Termoreaktiivid (0)

TALLINNA TEHNIKAKÕRGKOOL
ESSE
Termoreaktiivid
Õppeaines: Tehomaterjalid
Materjalitehnika keskus
Õpperühm: MI-21b
Üliõpilane: Rainer Näär
Kontrollis : lektor A. Koitmäe
Tallinn 2011
Termoreaktiivid
Epoksuplast (EP)
Klaasplastist tooted
Aminoplastid (UF, MF)
Liimaine , melamiin
Fenoplast (PF) jt.
Liimaine, kaepidemed (potid, pannid )
Termoreaktiivid on polümeerid, mis ei sula kuumutamisel. Nende ahelad on reeglina tugevalt ristseotud, takistades omavahelisi nihkeid ning moodustades termiliselt väga stabiilse võrgustiku. Ristsidumine saavutatakse prepolumeeride (polümeriseeritud kuid ristsidumata materjal) järelreaktsioonides detailide/materjalide vormimisel. Järelreaktsiooni võib käivitada kas keemiline reaktsioon, temperatuur, rõhk või kiirgus.
Olulisemateks termoreaktiivideks nii ajaloolises kui tööstusliku tootmise mõttes oleksid ennekõike fenool -, amino-, epoksiid - ja polüestervaigun ning termoreaktiivsed polüretaanplastid.

• Fenoolvaigud
  

Fenoolvaikusid saadakse kondensatsiooniprotsessis formaldehüüdi reageerimisel fenooliga (karboolhape – väga mürgine). Hästi kontrollitud ja juhitud polümerisatsioonireaktsiooni on võimalik peatada kui polümeer on veel vedel ning lahustis lahustuv ja sulav, saades nn. prepolümeeri (fenoolvaikude korral kutsutakse seda resooliks). Resooli on võimalik hiljem kuumutamise või mõne katalüsaatori lisamisel ristsiduda tahkeks materjaliks .
Fenoolvaikude omadused sõltuvad tugevasti modifikaatoitest (täiteainetest jt), kuid üldiselt on nad hea keemilise ja termilise stabiilsus, suure tulekindluse (tulekindlus avaldub ennekõike nende söestumises, moodustades materjali pinnale kaitsva karboniseerinud kihi, miks vaikselt lagunedes kaitseb alumise materjali kihte), dielektrilise tugevuse, madala veeimavuse ja hea dimensinaalse püsivusega. Nende kasutamise peamiseks puuduseks on nende tume värv (kas must või tumepruun), vormimist piirav kõrge rõhu kasutamise nõue ning mõneti teistele uuematele polümeeridele alla jäävad mehaanilised omadused. Kasutatakse vineeri tootmiseks (adhesioonmaterjalina spoonikihtide liimimiseks), täiteainete/ armatuuri immutamiseks (paber, riie , puit jt.). Fenoolvaiguga immutatud tekstiile tuntakse nime „tekstoliit” järgi, valmistatakse näiteks elektroonikaseadmetes kasutavaid trükiplaate. Fenoolvaigu ja paberi komposiiti tuntakse kui „Getinax”, kasutatakse isolaatorplaaisolaatorplaatide valmistamiseks (kasutusel elektriseadmetes). Fenoolvaikusid kasutatakse tihti tulenevalt nende väga headest siduvusomadustest erinevate abrasiivmaterjalide tootmiseks (näiteks liivapaber, lihvimiskettad, piduriklotsid).
Tuntumaiks fenoolvaikudel baseeruvaks materjaliks on bakeliit , mis töötati välja 1907.a. Belgia keemiku Leo Baekelandi poolt (koosneb fenoolvaigust ja puidupulbrist). Bakeliiti kasutatakse väga mitmesuguste toodete valmistamiseks: on kasutusel elektriseadmetes (näiteks lülitite korpused , autode jagajate rootorid, jagajakaaned), mehaanilistes ülekannetes (hammasrattad, vanemates automootorites kasutati bakeliithammasrattaid väändemomendi ülekandmiseks nukkvõllile). Samuti ka erinevaid teisi tooteid: nööbid, piljardikuulid, käepidemed, puhkpillide huulikud, malendid, täringud jt.
Omadused
PF
ρ, kg/m3
1250...1300
Rm, MPa
35...55
E, GPa
165
A, %
5,2...7

• Aminovaigud
  

Amonivaikude perekonna moodustavad uurea -formaldehüüdid ja melamiin-formaldehüüdid. Kirjanduses käsitletakse neid polümeere reeglina paaris kuna on tootmismeetoditelt ning kasutusvaldkondadelt sarnased. Antud alapunkti raames vaatleme aga siiski vaid melamiini (MF, melamiin formaldehüüd) kuna selle mehaanilised ning keemilised omadused on uurea-formaldehüüdidest mõnevõrra paremad (suurem kõvadus, niiskus- ja temperatuurikindlus ) ning seetõttu leidnud laialdasemalt kasutust .
Melamiin on sarnaselt fenoolvaikudega olnud kasutusel juba väga pikka aega. Nende eelis bakeliidi või teiste fenoolvaikudel baseeruvate materjalide ees on parem läbipaistvus, mistõttu on võimalik toota mõneti dekoratiivsemaid, pool-läbipaistvaid, kergelt toonitud, pastelsete toonidega tooteid. Kui jätkata võrdlust veel fenoolvaikudega, siis nende tõmbe- ja löögitugevus ja temperatuurikindlus on mõneti väiksemad. Kuigi melamiini korral on tegemist termoreaktiiviga, degradeerub ta kõrgel temperatuuril küllaltki kergesti ning seega ei ole neid soovitav kasutada kõrget temperatuurikindlust nõudvat rakendustes.
Suuremat enamust toodetavatest melamiinist kasutatakse ehitusmaterjalide tootmiseks. Neid kasutatakse ulatuslikult adhesioonmaterjalina vineeri ning erinevate saepuru- ja puitlasst plaatide tootmiseks, laminaatparkettide, puidukilpide (lauaplaadid, köökide tööpinnad jms) jms toomiseks. Sellest toodetakse veel ka toidunõusid (olid revolutsioonilised 1950- ja 1960-ndatel) , valgeid markeritahvleid, nööpe jms ning kasutatakse ka kõrgläiget andvate värvide koostises (autovärvid).
Omadused
UF tselluloosi täitega
MF tselluloosi täitega
ρ, kg/m3
1500...1600
1500...1600
Rm, MPa
40...90
41...70
E, GPa
175...315
280...330
A, %
7...10
7...11
Loogisitkus, J/m2
0,5...1,0
0,5...1,0

• Epoksiidvaigud
  

Epoksiidvaigud on põhimõtteliselt polüeetrid kuid oma nime saavad nad lähtematerjalilt, mis enne ristsidumist sisaldab epoksiidrühmasid. Nad on praegusel hetkel kasutusel olevatest termoreaktiividest väljapaistvalt kõige paremate omadustega, olles hea läbipaistvuse, väga suure tõmbe- ning survetugevusega, väga kõvad, sitked, keemliselt ülimalt vastupidavad, väikse kahanemise ning suure adhesiooniga polümeerid, mis teeb neist suurepärase materjali kasutamiseks nii pinnakatte-, adhesiooni- kui komposiitmaterjalide tootmiseks. Nende peamiseks puuduseks on vähene UV kindlus , mistõttu kaotavad nad väliskeskkonnas kiiresti oma omadusi, ennekõike läbipaistvuse.

• Termoreaktiivsed polüestervaigud
  

Polüestreid on võimalik toota nii küllastatud kui küllastamata kujul, andes vastavalt kas termoreaktiivseid või termoplastseid polümeere.
Termoreaktiivsed polüestervaigud saadakse ftaalhappe anhüdriidi ja küllastamata maleiinhappe anhüdriidi kopolükondensatsiooni dialkoholiga. Saadakse heade mehaaniliste omadustega läbipaistvad polümeerid, omades suurt dimensionaalset püsivust ja ilmastikukindlust. Tulenevalt polüstervaikude madalast viskoosusest (saab toot väga keeruka kujuga tooteid, märgavad hästi armatuuri), hinnast, lihtsast vaikude käsitlemist (toatemperatuuril lõpuni kulgeva rissidumisprotsess, vähest täpsust nõudev initsieerimine) ning heast degardatsioonikndlusest on nad väga laialt levinud maatriksmaterjlina klaaskomposiit materjalides (valmistatakse näiteks erinevaid auto- ning lennukitööstuse detaile, paate, vanne , basseine, kohvreid, kärukatteid, lumelaudasid jms). Neist toodetake veel ka kõrgläikega värve (autovärvid, muusikariistade värvid ja lakk -katted jms), immutatakse puitu ilmastikukindluse andmiseks jms.

• Ristseotud polüuretaanid
  

Ristseotud polüuretaane toodetakse sarnaselt eelnevalt kirjeldatud termoplastsete polüuretaanidega. Termoreaktiivsed polüureaanid on reeglina kasutusel peamiselt pehmete või kõvade vahtude tootmiseks (olenevalt ristsidumisastmest).
Pehmeid vahtusid toodetakse polstrite (istmepolstrid, diivanid, toolid , jms), mänguasjade, patjade, pesukäsnade jms valmistamiseks (tuntud samuti kui kõik teised elastsed vahud nimega „ poroloon ”). Tihedamat ja jäigemat PUR vahtu kasutatakse soojusisolatsiooniks, löögisummutin (näiteks kiivrite voodrid, pakendid), komposiitmaterjalide jäikuse andmiseks vahekihina.
Jäikasid vahtusid kasutatakse jäikade, ent kergete konstruktsioonimaterjalide valmistamiseks. Nad on sarnaselt teiste polüuretanidega vastupidavad õlidele ning teistele kemikaalidele. Jäiga vahuna omavad nad suletud vahustuktuuri (suletud boorid, graanulid ), mis teeb neist suurepärase materjali kasutamaks komposiitmaterjalide koostamiseks, valmistamiseks. PUR vahtudega distantseeritakse kõvad ning sitked materjli pinnakihid, saavutades märgatava materjali jäikuse kasvu.

• Alküüdvaigud
  

Alküüdid on põhimõtteliselt polüestrid, mida on modifitseeritud karboksüülhapetega. Neid kasutatakse peamiselt värvide tootmiseks, andes väga kõva, kulumiskindla ent halva löögitugevuse ja vähese elastsusega pinnakatte. Värvide kuivamine tooimub kas vaid lahusti aurumisel või õlide vabaradikaalse ristsidumisel (tuntud sellisel juhul kui õlivärvid).

• Polüorgaanosiloksaanid
  

Need on pool-orgaanilised polümeeird, mille peaahel ei koosne erinevalt teistest polümeeridest, mida me oleme juba varasemalt vaadelnud, peamiselt süsinikust ja vesinikust (mõningate lisanditega), vaid siliitsiumist (Si) ja hapnikust (O), millega on liidetud orgaanilised funktsinaalsed rühmad (reeglina kaks metüül- etüül- või fenüülrühma liidetud iga Si aatomiga) [R2SiO]n. Need orgaanilised külgrühmad (funktsinaalsete rühmadega) võivad moodustada sidemeid ka kõrvalahela Si’ga, mille tulemusena tekib ristseotud võrgustik. Seega manipuleerides ahela pikkuse (molaarmassi) kõrvalrühmade, nende arvuga, on võimalik toota väga erinevate omadustega polüsiloksaane (tuntud kui silikoonid). Polüorgaanosilioksaane on võimalik toota vedelatest kuni tahkete j kõvadeni, olles kasutuses alates jahutuvedelikest ja määretest, voolikuteni ning pajakinnasteni. Oma omaduselt on nad kõik väga stabiilsed ja inertsed, hea temperatuurikindluse (kuni 260ºC), vastupidavad kemikaalide, UV kiirguse ja osooni mõjule (mistõttu laialdaselt kasutuses välitingimustes)., vett tõrjuvad ning mittetoksilised materjalid.
Nagu mainitud, kasutatakse neid alated määrdeainetest (silikoonõlid), vahuärististest (ei lase vedelikel vahutada), geelide (silikoongeele kasutatakse rindade implantaatides), elastomeeride (kasutatakse tihendites, voolikutes, elektrijuhtme isolatsioonides, köögitarvikutes), vormimaterjali (kasutatakse sageli teiste polümeeride, kipsi, savi vms vormimaterjalina) ekstrusioonmaterjalina (näiteks mänguasjd) ning plastideni (kasutatakse värvidena jt pinnakatetena).

• Looduslik kautšuk
  

Loodusliku kautšuki, kummi saadakse mõningate puude (Hevea brasiliensis, Palaquium gutta jt.) mahlast. Puhastatud kujul koosneb see materjal polüisopreenist, puu mahlana (kummilateksina) on temas aga hulgaliselt erinevaid lisandeid (umbes 70%-80%), mistõttu loodusliku kummi (NR) valmistamiseks tuleb seda tugevalt puhastada , kontsentreerida, kuivatada ning modifitseerida.
Ristsidumata, vulaniseerimata kujul on NR väga elastne kuid pehme materjal (valmistatakse näiteks kustutuskumme, immutatakse kangast ). Harjumuspärane tugevus ja kulumiskindlus antakse NR’le ristsidumisel, modifitseerides kautšukki kuumutamisel väikese koguse väävliga. NR’i puhul on oluline välja tuua nende väga väike ilmastikukindlus. Nad degradeeruvad väga kergesti UV kiirguse ja osooni mõjul, mistõttu NR kumme tuleb kaitsta erinevate lisanditega plasti koostises. Olenevalt ristsiduvusastmesr võib neid toota väga pehmetest ja elastsetest jäikade ning kõvadeni.
Valmistatakse kummikindaid, õhupalle, kummikuid, voolikuid, jalgrattakumme, adhesioonmaterjale (kummiliim), pinnakattemarjale (lateksvärvid) ning valmistatakse kiudu (elastse kangaste koostises) jms.

• Pulbervärvid
  

Pulbervärvid e. termoreaktiivid on värvid, mis ahjus kuumutamisel tekkinud keemilise reaktsiooni tulemusel annavad mehhaaniliselt tugeva ja vastupidava kelme. Pulbervärve liigitatakse vastavalt nende omadustele gruppidesse :
1. Epoxy ( sisetingimustesse, löögitugevusele rajatud)
2. Epoxy-polüester ( interjööri elemendid)
3. Polüesterid ( ilmastikukindlad, välitingimustesse)
4. Polüuretaanid ( eriti rasketesse ilmastikutingimustesse mõeldud detailid)
Epoxy , Interpon 100 sari: Interpon 100 kujutab endast pulbervärvide seeriat epoksiidvaigu baasil, mis on ettenähtud toodete ja nende komponentide varustamiseks optimaalse mehhaanilise vastupidavusega ja suurepäraste kaitseomadustega tingimustes kus pole ette näha kestvat allutamist UV-kiirgusele ja ilmastikumõjudele.
Epoxy-polüester Interpon 700 sari: Interpon 700 kujutab endast pulbervärvide seeriat epoksiidvaigu/ hübriidpolüestrite baasil, mis omavad parimat värvuspüsivust, kuumakindlust ja vastupidavust UV-kiirguse suhtes võrreldes puhta epoksiidvaigu baasil toodetava Interpon 100 seeriaga.
Polüester Interpon TC sari: Interpon TC on üks enimkasutatavaid, polüestril põhinev TGIC-d* mittesisaldav pulbervärvide sari. TC on suure vastupidavusega ilmastikutingimuste ja valguse suhtes.
Arhitektuurkvaliteediga polüestrid Interpon D94 ja Interpon D36: Interpon D94 (Interpon D94 HR Gloss ) on polüestervärv millele on veelgi lisatud aineid ilmastikukindluse saavutamiseks ja kujutab endast pulbervärvide seeriat alumiiniumkonstruktsioonide ja tsingitud terase katmiseks. Rikkalikus värvigammas pakutav Interpon D94 ei sisalda TGIC. Ühe osana fassaadi pulbervärvide seeriast, omab Interpon D94 suurepärast ilmastikuolude taluvust ja värvipüsivust ning vastab kõigile põhilistele konstruktsiooniliste katete Euroopa standarditele. Kõik Interpon D94 värvid vastavad täielikult normidele BS6496:1984, BS6497:1984, Qualicoat Class 1 ja GSB.
Interpon D36 vastab samuti kõigile eelnimetatud nõuetele ning on saadaval suures valikus ka madala läikeastmega ( 30% ).
Tsinki sisaldav alusvärv PZ 770 e. tsinkkrunt: Pulbertsink PZ 770/polyzink on uut tüüpi tsingi pulbrist alusvärv ( krunt ) mida on testitud mitmeis maailma paikades s.h. Rootsis.Toode PZ 770 on ettenähtud teraspindade kaitseks , et seda protsessi näiteks kuumtöötlusega võrreldes kiirendada. Seetõttu toimub ühes ja samas töökojas samade seadmetega värvimine kui ka tsingi pulbri pealekandmine . Rootsis läbiviidud katsetel tehti kindlaks, et PZ 770 võib võrrelda terase töötlusega kuumtsinkimis meetodil. Siiski tuleb meeles pidada, et PZ 770 nõuab alati oma pinnakatteks toonitud pulbervärvi. Katsetel tõestati ka, et PZ 770 on märgatavalt parem kui tsinkfosfaadi plaat mis oli pinnatud märja alusvärviga ja mille pealisvärviks oli polüesterpulbervärv. Kõikides Rootsis tehtud katsetes kasutati VCE ( Volvo Construction Equipment - Volvo konstruktsioonivahendid ) poolt heaks kiidetud 12 688 tüüpi Interpon polüesterpulbervärvi.
Tööks pulbervärvidega kasutatakse RAL ja NCS värvikaarte, neist enimlevinud on RAL.
Lisaks on olemas eriefekt värvid, pulberlakk, struktuursed värvid, kuumuskindlad värvid ( kuni 380 kraadi ) jne.
*TGIC-free: Keskkonnasõbralik ning tervisele ohutu raskemetallivaba pulbervärv.