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Resina Epóxi – O que é? Qual a sua história?

Epóxi se refere a qualquer um dos componentes básicos ou produtos finais curados de resinas epóxi, bem como um nome coloquial para o grupo funcional epóxido.

As resinas epóxi, também conhecidas como poliepóxidos, são uma classe de pré-polímeros e polímeros reativos que contêm grupos epóxidos.

As resinas epóxi podem ser reagidas (reticuladas) com elas mesmas através da homopolimerização catalítica ou com uma ampla gama de co-reagentes, incluindo aminas polifuncionais, ácidos (e anidridos ácidos), fenóis, álcoois e tióis (geralmente chamados de mercaptanos). Esses co-reagentes são freqüentemente referidos como endurecedores ou curativos, e a reação de reticulação é comumente referida como cura.

A reação dos poliepóxidos com eles próprios ou com endurecedores polifuncionais forma um polímero termoendurecível, geralmente com propriedades mecânicas favoráveis ​​e alta resistência térmica e química. O epóxi tem uma ampla gama de aplicações, incluindo revestimentos de metal, uso em componentes eletrônicos / elétricos / LEDs, isoladores elétricos de alta tensão, fabricação de pincéis, materiais plásticos reforçados com fibra e adesivos para fins estruturais e outros.

História

A condensação de epóxidos e aminas foi relatada e patenteada pela primeira vez por Paul Schlack da Alemanha em 1934. As alegações de descoberta de resinas epóxi à base de bisfenol-A incluem Pierre Castan em 1943. O trabalho de Castan foi licenciado pela Ciba, Ltd. da Suíça, que passou a se tornar um dos três maiores produtores de resina epóxi em todo o mundo. O negócio de epóxi da Ciba foi desmembrado como Vantico no final da década de 1990, que foi posteriormente vendido em 2003 e se tornou a unidade de negócios de Materiais Avançados da Huntsman Corporation dos Estados Unidos. Em 1946, Sylvan Greenlee, trabalhando para a Devoe & Raynolds Company, patenteou uma resina derivada de bisfenol-A e epicloridrina.  Devoe & Raynolds, que atuava nos primeiros dias da indústria de resina epóxi, foi vendida para a Shell Chemical ; a divisão envolvida neste trabalho acabou sendo vendida e, por meio de uma série de outras transações corporativas, agora faz parte da Hexion Inc ..

Química

A maioria dos monômeros de epóxi comercialmente usados ​​é produzida pela reação de um composto com grupos hidroxi ácidos e epicloridrina . Primeiro, um grupo hidroxi reage em uma reação de acoplamento com epicloridrina, seguido por desidrohalogenação . As resinas epóxi produzidas a partir de tais monômeros epóxi são chamadas de resinas epóxi à base de glicidila . O grupo hidroxilo pode ser derivado de dióis alifáticos , polióis (poliéter polióis), compostos fenólicos ou ácidos dicarboxílicos . Os fenóis podem ser compostos como o bisfenol A e novolak . Os polióis podem ser compostos como 1,4-butanodiol. Di e polióis levam a poliéteres diglicídicos. Ácidos dicarboxílicos como o ácido hexahidroftálico são usados ​​para resinas de éster diglicida. Em vez de um grupo hidroxi, também o átomo de nitrogênio de uma amina ou amida pode reagir com epicloridrina.

Síntese de um epóxido pelo uso de um perácido

A outra rota de produção de resinas epóxi é a conversão de alquenos alifáticos ou cicloalifáticos com perácidos : Em contraste com resinas epóxi à base de glicidila, esta produção de tais monômeros epóxi não requer um átomo de hidrogênio ácido, mas um duplo alifático vinculo.

O grupo epóxido também é algumas vezes referido como grupo oxirano.

Aplicações

As aplicações de materiais à base de epóxi são extensas e incluem revestimentos, adesivos e materiais compostos, como aqueles que usam fibra de carbono e reforços de fibra de vidro (embora poliéster, éster de vinil e outras resinas termofixas também sejam usadas para plástico reforçado com vidro). A química dos epóxis e a gama de variações disponíveis comercialmente permitem que os polímeros de cura sejam produzidos com uma gama muito ampla de propriedades. Em geral, os epóxis são conhecidos por sua excelente adesão, resistência química e ao calor, propriedades mecânicas boas a excelentes e ótimo isolamento elétricopropriedades. Muitas propriedades dos epóxis podem ser modificadas (por exemplo, epóxis preenchidos com prata com boa condutividade elétrica estão disponíveis, embora os epóxis sejam tipicamente eletricamente isolantes). Variações que oferecem alto isolamento térmico ou condutividade térmica combinada com alta resistência elétrica para aplicações eletrônicas estão disponíveis.

Tal como acontece com outras classes de materiais poliméricos termofixos, misturar diferentes graus de resina epóxi, bem como o uso de aditivos, plastificantes ou enchimentos, é comum para atingir o processamento desejado ou as propriedades finais, ou para reduzir custos. O uso de misturas, aditivos e enchimentos é freqüentemente referido como formulação.

Tintas e revestimentos

Os revestimentos epóxi de duas partes foram desenvolvidos para serviços pesados ​​em substratos de metal e usam menos energia do que os revestimentos em pó curados por calor . Esses sistemas fornecem um revestimento protetor resistente com excelente dureza. Os revestimentos epóxi de uma parte são formulados como uma emulsão em água e podem ser limpos sem solventes.  

Os revestimentos de epóxi são frequentemente usados ​​em aplicações industriais e automotivas, pois são mais resistentes ao calor do que as tintas à base de látex e alquídicas. As tintas epóxi tendem a se deteriorar, conhecido como “escamação”, devido à exposição aos raios ultravioleta.  

A mudança na cor, conhecida como amarelecimento, é um fenômeno comum para materiais epóxi e costuma ser motivo de preocupação em aplicações de arte e conservação. As resinas epóxi amarelam com o tempo, mesmo quando não expostas à radiação UV. Avanços significativos na compreensão do amarelecimento dos epóxis foram alcançados por Down primeiro em 1984 (envelhecimento natural no escuro) e posteriormente em 1986 (envelhecimento à luz de alta intensidade). Down investigou vários adesivos de resina epóxi de cura à temperatura ambiente adequados para uso na conservação de vidro, testando sua tendência ao amarelecimento. Uma compreensão molecular fundamental do amarelecimento epóxi foi alcançada, quando Krauklis e Echtermeyer descobriram a origem mecanística do amarelecimento em uma resina epóxi amina comumente usada, publicada em 2018. Eles descobriram que a razão molecular para o amarelecimento do epóxi era uma evolução termo-oxidativa de grupos carbonila na estrutura carbono-carbono polimérica por meio de um ataque de radical nucleofílico.  

Os epóxis de poliéster são usados ​​como revestimentos em pó para lavadoras, secadoras e outros “produtos da linha branca”. Os revestimentos epóxi em pó aglutinados por fusão (FBE) são amplamente usados ​​para proteção contra corrosão de tubos de aço e acessórios usados ​​na indústria de petróleo e gás, dutos de transmissão de água potável (aço) e vergalhões de reforço de concreto. Os revestimentos de epóxi também são amplamente usados ​​como primários para melhorar a adesão de tintas automotivas e marítimas, especialmente em superfícies de metal onde a resistência à corrosão (ferrugem) é importante. Latas e recipientes de metal são frequentemente revestidos com epóxi para evitar ferrugem, especialmente para alimentos como tomates que são ácidos. As resinas epóxi também são usadas para aplicações de pisos decorativos, como pisos de mosaico, pisos de chips e pisos de agregados coloridos. 

Os epóxis foram modificados de várias maneiras, reagiram com ácidos graxos derivados de óleos para produzir ésteres de epóxi, que foram curados da mesma forma que os alquidos. Os típicos eram L8 (80% de linhaça, D4 (40% de óleo de rícino desidratado). Estes costumavam reagir com estireno para fazer ésteres de epóxi estirenados, usados ​​como primários. Cura com fenólicos para fazer revestimentos de tambor, curando ésteres com resinas de amina e pré cura epóxis com resinas amino para fazer revestimentos de acabamento resistentes.  

Um dos melhores exemplos foi um sistema de uso de epóxis sem solvente para escorvar navios durante a construção, este usava um sistema de spray airless quente com pré-mistura na cabeça. Isso evitou o problema de retenção de solvente sob o filme, o que causou problemas de adesão posteriormente.

Adhesives

O epóxi especial é forte o suficiente para suportar as forças entre a barbatana de uma prancha de surfe e a montagem da barbatana. Este epóxi é à prova d’água e pode ser curado debaixo d’água. O epóxi de cor azul à esquerda ainda está em processo de cura.

Os adesivos epóxi são uma parte importante da classe de adesivos chamados “adesivos estruturais” ou “adesivos de engenharia” (que inclui poliuretano, acrílico , cianoacrilato e outros produtos químicos). Esses adesivos de alto desempenho são usados ​​na construção de aeronaves, automóveis, bicicletas, barcos, tacos de golfe, esquis, pranchas de neve e outras aplicações onde são necessárias ligações de alta resistência. Os adesivos epóxi podem ser desenvolvidos para atender a quase todas as aplicações. Eles podem ser usados ​​como adesivos para madeira, metal, vidro, pedra e alguns plásticos. Eles podem ser flexíveis ou rígidos, transparentes ou opacos/ colorido, configuração rápida ou configuração lenta. Os adesivos epóxi são melhores em resistência ao calor e produtos químicos do que outros adesivos comuns. Em geral, os adesivos epóxi curados com calor serão mais resistentes ao calor e a produtos químicos do que aqueles curados à temperatura ambiente. A resistência dos adesivos epóxi é degradada em temperaturas acima de 350 ° F (177 ° C). 

Alguns epóxis são curados pela exposição à luz ultravioleta. Esses epóxis são comumente usados ​​em ótica , fibra ótica e optoeletrônica .

Ferramental e compósitos industriais

Os sistemas epóxi são usados ​​em aplicações de ferramentas industriais para produzir moldes, modelos principais, laminados , peças fundidas , acessórios e outros auxiliares de produção industrial. Esta “ferramenta de plástico” substitui metal, madeira e outros materiais tradicionais e geralmente melhora a eficiência e reduz o custo geral ou encurta o tempo de espera para muitos processos industriais. Os epóxis também são usados ​​na produção de peças reforçadas com fibras ou compostas. Eles são mais caros do que resinas de poliéster e resinas de éster de vinil , mas geralmente produzem peças compostas de matriz de polímero termofixas mais fortes e mais resistentes à temperatura .

Compósitos tecnologia de turbinas eólicas

As resinas epóxi são usadas como matriz de ligação junto com tecidos de fibra de vidro ou carbono para produzir compósitos com características de resistência ao peso muito altas, permitindo a produção de pás de rotor mais longas e eficientes. Além disso, para instalações de energia eólica offshore e onshore, as resinas epóxi são usadas como revestimentos de proteção em torres de aço, escoras de base e fundações de concreto. Revestimentos superiores de poliuretano alifático são aplicados no topo para garantir proteção total contra raios UV, prolongar a vida útil operacional e reduzir os custos de manutenção. Os geradores elétricos, conectados através do sistema de transmissão com as pás do rotor, convertem a energia eólica mecânica em energia elétrica utilizável e contam com isolamento elétrico de epóxi e propriedades de alta resistência térmica. O mesmo se aplica a transformadores, buchas, espaçadores,

Sistemas elétricos e eletrônicos

Um circuito híbrido encapsulado em epóxi em uma placa de circuito impresso. 

O interior de uma calculadora de bolso. O pedaço escuro de epóxi no centro cobre o chip do processador

As formulações de resina epóxi são importantes na indústria eletrônica e são empregadas em motores, geradores, transformadores, aparelhagens, buchas, isoladores, placas de circuito impresso (PWB) e encapsulantes semicondutores. As resinas epóxi são excelentes isolantes elétricos e protegem os componentes elétricos de curto-circuito, poeira e umidade. Na indústria eletrônica, as resinas epóxi são a resina primária usada na sobremoldagem de circuitos integrados , transistores e circuitos híbridos , e na fabricação de placas de circuito impresso . O tipo de placa de circuito de maior volume – um ” FR-4 placa “- é um sanduíche de camadas de tecido de vidro unidas em um composto por uma resina epóxi. As resinas epóxi são usadas para unir folha de cobre a substratos de placa de circuito e são um componente da máscara de solda em muitas placas de circuito. 

As resinas epóxi flexíveis são usadas em transformadores e indutores de encapsulamento . Usando a impregnação a vácuo em epóxi não curado, os vazios de ar do enrolamento para enrolamento, enrolamento para núcleo e enrolamento para isolador são eliminados. O epóxi curado é um isolante elétrico e um condutor de calor muito melhor do que o ar. Os pontos quentes do transformador e do indutor são bastante reduzidos, proporcionando ao componente uma vida útil mais longa e estável do que o produto sem manchas. 

As resinas epóxi são aplicadas usando a tecnologia de dispensação de resina .

Petróleo e petroquímica

Os epóxis podem ser usados ​​para tampar camadas seletivas em um reservatório que estão produzindo salmoura excessiva. A técnica é denominada “tratamento de fechamento de água”.  

Consumo e marinhos aplicações

Os epóxis são vendidos em lojas de ferragens, normalmente como um pacote contendo resina e endurecedor separados, que devem ser misturados imediatamente antes do uso. Eles também são vendidos em lojas de barcos como resinas de reparo para aplicações marítimas. Os epóxis normalmente não são usados ​​na camada externa de um barco porque se deterioram pela exposição à luz ultravioleta . Eles são freqüentemente usados ​​durante o reparo e montagem de barcos e, em seguida, revestidos com tinta de poliuretano convencional ou de duas partes ou vernizes marítimos que fornecem proteção UV. 

Existem duas áreas principais de uso marinho. Devido às melhores propriedades mecânicas em relação às resinas de poliéster mais comuns , os epóxis são usados ​​para a manufatura comercial de componentes onde uma alta relação resistência / peso é necessária. A segunda área é que sua resistência, propriedades de preenchimento de lacunas e excelente adesão a muitos materiais, incluindo madeira, criaram um boom em projetos de construção amadores, incluindo aeronaves e barcos.  

O gelcoat normal formulado para uso com resinas de poliéster e resinas de viniléster não adere a superfícies de epóxi, embora o epóxi adira muito bem se aplicado a superfícies de resina de poliéster. O “Flocoat” que normalmente é usado para revestir o interior de iates de fibra de vidro de poliéster também é compatível com epóxis.  

Os materiais epóxi tendem a endurecer um pouco mais gradualmente, enquanto os materiais de poliéster tendem a endurecer rapidamente, principalmente se for usado muito catalisador. [20] As reações químicas em ambos os casos são exotérmicas. Grandes quantidades de mistura geram seu próprio calor e aceleram muito a reação, portanto, é comum misturar pequenas quantidades que podem ser usadas rapidamente.  

Embora seja comum associar resinas de poliéster e resinas epóxi, suas propriedades são suficientemente diferentes para que sejam tratadas adequadamente como materiais distintos. As resinas de poliéster são tipicamente de baixa resistência, a menos que usadas com um material de reforço como fibra de vidro, são relativamente quebradiças a menos que sejam reforçadas, e têm baixa adesão. Os epóxis, ao contrário, são inerentemente fortes, um pouco flexíveis e têm excelente adesão. No entanto, as resinas de poliéster são muito mais baratas. 

As resinas epóxi normalmente requerem uma mistura precisa de dois componentes que formam um terceiro produto químico. Dependendo das propriedades necessárias, a proporção pode ser qualquer coisa de 1: 1 ou mais de 10: 1, mas em todos os casos eles devem ser misturados exatamente. O produto final é então um plástico termoendurecível preciso. Até serem misturados, os dois elementos são relativamente inertes, embora os ‘endurecedores’ tendam a ser mais quimicamente ativos e devam ser protegidos da atmosfera e da umidade. A taxa de reação pode ser alterada usando diferentes endurecedores, que podem alterar a natureza do produto final, ou controlando a temperatura.  

Em contraste, as resinas de poliéster são geralmente disponibilizadas em uma forma ‘promovida’, de modo que o progresso das resinas previamente misturadas de líquidas para sólidas já está em andamento, embora muito lentamente. A única variável disponível para o usuário é alterar a taxa desse processo usando um catalisador, frequentemente Metil-Etil-Cetona-Peróxido ( MEKP ), que é muito tóxico. A presença do catalisador no produto final na verdade diminui as propriedades desejáveis, de modo que pequenas quantidades de catalisador são preferíveis, desde que o endurecimento prossiga em um ritmo aceitável. A taxa de cura de poliésteres pode, portanto, ser controlada pela quantidade e tipo de catalisador, bem como pela temperatura.  

Como adesivos, os epóxis se ligam de três maneiras: a) Mecanicamente, porque as superfícies de colagem são rugosas; b) por proximidade, porque as resinas curadas estão fisicamente tão próximas das superfícies de colagem que são difíceis de separar; c) ionicamente, porque as resinas epóxi formam ligações iônicas em nível atômico com as superfícies de ligação. Este último é substancialmente o mais forte dos três. Por outro lado, as resinas de poliéster podem unir-se apenas com as duas primeiras, o que reduz muito sua utilidade como adesivos e em reparos marítimos.

Aplicações aeroespaciais

Na indústria aeroespacial, o epóxi é usado como um material de matriz estrutural que é então reforçado por fibra. Os reforços de fibra típicos incluem vidro , carbono , Kevlar e boro . Os epóxis também são usados ​​como cola estrutural . Materiais como madeira e outros de ‘baixa tecnologia’ são colados com resina epóxi. Os epóxis geralmente superam a maioria dos outros tipos de resina em termos de propriedades mecânicas e resistência à degradação ambiental.

Biologia

Epóxis solúveis em água, como Durcupan , são comumente usados ​​para embutir amostras de microscópio eletrônico em plástico para que possam ser seccionados (cortados em fatias finas) com um micrótomo e, em seguida, fotografados.

Arte

A resina epóxi, misturada com pigmento , pode ser usada como meio de pintura , despejando camadas umas sobre as outras para formar uma imagem completa.  Também é usado em joalheria, como uma resina de doming para decorações e etiquetas, e em aplicações do tipo decoupage para arte, bancadas e mesas.

Produção

O mercado global de resina epóxi foi avaliado em aproximadamente US $ 8 bilhões em 2016. O mercado de resina epóxi é dominado pela região da Ásia-Pacífico, que contribui com 55,2% da participação de mercado total. A China é o maior produtor e consumidor global, consumindo quase 35% da produção global de resina. O mercado global é formado por aproximadamente 50–100 fabricantes de endurecedores e resinas epóxi básicas ou commodities. Na Europa, cerca de 323.000 toneladas de resina epóxi foram fabricadas em 2017, gerando cerca de € 1.055 milhões em vendas. A Alemanha é o maior mercado para resinas epóxi na Europa, seguida pela Itália, França, Reino Unido, Espanha, Holanda e Áustria.  

Esses fabricantes de epóxi commodity mencionados acima normalmente não vendem resinas epóxi em uma forma utilizável para usuários finais menores, portanto, há outro grupo de empresas que compram matérias-primas de epóxi dos principais produtores e, em seguida, compõem (misturam, modificam ou personalizam) de epóxi sistemas a partir dessas matérias-primas . Essas empresas são conhecidas como “formuladores”. A maioria dos sistemas epóxi vendidos é produzida por esses formuladores e eles representam mais de 60% do valor em dólares do mercado de epóxi. Existem centenas de maneiras de esses formuladores modificarem os epóxis – adicionando cargas minerais ( talco , sílica , alumina , etc.), adicionando flexibilizadores, viscosidaderedutores, corantes , espessantes, aceleradores, promotores de adesão , etc. Essas modificações são feitas para reduzir custos, melhorar o desempenho e melhorar a conveniência do processamento. Como resultado, um formulador típico vende dezenas ou até milhares de formulações – cada uma feita sob medida para os requisitos de uma aplicação ou mercado específico.  

As matérias-primas para a produção de resina epóxi são hoje em grande parte derivadas do petróleo , embora algumas fontes derivadas de plantas estejam agora se tornando disponíveis comercialmente (por exemplo, glicerol derivado de plantas usado para fazer epicloridrina ).

Riscos para a saúde

O principal risco associado ao uso de epóxi geralmente está relacionado ao componente endurecedor e não à própria resina epóxi. Os endurecedores de amina em particular são geralmente corrosivos , mas também podem ser classificados como tóxicos ou cancerígenos / mutagênicos . As aminas aromáticas apresentam um perigo particular para a saúde (a maioria são cancerígenos conhecidos ou suspeitos), mas seu uso agora é restrito a aplicações industriais específicas, e aminas alifáticas ou cicloalifáticas mais seguras são comumente empregadas. [citação necessária]  

As resinas epóxi líquidas em seu estado não curado são geralmente classificadas como irritantes para os olhos e pele, bem como tóxicas para os organismos aquáticos. As resinas epóxi sólidas são geralmente mais seguras do que as resinas epóxi líquidas e muitas são classificadas como materiais não perigosos. Um risco particular associado às resinas epóxi é a sensibilização. O risco mostrou ser mais pronunciado em resinas epóxi contendo diluentes epóxi de baixo peso molecular. [26] A exposição a resinas epóxi pode, com o tempo, induzir uma reação alérgica. A sensibilização geralmente ocorre devido à exposição repetida (por exemplo, por falta de higiene no trabalho ou falta de equipamento de proteção) durante um longo período de tempo. A reação alérgica às vezes ocorre em um momento que se atrasa vários dias após a exposição. A reação alérgica é frequentemente visível na forma de dermatite , particularmente em áreas onde a exposição foi maior (geralmente mãos e antebraços). O uso de epóxi é a principal fonte de asma ocupacional entre usuários de plásticos. O bisfenol A , que é usado para fabricar uma classe comum de resinas epóxi, é um desregulador endócrino conhecido.

Fonte: https://en.wikipedia.org/wiki/Epoxy 

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