Epoxidová živica

Epoxidová živica alebo polyepoxid je živica, z chemického hľadiska polymér z trojčlenných cyklov dvomi atómami uhlíka a jedným atómom kyslíka. Vyrába sa polykondenzáciou viacsýtnych fenolov s epoxidovou skupinou. Používa sa vďaka svojej dobrej priľnavosti a tvrdosti na výrobu lepidiel a epoxidových lakov.

Striekačka s dvojzložkovým epoxidovým lepidlom

Chémia

Štruktúra neupravenej epoxidovej živice. n označuje počet polymerizovaných podjednotiek a je v rozmedzí od 0 do približne 25

Štruktúra trietyléntetraamínu, typického tužidla. Amínové (NH) skupiny reagujú s epoxidovými skupinami živice počas polymerizácie.

Epoxidová živica je kopolymér. Živica sa skladá z monomérov a polymérov s krátkym reťazcom, ktoré majú epoxidové skupiny na oboch koncoch. Najbežnejšie epoxidové živice sú vyrábané z reakcie medzi epichlórhydrínom a bisfenolom-A, aj keď môžu byť nahradené podobnými chemickými látkami. Tužidlo sa skladá z polyamínových monomérov, napríklad trietyléntetraamínu (TETA). Ak sa tieto zlúčeniny zmiešajú, amínove skupiny reagujú s epoxidovými skupinami a vytvoria kovalentnú väzbu. Každá amínová skupina môže reagovať s epoxidovou skupinou, takže výsledný polymér je sieťovaný a je tak pomerne pevný a silný.

Proces polymerizácie je možné ovládať pomocou teploty, výberom živice, zlúčenín tužidla a pomerom uvedených zlúčenín, proces môže trvať minúty až hodiny.

História

Prvé komerčné pokusy pripraviť živicu z epichlórhydrínu sa objavili v roku 1927 v USA. Patent na prvú syntézu bisfenolu-A na báze epoxidových živíc sa delí medzi Dr. Pierra Castana zo Švajčiarska a Dr. S. O. Greenleena z USA v roku 1936. Práca dr. Greenleena bola pre firmu Devo-Reynolds zo Spojených štátov. Devo-Reynolds, ktorý bol aktívny v prvých dňoch priemyslovej epoxidovej živice, bol neskôr predaný spoločnosti Shell Chemical (teraz Momentive Specialty Chemicals, predtým Hexion a ďalšie).

Aplikácia

Patenty na epoxidové materiály sú rozsiahle a zahŕňajú náterové hmoty, lepidlá a kompozitné materiály, ako sú napríklad tie ktoré využívajú výstuhy z uhlíkových a sklených vlákien (polyester, vinyl a ďalšie termosetické živice sa tiež používajú na sklolaminát). Všeobecne platí, že epoxidy sú známe pre svoju vynikajúcu priľnavosť, chemickú a tepelnú odolnosť, majú vynikajúce mechanické vlastnosti a sú veľmi dobrými elektrickými izolantami. Mnoho vlastností epoxidov môže byť upravených. Existujú varianty, ktoré ponúkajú vysokú tepelnú izoláciu, alebo tepelnú vodivosť v kombinácii s vysokým elektrickým odporom pre aplikácie v elektronike.

Farby a nátery

Pre kovové povrchy s vysokou záťažou boli vyvinuté dvojvrstvové epoxidové nátery, ktoré sú menej energeticky náročné ako vypaľovanie práškovými farbivami. Zmesi sa miešajú v pomere 4 ku 1, sú rýchloschnúce a poskytujú odolný ochranný náter s vynikajúcou tvrdosťou. Ich stabilita a umývateľnosť sa s výhodou využíva v kovospracujúcom priemysle, kde znižuje problémy s horľavosťou a vystavením sa škodlivým výparom, ktoré sú bežné pri práci s nátermi na báze rozpúšťadiel. Používajú sa najmä v strojárskom a automobilovom priemysle, pretože majú vyššiu tepelnú odolnosť ako farby na latexovej a akrylátovej báze. Epoxidové farby majú nižšiu odolnosť voči UV žiareniu.

Polyesterové epoxidy sa používajú ako práškové farby pre umývačky, sušičky a inú „bielu techniku“. FBE (z angl. Fusion Bonded Epoxy Powder Coatings) sa široko používajú ako antikorózna ochrana oceľových rúr a tvaroviek používaných v ropnom a plynárenskom priemysle, prenosného vodovodného potrubia (oceľ), betonárskych prútov atď. Epoxidové nátery sa tiež používajú ako podkladová/základová farba zlepšujúca priľnavosť farieb určených na karosérie a trupy lodí, najmä na kovové povrchy, kde je dôležitá odolnosť proti korózii. Epoxidové nátery sa často aplikujú ako prevencia hrdzavenia na kovové nádoby a kontajnery, najmä ak sú určené na prepravu kyslých potravín, napríklad paradajok. Epoxidové živice sa používajú pre ľahkú manipuláciu na podlahové aplikácie (terasy, mozaiky a rôzne farebné dizajnérske podlahové kreácie).

Lepidlá

Epoxidové lepidlá sú hlavnou súčasťou triedy nazývanej „konštrukčné“ alebo „technické lepidlá“ (obsahujú polyuretán, akrylát, kyanoakrylát a ďalšie). Tieto vysoko účinné lepidla sa používajú pri konštrukcii lietadiel, automobilov, bicyklov, člnov, golfových palíc, lyží, snowboardov a ďalších aplikáciach, kde je požadovaná vysoká pevnosť spoja. Epoxidové lepidlá môžu byť vyvinuté pre takmer akékoľvek použitie. Môžu lepiť drevo, kov, sklo, kameň a niektoré plasty. Môžu byť flexibilné alebo tuhé, priehľadné alebo nepriehľadné, farebné, rýchlo alebo pomaly tuhnúce. Epoxidové lepidlá majú vyššiu chemickú a tepelnú odolnosť ako ostatné bežné lepidlá. Sila epoxidových lepidiel sa znižuje až pri teplotách nad 177 °C (350 °F).

Niektoré epoxidové živice tvrdnú po vystavení ultrafialovému svetlu. Tieto sú bežne používané v optike a optoelektronike.

Priemyselné nástroje a kompozity

Epoxidové systémy sa používajú v priemyselných aplikáciách pri výrobe foriem, základných („master“) modelov, laminátov, príslušenstva a ďalších priemyselných výrobných pomôcok. Tieto „plastové nástroje“ nahrádzajú kov, drevo a iné tradičné materiály a celkovo zlepšujú efektivitu; buď znižujú celkové náklady alebo skracujú čas pre mnoho priemyselných procesov. Epoxidy sa tiež používajú pri výrobe kompozitných dielov. Sú drahšie ako polyesterové alebo vinylové živice, ale obvykle produkujú silnejšie a teplotne odolnejšie kompozitné diely.

Elektrické systémy a elektronika

Epoxidom zapuzdrený hybridný obvod na doske plošných spojov.

Vnútro vreckovej kalkulačky. Tmavý kus epoxidu v strede pokrýva čip procesora

Epoxidové živice sú dôležité v elektronickom priemysle, a uplatňujú sa v motoroch, generátoroch, transformátoroch, rozvádzačoch, objímkach a izolátoroch. Epoxidové živice sú vynikajúce elektrické izolátory a chránia elektrické komponenty pred skratom, prachom a vlhkosťou. V elektronike sa primárne používajú v kombinovaných integrovaných obvodoch, tranzistoroch, hybridných obvodoch a plošných spojoch. Epoxidové živice sa používajú na spájanie medených fólií pri výrobe dosiek plošných spojov.

Flexibilné epoxidové živice sa používajú na zalievanie transformátorov a induktorov. Vytvrdený epoxid je elektrický izolátor a oveľa lepší vodič tepla ako vzduch.

Letecký priemysel

V leteckom priemysle sa epoxidové živice používajú ako základový materiál, ktorý je ďalej posilnený vláknami. Typické vlákna sú zo skla, uhlíka, kevlaru a bóru. Epoxidy sú tiež používané ako konštrukčné lepidlo. Drevo a iné ľahké materiály sú lepené epoxidovou živicou.

Biológia

Epoxidy rozpustné vo vode, ako napríklad Durcupan sa bežne používajú na zalievanie vzoriek pre elektrónový mikroskop; tie potom môžu byť rezané na tenké plátky mikrotómom a následne hodnotené.

Umenie

Epoxidové živice zmiešané s pigmentom sa používajú ako forma farby tak, že sa lejú jednotlivé farebné vrstvy na seba a vytvárajú tak konečný obraz.

Priemysel

V 2006 malo odvetvie výroby epoxidov v severnej Amerike obrat viac ako 5, celosvetovo až 15 miliárd USD. Rýchlo rastie najmä čínsky trh, ktorý tvorí už viac ako 30% celosvetového trhu. Tvorí ho približne 50 až 100 výrobcov základných alebo komoditných epoxidových živíc a tvrdidiel.

Títo výrobcovia obvykle nepredávajú epoxidové živice vo forme použiteľnej pre koncových užívateľov, takže tu existuje ďalšia skupina spracovateľov, ktorí nakupujú od hlavných producentov "surové" epoxidy a následne ich upravujú pre rôzne potreby koncových zákazníkov. Väčšinu predávaných epoxidových systémov vyrábajú práve tieto spoločnosti; tvoria pritom cca 60% hodnoty trhu s epoxidmi.

Existujú stovky spôsobov, ako spracovatelia epoxidy modifikujú: pridaním minerálnej výplne (mastenec, oxid kremičitý, oxid hlinitý, atď.), flexibilizátora, redukciou viskozity, pridaním farbív, zahusťovadiel, katalyzátorov, stimulátorov adhézie, atď. Výsledkom sú tisícky produktov s rôznymi vlastnosťami a zložením, ktoré pokrývajú príslušné trhové potreby.

Ovplyvnený globálnou ekonomickou recesiou, aj epoxidový trh v roku 2009 klesol takmer na úroveň roku 2005. Na niektorých regionálnych trhoch došlo k prepadu až o takmer 20 percent. Aktuálne epoxidový trh sleduje dynamiku svetovej ekonomiky a zaznamenáva mierny rast. Očakáva sa, že jeho hodnota dosiahne v roku 2012 17,7 miliardy USD.

Zdravotné riziká

Primárne riziko spojené s použitím epoxidovej živice je senzibilizácia na vytvrdzovadlo, ktorá môže po čase vyústiť do alergickej reakcie. Alergická reakcia sa niekedy objavuje až o niekoľko dní od vystavenia. Použitie epoxidov je hlavnou príčinou astmy u spracovateľov plastov. Bisfenol A, používaný v epoxidových živiciach, je známy endokrinný disruptor.

Zdroj

Tento článok je čiastočný alebo úplný preklad článkov Epoxidová pryskyřice na českej Wikipédii a Epoxy na anglickej Wikipédii.

Chemický portál