¿Cuáles son las resinas epoxi comúnmente utilizadas para recubrimientos en polvo?
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La resina epoxi es una de las materias primas más comunes para los recubrimientos en polvo. Sin embargo, la composición de los recubrimientos en polvo de resina epoxi varía mucho según el escenario de aplicación y el público objetivo. La resina epoxi generalmente se refiere a una sustancia que contiene resinas termoplásticas a base de α-metilepoxietano que pueden formar polímeros termoendurecibles que no se funden ni se funden mediante reticulación química. Químicamente hablando, la resina epoxi se refiere a un tipo de sustancia que contiene dos o más grupos epoxi en el extremo molecular, entre estructuras circulares u otras posiciones intermedias, y también puede generar sólidos termoendurecibles mediante reticulación química. En este artículo, compartiré contigo seis tipos comunes de resinas epoxi que se utilizan en el campo de los recubrimientos en polvo.
La resina epoxi de tipo bisfenol A se obtiene por polimerización de bisfenol A y epiclorhidrina. Dependiendo del método de síntesis, existen dos métodos: de un paso y de dos pasos.
El valor de epoxi, el punto de ablandamiento, el cloro orgánico y el cloro inorgánico son indicadores importantes para evaluar el rendimiento de las resinas epoxi. La estructura del bisfenol A tiene un excelente rendimiento anticorrosivo, estabilidad térmica y un cierto grado de rigidez, lo que la hace conveniente para el almacenamiento y la molienda de polvos.
Los enlaces de éter tienen una excelente flexibilidad y resistencia a la hidrólisis, los grupos hidroxilo mejoran la adhesión entre recubrimientos y sustratos, y los grupos epoxi proporcionan grupos de reticulación de curado.
N es el número de unidades repetidas. Cuanto mayor sea el valor de n, mayor será el modelo de resina epoxi, más larga la cadena molecular, mayor el peso molecular, mayor la viscosidad, menor el valor de epoxi, mayor el equivalente de epoxi y mejor la flexibilidad.
La resina epoxi de bisfenol A contiene una gran cantidad de anillos de benceno y tiene poca resistencia a la intemperie. El recubrimiento de polvo epoxi elaborado con ella no se puede utilizar en exteriores.
Reemplace el anillo de benceno en la resina epoxi con un anillo saturado de seis miembros, que se llama resina epoxi de bisfenol A hidrogenada. La estructura molecular de la resina epoxi de bisfenol A hidrogenada se muestra en la Figura 2, donde R2 y R3 representan grupos metilo.
La resina epoxi de bisfenol A hidrogenada no solo tiene las ventajas de la resina epoxi de bisfenol A, sino que también tiene una excelente resistencia a la intemperie. Las propiedades físicas y mecánicas del recubrimiento formado después del curado con resina epoxi de bisfenol A hidrogenada permanecen básicamente sin cambios después de 1000 horas de envejecimiento, y su resistencia a la intemperie mejora en comparación con la resina epoxi de tipo bisfenol A.
La funcionalidad de la resina epoxi de bisfenol A es 2 y la densidad de reticulación del recubrimiento es baja, lo que da como resultado una resistencia al calor y a la corrosión deficientes. La resina epoxi multifuncional tiene un grado funcional superior a 2, lo que da como resultado una alta densidad de reticulación y un buen rendimiento anticorrosión de la película curada. El grado funcional de las resinas epoxi multifuncionales de uso común en recubrimientos en polvo es 4, como la resina epoxi de tetrafeniletano.
La resina epoxi de tetrafeniletano, también conocida como tetrafeniletano tetraglicidil éter (t-PGEE), es una resina epoxi de tipo fenólico. Se produce mediante la reacción de fenol y glioxal en presencia de un catalizador ácido, y luego se hace reaccionar con epiclorhidrina en presencia de hidróxido de sodio para producir tetrafeniletano.
La resina epoxi de tetrafeniletano es un sólido a temperatura ambiente, con un punto de ablandamiento de 75-80 ℃ y un valor epoxi de 0,45-0,50 mol/100 g.
Las barras de acero que se utilizan en proyectos a gran escala, como ferrocarriles de alta velocidad y puentes marítimos, deben rociarse con un revestimiento de polvo epoxi para mejorar su rendimiento anticorrosión. Las tuberías de transmisión de petróleo y gas natural también deben rociarse con un revestimiento de polvo epoxi para prolongar su vida útil.
Las barras de acero deben doblarse a bajas temperaturas y el revestimiento no debe mostrar grietas; el revestimiento de flexión de las tuberías de petróleo a -30 ℃ no tiene grietas, lo que plantea altos requisitos para la flexibilidad del revestimiento. La resina epoxi de bisfenol A común es difícil de cumplir con estos requisitos.
Por lo tanto, es necesario endurecer y modificar la resina epoxi común. Surgió la resina epoxi modificada con caucho de nitrilo. Al unir las moléculas de caucho en resina epoxi y luego reaccionar con agentes de curado, los segmentos de caucho de nitrilo se integran en las cadenas de polímero del revestimiento. Debido a la fuerte flexibilidad del caucho de nitrilo, forma una estructura de «isla marina» con las cadenas rígidas de resina epoxi, mejorando eficazmente la flexibilidad del recubrimiento y evitando el agrietamiento durante el doblado a baja temperatura.
La energía de enlace Si-O es muy alta, 106 kcal/mol; además, los enlaces Si-O son propensos a la rotación y las cadenas moleculares de polímero que contienen enlaces Si-O están muy curvadas, exhibiendo una fuerte flexibilidad.
Por lo tanto, la introducción de enlaces Si-O en resina epoxi no solo puede mejorar la flexibilidad del recubrimiento, sino también mejorar la resistencia al calor del recubrimiento.
El polisiloxano obtenido a partir de cuatro tipos de monómeros de organosilicio, a saber, metil, fenil, hidroxi y etoxi polisiloxano, experimenta una reacción de injerto con resina epoxi bajo la acción de un catalizador. Después de la modificación, la Tg del recubrimiento aumenta en 92 ℃, y la Ti (temperatura inicial de descomposición térmica) y Tox (temperatura máxima de descomposición térmica) aumentan en aproximadamente 30 ℃, mejorando en gran medida la resistencia al calor del recubrimiento.
La introducción de enlaces Si-O en resinas epoxi multifuncionales no solo proporciona una alta densidad de reticulación y una gran resistencia a la corrosión, sino también la flexibilidad y la resistencia al calor proporcionadas por los enlaces Si-O, lo que da como resultado un rendimiento general superior.
La resina epoxi con temperatura de transición vítrea (Tg) de película alta se refiere a un tipo de resina epoxi con una temperatura de transición vítrea (Tg) alta del recubrimiento curado, generalmente con una Tg de recubrimiento ≥ 120 ℃.
El recubrimiento en polvo epoxi de tipo bisfenol A común tiene una Tg <120 ℃ y no puede transportar petróleo y gas a alta temperatura. La resina epoxi con Tg de película alta es la solución a este problema. La estructura se muestra en la Figura 6 y el sustituyente puede ser halógeno o anillo de benceno.
En la resina epoxi de tipo bisfenol A común, el sustituyente es H o CH3, el impedimento estérico es pequeño, los segmentos de la cadena de recubrimiento son fáciles de mover y la Tg de recubrimiento es baja. Los sustituyentes en la resina epoxi con Tg de película alta son halógenos o anillos de benceno, que tienen un impedimento estérico alto y un movimiento difícil del segmento de la cadena. Después del curado, la Tg del recubrimiento puede alcanzar los 160 ℃, ampliando el rango de aplicación de los recubrimientos de polvo epoxi.
Otra forma de preparar resina epoxi con Tg de película alta es reemplazar la estructura de éter de glicerol en la resina epoxi de tipo bisfenol A común con una estructura de éter de hidroxilo, éter de cetona o anillo rígido.
La resina epoxi de tipo bisfenol A común contiene una estructura de éter de glicerol, que mejora la flexibilidad de la resina epoxi y también reduce la Tg del recubrimiento.
Reemplazar la estructura de éter de glicerol en la resina epoxi común con una estructura de éter de hidroxilo, éter de cetona o anillo rígido aumenta la rigidez de la cadena principal molecular, dificultando el movimiento de los segmentos de la cadena molecular, mejorando así en gran medida la Tg del recubrimiento. La Tg de este recubrimiento curado con resina puede alcanzar más de 180 ℃.
La resina epoxi de tipo bisfenol S también puede aumentar la Tg del recubrimiento. Debido a las interacciones entre los grupos sulfona y los enlaces de hidrógeno formados entre los grupos sulfona y los grupos hidroxilo en la resina epoxi de tipo bisfenol S, se restringe el deslizamiento intermolecular, lo que aumenta la Tg de la película de recubrimiento.
La resina epoxi de tipo bisfenol S también tiene una excelente resistencia al calor, y la temperatura de deformación en caliente es 60 y 70 ℃ más alta que la de la resina epoxi de tipo bisfenol A. La estructura de la resina epoxi de tipo bisfenol S se muestra en la Figura 7.
La resina epoxi es una resina termoplástica multifuncional que forma polímeros termoendurecibles a través de la reticulación química y se usa ampliamente en los campos de la anticorrosión, el aislamiento, la resistencia al calor y la decoración. Sus características incluyen una excelente resistencia a la corrosión, aislamiento, resistencia al calor y flexibilidad. La resina epoxi de bisfenol A es un tipo común, que se fabrica a través de métodos de síntesis específicos y tiene buenas propiedades anticorrosión y estabilidad térmica. Además, también existe la resina epoxi de bisfenol A hidrogenada, conocida por su excelente resistencia a la intemperie. Las resinas epoxi multifuncionales se usan comúnmente en recubrimientos en polvo debido a su alta densidad de reticulación y propiedades anticorrosión. La resina epoxi modificada con caucho de nitrilo y la resina epoxi modificada con silicona respectivamente brindan flexibilidad adicional y resistencia al calor, lo que las hace adecuadas para aplicaciones industriales específicas. La resina epoxi de alta temperatura de transición vítrea (Tg) de película puede soportar temperaturas más altas debido a su alto valor de Tg, lo que amplía el rango de aplicación de la resina epoxi. La diversidad y las características de estas resinas las hacen muy importantes y prácticas en muchos campos.
Erik
Doctor en Ingeniería Química, experto en el campo de los recubrimientos en polvo, con más de 20 años de experiencia profesional en la investigación y aplicación de recubrimientos en polvo
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