Активный разбавитель снижает вязкость эпоксидной смолы, но на этом его влияние не заканчивается. Он сам участвует в реакции отверждения. Поэтому после его введения нужно пересчитать эпоксидный эквивалент смеси и количество отвердителя. Если оставить старую дозировку, система может получить недостаток или избыток отвердителя.
В производственной рецептуре это особенно важно. Технолог может добавить 5, 10 или 20 частей разбавителя, получить удобную вязкость и считать, что соотношение смолы с отвердителем остается прежним. Для реакционного разбавителя такой подход неверен. Правильнее считать количество эпоксидных групп во всей части А, а уже затем определять потребность в отвердителе.
Почему активный разбавитель нужно учитывать в стехиометрии
В активных разбавителях эпоксидных систем есть реакционноспособные группы, чаще всего глицидильные. Они реагируют с отвердителем вместе с эпоксидными группами основной смолы. То есть активный разбавитель является не просто жидкостью для снижения вязкости, а полноценной частью эпоксидной составляющей рецептуры.
Если к 100 г эпоксидной смолы добавить 15 г реакционного разбавителя, в системе появится дополнительное количество эпоксидных эквивалентов. Для их отверждения тоже нужен активный водород аминного отвердителя. Старое соотношение, рассчитанное только на исходную смолу, уже не описывает новую рецептуру.
При этом результат зависит от EEW самого разбавителя. Один продукт может повышать средний эпоксидный эквивалент смеси, другой — понижать. Поэтому правило «добавили разбавитель — всегда добавляем одинаковый процент отвердителя» не работает.
Что такое EEW и почему он нужен для расчета
EEW, или epoxy equivalent weight, показывает массу материала в граммах, которая содержит один эквивалент эпоксидных групп. Чем меньше EEW, тем больше эпоксидных групп приходится на ту же массу продукта. Чем EEW выше, тем меньше реакционноспособных эпоксидных групп в 100 г материала.
Для стандартных жидких эпоксидных смол значение EEW часто находится примерно около 180-200 г/экв, но в реальной рецептуре нужно брать значение из актуального TDS или сертификата конкретной марки и партии. У модифицированных смол, BPF-систем и разбавленных продуктов диапазон может отличаться.
В техническом описании показатель иногда приводят не как EEW, а как содержание эпоксидных групп в эквивалентах на 100 г. Эти величины можно перевести друг в друга. Например, если указано 0,80 экв/100 г, расчетный EEW составляет 100 / 0,80 = 125 г/экв.
Формула EEW для смеси смолы и активного разбавителя
Среднее арифметическое здесь использовать нельзя. Нельзя сложить EEW смолы и разбавителя, а затем разделить на два. Нужно сначала посчитать, сколько эпоксидных эквивалентов внес каждый компонент.
Эпоксидные эквиваленты смеси = m1 / EEW1 + m2 / EEW2 + …
EEW смеси = общая масса эпоксидных компонентов / сумма эпоксидных эквивалентов
Где m1, m2 и далее — масса каждого эпоксидного компонента. EEW1, EEW2 — его эпоксидный эквивалент. В расчет включают исходную смолу, активный разбавитель и любые другие компоненты, которые действительно несут эпоксидные группы.
| Параметр | Что означает |
|---|---|
| m смолы | масса исходной эпоксидной смолы, г |
| EEW смолы | эпоксидный эквивалент исходной смолы, г/экв |
| m разбавителя | масса активного разбавителя, г |
| EEW разбавителя | эпоксидный эквивалент активного разбавителя, г/экв |
| AHEW отвердителя | масса отвердителя, содержащая один эквивалент активного аминного водорода, г/экв |
Пример: 100 г смолы и 15 г активного разбавителя
Возьмем условную рецептуру. Значения нужны для демонстрации метода, а не как готовая рекомендация для конкретной марки.
- эпоксидная смола — 100 г, EEW 190 г/экв;
- активный разбавитель — 15 г, EEW 290 г/экв;
- аминный отвердитель — AHEW 95 г/экв.
Сначала считаем эквиваленты исходной смолы:
100 / 190 = 0,5263 экв
Затем считаем эквиваленты активного разбавителя:
15 / 290 = 0,0517 экв
Суммарно в новой части А:
0,5263 + 0,0517 = 0,5780 экв
Общая масса смолы и разбавителя равна 115 г. Отсюда EEW смеси:
115 / 0,5780 = 198,9 г/экв
Получается важный на первый взгляд парадокс. EEW смеси вырос с 190 до примерно 199 г/экв. Это произошло потому, что у выбранного разбавителя EEW выше, чем у исходной смолы. Но активный разбавитель все равно внес новые эпоксидные группы. Значит, на всю партию отвердителя понадобится больше, чем для исходных 100 г смолы.
Как после этого рассчитать количество аминного отвердителя
Если для отвердителя известен AHEW и производитель допускает стехиометрический расчет по этому показателю, массу отвердителя удобно считать напрямую по сумме эпоксидных эквивалентов.
Масса отвердителя = сумма эпоксидных эквивалентов × AHEW
Для нашего примера:
0,5780 × 95 = 54,9 г отвердителя
До введения разбавителя расчет для 100 г смолы с EEW 190 выглядел бы так: 100 / 190 × 95 = 50,0 г. После добавления 15 г активного разбавителя требуется уже около 54,9 г.
Если оставить прежние 50 г, дефицит составит около 4,9 г отвердителя для этой условной рецептуры. Это почти 9% от расчетной потребности новой смеси. Такой недостаток уже может заметно повлиять на степень отверждения и конечные свойства.
| Показатель | До разбавителя | После 15 г разбавителя |
|---|---|---|
| Масса части А | 100 г | 115 г |
| Сумма эпоксидных эквивалентов | 0,5263 экв | 0,5780 экв |
| EEW эпоксидной части | 190 г/экв | 198,9 г/экв |
| Отвердитель при AHEW 95 | 50,0 г | 54,9 г |
| Отвердитель на 100 г части А | 50,0 г | 47,8 г |
Последняя строка таблицы особенно полезна. В абсолютных граммах на всю партию отвердителя стало больше. Но если пересчитать дозировку на 100 г уже разбавленной части А, число снизилось с 50 до примерно 47,8 г. Именно из-за этой разницы технологи иногда получают противоположные ответы, хотя оба расчета описывают одну и ту же систему.
Почему разные активные разбавители меняют расчет по-разному
Нельзя использовать одну поправку для всех активных разбавителей. У них разная функциональность и разный EEW. Например, AGE C12-14 относится к алкилглицидиловым эфирам и обычно имеет более высокий EEW, чем стандартная жидкая эпоксидная смола. При его введении средний EEW эпоксидной части может увеличиваться.
У 1,4-бутандиол диглицидилового эфира ситуация другая. На странице продукта НК ХИМ указан эпоксидный эквивалент 122-136 г/экв. Это заметно ниже типичных значений многих жидких BPA-смол. При добавлении такого разбавителя средний EEW смеси, наоборот, может уменьшшиться. Тогда на 100 г разбавленной эпоксидной части потребуется больше аминного отвердителя.
Функциональность тоже влияет на свойства сетки. Монофункциональный глицидиловый эфир может снижать плотность сшивки и повышать гибкость, особенно при высокой дозировке. Дифункциональный разбавитель содержит две эпоксидные функции и иначе влияет на структуру полимера. Но для стехиометрического расчета не нужно отдельно умножать результат на функциональность, если в TDS уже указан корректный EEW. Он уже учитывает количество эпоксидных групп на единицу массы.
Не путайте активный и неактивный разбавитель
Реакционный, или активный, разбавитель содержит группы, которые входят в полимерную сетку. Его эпоксидные эквиваленты нужно учитывать при расчете отвердителя.
Неактивный разбавитель не содержит эпоксидных групп и не требует отдельного количества аминного водорода для реакции с эпоксидом. Поэтому включать его массу в сумму эпоксидных эквивалентов нельзя. При этом он все равно меняет концентрацию компонентов, вязкость, скорость испарения, усадку и другие свойства системы.
Перед пересчетом рецептуры стоит проверить химический тип продукта. Само слово «разбавитель» недостаточно. В TDS должны быть понятны функциональность, EEW или содержание эпоксидных групп.
Когда формулы EEW и AHEW недостаточно
Стехиометрический расчет хорошо работает как основа для систем, где известны реальные EEW эпоксидной части и AHEW аминного компонента. Но коммерческий отвердитель часто представляет собой не чистый амин. Это может быть аддукт, основание Манниха или многокомпонентная композиция с ускоряющими и модифицирующими веществами.
Для таких продуктов приоритет имеет рекомендованное производителем соотношение смешения. В TDS может быть указан диапазон, например 45-55 частей отвердителя на 100 частей смолы определенного EEW. Менять эту дозировку только по теоретической формуле без проверки не стоит.
Если в рецептуре используются готовые холодные отвердители эпоксидных систем, лучше сначала уточнить, на какой EEW эпоксидной смолы рассчитано рекомендованное соотношение. После замены смолы или введения активного разбавителя новый состав желательно подтвердить лабораторной пробой.
Как пересчитать рецептуру без ошибки: рабочий алгоритм
- Запишите массу каждого эпоксидного компонента. Отдельно укажите основную смолу, активный разбавитель и другие реакционноспособные эпоксидные модификаторы.
- Возьмите EEW каждого компонента из актуального TDS или сертификата. Если указан диапазон, для точной производственной рецептуры лучше использовать фактическое значение партии, когда оно доступно.
- Для каждого компонента разделите массу на EEW. Так вы получите количество эпоксидных эквивалентов.
- Сложите эквиваленты всех компонентов части А.
- Если нужен общий EEW смеси, разделите суммарную массу эпоксидных компонентов на сумму их эквивалентов.
- Рассчитайте теоретическую массу аминного отвердителя через AHEW или пересчитайте рекомендованное соотношение по методике производителя.
- Сделайте контрольный замес. Проверьте pot life, время отверждения, твердость, липкость поверхности, адгезию и другие критичные для продукта свойства.
- Зафиксируйте новую рецептуру в граммах или массовых частях. Не оставляйте в производственной инструкции старое соотношение после изменения состава части А.
Ошибки, которые чаще всего приводят к недоотверждению
- Добавить активный разбавитель и оставить прежнюю массу отвердителя без расчета.
- Считать EEW смеси как среднее арифметическое EEW двух продуктов.
- Использовать массовый процент разбавителя вместо его реального EEW.
- Перепутать реакционный разбавитель с неактивным и включить в расчет компонент без эпоксидных групп.
- Брать EEW из чужого примера, а не из TDS своей марки.
- Считать, что больше отвердителя автоматически ускорит или улучшит отверждение. Избыток тоже нарушает стехиометрию.
- Пересчитать граммы правильно, но дозировать компоненты неточно на производстве.
- Оценивать результат только по тому, что поверхность стала твердой. Недостаток отвердителя может проявиться позже через снижение химстойкости, теплостойкости или механических характеристик.
Даже правильно рассчитанное соотношение можно испортить плохим смешиванием. Отдельно стоит проверить ошибки при смешивании эпоксидной смолы и отвердителя, особенно если после изменения рецептуры появились мягкие участки или неодинаковая твердость.
Что проверять после пересчета
Правильная стехиометрия — обязательная основа, но она не гарантирует, что новая рецептура полностью повторит старую по свойствам. Активный разбавитель влияет не только на количество отвердителя.
- вязкость и растекаемость смеси;
- время жизни после смешивания;
- скорость набора твердости;
- экзотермию в массиве;
- прочность и модуль;
- ударную вязкость и гибкость;
- температуру стеклования;
- водо- и химическую стойкость;
- усадку и качество поверхности.
Поэтому после увеличения доли разбавителя лучше не ограничиваться визуальной оценкой. Особенно это важно для наливных полов, клеев, компаундов, антикоррозионных покрытий и композитов, где изменение плотности сшивки напрямую влияет на эксплуатацию.
Как НК ХИМ поможет с подбором активного разбавителя и пересчетом системы
При замене разбавителя или корректировке его дозировки важно смотреть на всю эпоксидную систему. Один продукт может дать сильное снижение вязкости при небольшом вводе, но заметно изменить EEW. Другой потребует большей дозировки, зато по-другому повлияет на плотность сшивки и свойства готового материала.
НК ХИМ поставляет химическое сырье для композитных, лакокрасочных, строительных и промышленных производств. В ассортименте есть эпоксидные смолы, активные разбавители и отвердители. При подборе можно сопоставить исходный EEW смолы, тип разбавителя, его эпоксидный эквивалент, требуемую вязкость и параметры отверждения.
Для проработки новой рецептуры полезно заранее предоставить текущую марку смолы, ее EEW, используемый отвердитель и его AHEW или рекомендованную дозировку, а также планируемый процент разбавителя. Это позволяет быстрее понять, как изменится баланс эквивалентов и какое соотношение компонентов стоит проверить на образце.
Если после введения активного разбавителя оставить дозировку «как раньше», результат может выглядеть нормальным в первые часы, но не набрать расчетные свойства. Надежнее пересчитать эпоксидные эквиваленты до пробного замеса, а затем подтвердить новую рецептуру испытаниями в реальных условиях производства.