemeinen sind Epoxydharze für ihr ausgezeichnetes Festkleben bekannt, chemisch und heizen Widerstand, gute-zu-ausgezeichnet mechanische Eigenschaften und sehr gute elektrische Isolieren-Eigenschaften. Viele Eigenschaften von Epoxydharzen können modifiziert werden (zum Beispiel silbergefüllte Epoxydharze mit dem guten elektrischen Leitvermögen sind verfügbar, obwohl Epoxydharze normalerweise elektrisch isolieren). Schwankungen, die hohe Thermalisolierung oder Thermalleitvermögen anbieten, das mit dem hohen elektrischen Widerstand für Elektronik-Anwendungen verbunden ist, sind verfügbar.

Farben und Überzüge

Zwei Teil-Epoxydharz-Überzüge wurden für den schweren Aufgabe-Dienst auf Metallsubstraten entwickelt und verwenden weniger Energie als hitzegeheilte Puder-Überzüge. Diese Systeme verwenden 4:1 durch das Volumen-Mischen-Verhältnis, und trocknen schnell das Versorgen eines zähen Schutzüberzugs mit der ausgezeichneten Härte aus. Ihre niedrige Flüchtigkeit und Wasser räumen auf macht sie nützlich für Fabrikgusseisen, Gussstahl, wirft Aluminiumanwendungen, und reduziert Aussetzung und mit Lösungsmittel-geborenen Überzügen vereinigte Entflammbarkeitsprobleme. Sie werden gewöhnlich in Industrie- und Automobilanwendungen verwendet, da sie mehr Hitze sind, die widerstandsfähig ist als latexbasierte und mit Sitz in alkyd Farben. Epoxydharz-Farben neigen dazu, sich, bekannt zu verschlechtern, wie wegen der UV Aussetzung entwerfen.

Polyester-Epoxydharze werden als Puder-Überzüge für Waschmaschinen, Trockner und andere "weiße Waren" verwendet. Fusion Verpfändete Epoxydharz-Puder-Überzüge (FBE) wird für den Korrosionsschutz von Stahlpfeifen und die Ausstattungen umfassend verwendet, die in der Öl- und Gasindustrie, trinkbare Wasserübertragungsrohrleitungen (Stahl), konkrete Verstärkungswiederbar und so weiter verwendet sind. Epoxydharz-Überzüge werden auch als Zündvorrichtungen weit verwendet, um das Festkleben von Automobil- und Seefarben besonders auf Metalloberflächen zu verbessern, wo Korrosion (das Verrosten) Widerstand wichtig ist. Blechkanister und Behälter werden häufig mit Epoxydharz angestrichen, um zu verhindern, besonders für Nahrungsmittel wie Tomaten zu verrosten, die acidic sind. Epoxydharz-Harze werden auch für die hohe Leistung und dekorativen Bodenbelag-Anwendungen besonders Terrazzo-Bodenbelag, Span-Bodenbelag verwendet und haben gesamten Bodenbelag gefärbt.

Bindemittel

Epoxydharz-Bindemittel sind ein Hauptteil der Klasse von Bindemitteln genannt "Strukturbindemittel" oder "Technikbindemittel" (der Polyurethan, Acryl, cyanoacrylate, und andere Chemie einschließt.) Werden diese Hochleistungsbindemittel im Aufbau von Flugzeug, Automobilen, Rädern, Booten, Golfklubs, Skis, Snowboards und anderen Anwendungen verwendet, wo hohe Kraft-Obligationen erforderlich sind. Epoxydharz-Bindemittel können entwickelt werden, um fast jeder Anwendung anzupassen. Sie können als Bindemittel für Holz, Metall, Glas, Stein und etwas Plastik verwendet werden. Sie können flexible oder starre, durchsichtige oder undurchsichtige/farbige, schnelle Einstellung oder langsame Einstellung gemacht werden. Epoxydharz-Bindemittel sind in der Hitze und dem chemischen Widerstand besser als andere allgemeine Bindemittel. Im Allgemeinen werden mit der Hitze geheilte Epoxydharz-Bindemittel mehr Hitze - und chemisch-widerstandsfähig sein als diejenigen, die bei der Raumtemperatur geheilt sind. Die Kraft von Epoxydharz-Bindemitteln wird bei Temperaturen oben erniedrigt.

Einige Epoxydharze werden durch die Aussetzung vom ultravioletten Licht geheilt. Solche Epoxydharze werden in der Optik, Faser-Optik und optoelectronics allgemein verwendet.

Industriebearbeitung und Zusammensetzungen

Epoxydharz-Systeme werden in Industriebearbeitungsanwendungen verwendet, um Formen, Master-Modelle, Folien, castings, Vorrichtungen und andere Industrieproduktionshilfe zu erzeugen. Diese "Plastikbearbeitung" ersetzt Metall, Holz und andere traditionelle Materialien, und verbessert allgemein die Leistungsfähigkeit und entweder senkt die gesamten Kosten oder verkürzt die Durchlaufzeit für viele Industrieprozesse. Epoxydharze werden auch im Produzieren faserverstärkter oder zerlegbarer Teile verwendet. Sie sind teurer als Polyester-Harze und Vinyl ester Harze, aber erzeugen gewöhnlich stärkere und temperaturwiderstandsfähigere zerlegbare Teile.

Elektrische Systeme und Elektronik

Epoxydharz-Harz-Formulierungen sind in der Elektronikindustrie wichtig, und werden in Motoren, Generatoren, Transformatoren, switchgear, bushings, und Isolatoren verwendet. Epoxydharz-Harze sind ausgezeichnete elektrische Isolatoren und schützen elektrische Bestandteile vor dem kurzen Umkreisen, dem Staub und der Feuchtigkeit. In der Elektronikindustrie sind Epoxydharz-Harze das primäre Harz, das in der Überzierleiste einheitlicher Stromkreise, Transistoren und hybrider Stromkreise und des Bildens gedruckter Leiterplatten verwendet ist. Der größte Volumen-Typ der Leiterplatte — eines FR-4 "Ausschusses" — ist ein belegter Butterbrot von Schichten von Glasstoff, der in eine Zusammensetzung durch ein Epoxydharz-Harz verpfändet ist. Epoxydharz-Harze sind an Band-Kupferfolie zu Leiterplatte-Substraten gewöhnt, und sind ein Bestandteil der Lot-Maske auf vielen Leiterplatten.

Flexible Epoxydharz-Harze werden für potting Transformatoren und Induktoren verwendet. Durch das Verwenden der Vakuumbefruchtung auf ungeheiltem Epoxydharz, Winden-zu-Winden, werden Winden zum Kern und Luftporen des Windens zum Isolator beseitigt. Das geheilte Epoxydharz ist ein elektrischer Isolator und ein viel besserer Leiter der Hitze als Luft. Transformator und Induktor-Krisenherde werden außerordentlich reduziert, dem Bestandteil ein stabiles und längeres Leben gebend, als uneingemachtes Produkt.

Epoxydharz-Harze werden mit der Technologie des Harz-Zuführens angewandt.

Verbraucher und Seeanwendungen

Epoxydharze werden im Eisenwarenhandel normalerweise als ein Satz verkauft, der getrenntes Harz und hardener enthält, der sofort vor dem Gebrauch gemischt werden muss. Sie werden auch in Bootsgeschäften als Reparatur-Harze für Seeanwendungen verkauft. Epoxydharze werden normalerweise in der Außenschicht eines Bootes nicht verwendet, weil sie sich durch die Aussetzung vom UV Licht verschlechtern. Sie werden häufig während der Bootsreparatur und des Zusammenbaues verwendet, und dann mit herkömmlicher oder zweiteiliger Polyurethan-Farbe oder Seelacken überangestrichen, die UV Schutz zur Verfügung stellen.

Es gibt zwei Hauptgebiete des Seegebrauches. Wegen der besseren mechanischen Eigenschaften hinsichtlich der allgemeineren Polyester-Harze werden Epoxydharze für die kommerzielle Fertigung von Bestandteilen verwendet, wo ein hohes Verhältnis der Kraft/Gewichts erforderlich ist. Das zweite Gebiet ist, dass ihre Kraft, Lücke-Füllungseigenschaften und ausgezeichnetes Festkleben an viele Materialien einschließlich Bauholzes einen Boom in Amateurbauprojekten einschließlich des Flugzeuges und der Boote geschaffen haben.

Normaler gelcoat, der für den Gebrauch mit Polyester-Harzen und vinylester Harzen formuliert ist, klebt an Epoxydharz-Oberflächen nicht, obwohl Epoxydharz, sehr gut wenn angewandt, auf Polyesterharz-Oberflächen klebt. "Flocoat", der normalerweise verwendet wird, um das Interieur von Polyester fibreglass Jachten anzustreichen, ist auch mit Epoxydharzen vereinbar.

Epoxydharz-Materialien neigen dazu, etwas mehr allmählich hart zu werden, während Polyester-Materialien dazu neigen, schnell besonders hart zu werden, wenn viel Katalysator verwendet wird. Die chemischen Reaktionen sind in beiden Fällen exothermic. Große Mengen der Mischung werden ihre eigene Hitze erzeugen und außerordentlich die Reaktion beschleunigen, so ist es üblich, kleine Beträge zu mischen, die schnell verwendet werden können.

Während es üblich ist, Polyester-Harze und Epoxydharz-Harze zu vereinigen, sind ihre Eigenschaften genug verschieden, dass sie als verschiedene Materialien richtig behandelt werden. Polyester-Harze sind normalerweise niedrige Kraft, wenn nicht verwendet, mit einem Verstärkungsmaterial wie Glasfaser, sind wenn nicht verstärkt, relativ spröde, und haben niedriges Festkleben. Epoxydharze sind im Vergleich von Natur aus stark, etwas flexibel und haben ausgezeichnetes Festkleben. Jedoch sind Polyester-Harze viel preiswerter.

Epoxydharz-Harze verlangen normalerweise eine genaue Mischung von zwei Bestandteilen, die eine dritte Chemikalie bilden. Abhängig von den erforderlichen Eigenschaften kann das Verhältnis irgendetwas von 1:1 oder über 10:1 sein, aber in jedem Fall müssen sie genau gemischt werden. Das Endprodukt ist dann ein genauer duroplastischer Plastik. Bis sie gemischt werden, sind die zwei Elemente relativ träge, obwohl die 'hardeners' dazu neigen, chemischer aktiv zu sein, und vor der Atmosphäre und Feuchtigkeit geschützt werden sollten. Die Rate der Reaktion kann durch das Verwenden verschiedenen hardeners geändert werden, der die Natur des Endproduktes, oder durch das Steuern der Temperatur ändern kann.

Im Vergleich werden Polyester-Harze gewöhnlich in einer 'geförderten' Form bereitgestellt, solch, dass der Fortschritt von vorher Mischharzen von Flüssigkeit bis Festkörper bereits, obgleich sehr langsam laufend ist. Die einzige für den Benutzer verfügbare Variable soll die Rate dieses Prozesses mit einem Katalysator, häufig Methyl Ethyl Ketone Peroxide (MEKP) ändern, das sehr toxisch ist. Die Anwesenheit vom Katalysator im Endprodukt schmälert wirklich die wünschenswerten Eigenschaften, so dass kleine Beträge von Katalysator, so lange der hart werdende Erlös mit einem annehmbaren Schritt vorzuziehend sind. Die Rate des Heilmittels von Polyestern kann deshalb vom Betrag und Typ von Katalysator sowie durch die Temperatur kontrolliert werden.

Als Bindemittel, Epoxydharz-Band auf drei Weisen: a) Mechanisch, weil die Abbinden-Oberflächen angeraut werden; b) Durch die Nähe, weil die geheilten Harze physisch so den Abbinden-Oberflächen nah sind, die sie hart sind zu trennen; c) Ionisch, weil die Epoxydharz-Harze ionische Obligationen an einem Atomniveau mit den Abbinden-Oberflächen bilden. Das dauert ist wesentlich von den drei am stärksten. Im Vergleich können Polyester-Harze nur das Verwenden der ersten zwei von diesen verpfänden, der außerordentlich ihr Dienstprogramm als Bindemittel und in der Seereparatur reduziert.

Raumfahrtanwendungen

In der Raumfahrtindustrie wird Epoxydharz als ein Strukturmatrixmaterial verwendet, das dann durch die Faser verstärkt wird. Typische Faser-Verstärkungen schließen Glas, Kohlenstoff, Kevlar und Bor ein.

Epoxydharze werden auch als ein Strukturleim verwendet. Materialien wie Holz, und werden andere, die 'niedrige Technologie' sind, mit Epoxydharz-Harz geklebt.

Biologie

Wasserlösliche Epoxydharze wie Durcupan

werden allgemein verwendet, um einzubetten

Elektronmikroskop-Proben in Plastik, so können sie sectioned sein (hat dünn Scheiben geschnitten), mit einem Mikrowälzer und haben dann dargestellt.

Kunst

Epoxydharz-Harz, das mit dem Pigment gemischt ist, kann als ein Malerei-Medium durch strömende Schichten aufeinander verwendet werden, um ein ganzes Bild zu bilden.

Industrie

Bezüglich 2006 beläuft sich die Epoxydharz-Industrie auf mehr als US$ 5 Milliarden in Nordamerika und ungefähr US$ 15 Milliarden weltweit. Der chinesische Markt ist schnell gewachsen, und ist für mehr als 30 % des Gesamtweltmarktes verantwortlich. Es wird aus etwa 50-100 Herstellern von grundlegenden oder Warenepoxydharz-Harzen und hardeners zusammengesetzt.

Diese Warenepoxydharz-Hersteller, die oben normalerweise erwähnt sind, verkaufen Epoxydharz-Harze in einer kleineren Endbenutzern verwendbaren Form nicht, also gibt es eine andere Unternehmensgruppe, die Epoxydharz-Rohstoffe in den Haupterzeugern kaufen und dann (Mischungen zusammensetzt, modifiziert, oder sonst kundengerecht anfertigt) Epoxydharz-Systeme von diesen Rohstoffen. Diese Gesellschaften sind als "formulators" bekannt. Die Mehrheit der verkauften Epoxydharz-Systeme wird durch diese formulators erzeugt, und sie umfassen mehr als 60 % des Dollarwerts des Epoxydharz-Marktes. Es gibt Hunderte von Weisen, wie diese formulators Epoxydharze — durch das Hinzufügen von Mineralfüllern (Talk, Kieselerde, Tonerde, usw.) modifizieren können Durch das Hinzufügen flexibilizers, Viskositätsreduziermaschinen, Farbstoffe, Bindemittel, Gaspedale, Festkleben-Befürworter, usw. Diese Modifizierungen werden gemacht, Kosten zu reduzieren, Leistung zu verbessern, und in einer Prozession gehende Bequemlichkeit zu verbessern. Infolgedessen verkauft ein typischer formulator Dutzende oder sogar Tausende von Formulierungen — jeder, der zu den Voraussetzungen einer besonderen Anwendung oder Marktes geschneidert ist.

Zusammengepresst durch den globalen Wirtschaftssturz hat sich die Epoxydharz-Marktgröße zu $ 15.8 Milliarden 2009 fast zum Niveau von 2005 geneigt. Auf einigen Regionalmärkten hat es sogar um fast 20 % abgenommen. Der aktuelle Epoxydharz-Markt erfährt positives Wachstum, weil die Weltwirtschaft wieder zum Leben erwacht. Mit einer jährlichen Wachstumsrate 3.5 - 4 %, wie man erwartet, erreicht der Epoxydharz-Markt $ 17.7 Milliarden vor 2012 und 21.35 $ vor 2015. Höhere Wachstumsrate wird danach wegen stärkerer Anforderungen vom Epoxydharz-Zusammensetzungsmarkt und Epoxydharz-Bindemittel-Markt vorausgesehen.

Gesundheitsgefahren

Die primäre mit dem Epoxydharz-Gebrauch vereinigte Gefahr ist Sensibilismus zum hardener, der mit der Zeit eine allergische Reaktion veranlassen kann. Allergische Reaktion kommt manchmal auf einmal vor, der mehrere Tage von der Aussetzung verzögert wird. Epoxydharz-Gebrauch ist eine Hauptquelle des Berufsasthmas unter Benutzern von Plastik. Bisphenol A, der in Epoxydharz-Harz verwendet wird, ist ein bekannter endokriner disruptor.

Siehe auch

• Duroplastisches Polymer
• Plastik

Außenverbindungen

• Epoxydharz-Harz-Gesundheitsrisikos (Abteilung von Kalifornien des Gesundheitswesens)
• Die Chemie von epoxide, einfach, zu verstehen
• wie zu Epoxydharz, Video