Aplicação de resina epóxi como material de carbono. Nível de reparo de composto II.

As resinas epóxi ou poliepóxidos são polímeros termoendurecíveis cujas moléculas contêm grupos químicos epóxido. Esses grupos formam um anel triangular entre um átomo de oxigênio e dois átomos de carbono contíguos, sendo um anel estressado altamente reativo.

Esquema do grupo epóxi presente em todas as resinas epóxi.

Sendo tão reativas, as resinas epóxi podem facilmente ser polimerazidas com elas próprias (homopolimerização) formando cadeias cruzadas, ou com uma ampla variedade de co-reagentes, incluindo aminas, ácidos anidros, fenóis, álcoois e tióis.

Estrutura geral de um poliepóxido de éter diglicidílico de bisfenol A

O processo de reação entre os poliepóxidos é conhecido como cura e os co-reagentes são freqüentemente chamados de curativos. As resinas epóxi maduras são obtidas por cura, considerada um tipo de polímero plástico termoendurecível ( não deve ser confundido com termoplástico ).

As resinas epóxi tendem a ter alta dureza, resistência química e resistência térmica , por isso têm muitas aplicações, por exemplo, em revestimentos de metal, componentes elétricos, isolamento elétrico de alta tensão, adesivos e um longo etc. Um dos poliepóxidos mais conhecidos pode ser o bisfenol A.

Características gerais

As resinas epóxi podem ser pré-polímeros de baixo peso molecular ou polímeros de alto peso molecular formados por reticulação entre grupos epóxi. O grupo epóxi também é conhecido como grupo glicidil ou oxirano .

Hoje, muitas resinas epóxi são fabricadas e a maioria é obtida de derivados de petróleo e algumas fontes vegetais.

Uma característica importante das resinas epóxi e que influencia significativamente suas propriedades é o teor de grupos epóxi, que geralmente é expresso como peso equivalente de epóxi , que é o número de equivalentes de epóxi por 1 kg de resina (Eq. / Kg); ou como peso equivalente, que é o peso em gramas de resina contendo 1 mole de grupos epóxi (g / mole). Ambas as medidas são consideradas equivalentes e você pode facilmente alternar de uma para a outra:

g / mol = 1000 / (Eq./kg)

Para obter as melhores propriedades físicas, o processo de reação ou cura de resinas epóxi é tentado com quantidades estequiométricas de reagentes, quantidades que podem ser calculadas conhecendo o peso equivalente.

Curado

Embora as resinas epóxi de alta pureza sejam fabricadas para diferentes fins, os mais comuns são uma mistura dos poliepóxidos com diferentes aditivos que moldam as resinas para atingir as propriedades finais desejadas. A configuração dessas misturas é feita durante o processo de formulação .

Sem aditivos e co-reagentes, as resinas não curadas tendem a ter propriedades de resistência mecânica, térmica e química muito fracas, mas graças à formulação e cura, as cadeias lineares reagem entre si e formam estruturas tridimensionais que adquirem termoestabilidade e resistência característica. materiais.

  • Homopolimerização : os monômeros epóxi reagem com eles próprios. As resinas epóxi resultantes formam uma rede com ligações intercadeias do tipo éter e exibem alta resistência térmica e química.
  • Aminas : As aminas primárias polifuncionais são um grupo muito importante de co-reagentes. Eles reagem com grupos epóxi para formar uma hidroxila e uma amina secundária. A amina secundária pode então reagir com outros grupos epóxi para formar a rede tridimensional. O tipo exato de amina usada (alifática, cicloalifática, aromática, etc.) influencia as características finais da resina.
  • Anidridos : A cura com anidridos cíclicos em temperaturas elevadas é usada principalmente para fazer resinas com alta capacidade de isolamento elétrico.
  • Fenóis : polifenóis, como o bisfenol A ou novolaks, reagem com as resinas epóxi em altas temperaturas e geram um material com maior resistência química e à oxidação do que os obtidos com aminas ou anidridos.
  • Tióis : Tióis são substâncias que contêm enxofre em sua molécula. O grupo tiol reage rapidamente com grupos epóxi, mesmo em temperaturas abaixo da temperatura ambiente. As resinas resultantes não são tão resistentes quanto as obtidas por outros métodos, por isso geralmente são utilizadas apenas para substâncias que não podem ser submetidas a um processo que envolve alta temperatura. Eles são comuns em adesivos.

Exemplos

Bisfenóis

Um dos grupos mais importantes de resinas epóxi são os éteres diglicidílicos de bisfenol A , obtidos pela combinação de epicloridrina e bisfenol . Quanto maior a proporção de bisfenol, a resina resultante terá maior peso molecular e maiores propriedades termoplásticas. Outro grupo relacionado são as resinas epóxi de bisfenol F.

Novolacas

Novolaks são resinas formadas com fenóis e cresóis. Possuem alta viscosidade ou são sólidos com alta resistência térmica e química, porém muito inflexíveis.

Resinas epóxi alifáticas e cicloalifáticas

As chamadas resinas epóxi alifáticas são sintetizadas por glicidilação de álcoois alifáticos. Possuem baixa viscosidade em temperatura ambiente e raramente são utilizadas isoladamente, mas sim como aditivo para diminuir a viscosidade de outras resinas. Um subtipo são as resinas cicloalifáticas, que também têm baixa viscosidade, mas maior resistência térmica.

Algumas das aplicações mais comuns

As resinas epóxi comercialmente disponíveis cobrem uma ampla gama de propriedades, graças à sua formulação e cura, tornando-as materiais amplamente utilizados para os mais diversos fins. Por exemplo: tintas, revestimentos, adesivos e materiais compostos, por exemplo, em fibra de carbono e materiais de fibra de vidro, especialmente nas aplicações que requerem um alto grau de isolamento térmico e / ou elétrico, incluindo materiais para dispositivos eletrônicos.

  • Tintas e revestimentos : revestimentos de resina epóxi, tintas e vernizes são muito comuns como protetores e são amplamente utilizados onde também é necessária alta resistência térmica, por exemplo, em aplicações industriais e automotivas. Esses revestimentos tendem a se degradar com a exposição à radiação ultravioleta.
  • Adesivos : Os adesivos à base de resinas epóxi são um dos principais tipos de adesivos estruturais . São adesivos de alto desempenho utilizados na fabricação de aviões, automóveis, barcos e outras aplicações que requerem alta dureza, como bicicletas ou snowboards, só para citar alguns exemplos. Além disso, são flexíveis e rígidos, transparentes e opacos, podendo ser aplicados em praticamente qualquer material, o que lhes confere um leque de aplicações realmente amplo. Também são utilizados em adesivos de uso doméstico, geralmente em duas fases que se misturam na hora do uso.
  • Ferramentas industriais : muitas ferramentas e acessórios industriais são fabricados em resinas epóxi em substituição ao metal, madeira e outros materiais tradicionais, melhorando geralmente o desempenho e reduzindo custos. Eles são usados, por exemplo, para a fabricação de moldes industriais.
  • Sistemas elétricos e eletrônicos : As resinas epóxi são muito importantes na indústria eletrônica. Eles fornecem excelente isolamento elétrico, evitam curtos-circuitos e protegem contra umidade e poeira. Eles são usados ​​em motores, geradores, transformadores, interruptores, rolamentos, circuitos integrados, transistores, circuitos híbridos, etc.
  • Outros : As resinas epóxi são usadas em muitas outras áreas. Por exemplo, eles são misturados com pigmentos como meio de pintura em artes plásticas ou em biologia e são usados ​​em preparações de amostras biológicas para microscopia eletrônica.

Galeria

Circuito híbrido encapsulado em resina epóxi Amostra embebida em resina epóxi para microscopia eletrônica Adesivo epóxi bifásico

Riscos de saúde

As resinas epóxi têm má reputação por seus efeitos nocivos à saúde, embora na maioria das vezes os riscos à saúde venham dos aditivos e co-reagentes, e não tanto das próprias resinas epóxi.

As aminas utilizadas na fabricação de resinas epóxi são geralmente corrosivas, apresentam alto grau de toxicidade e muitas delas são classificadas como substâncias mutagênicas e carcinogênicas , principalmente as aminas aromáticas, razão pela qual seu uso tem sido relegado a aplicações industriais, muito específicas.

Muitas resinas epóxi líquidas são irritantes para a pele e mucosas e tóxicas para a vida aquática , e geralmente são consideradas menos seguras do que as resinas sólidas.

Outro risco que as resinas epóxi apresentam é a sensibilização . A exposição contínua e repetida ao longo do tempo a certas resinas epóxi causa reações alérgicas . Este efeito está associado principalmente a resinas de baixo peso molecular e é de interesse especial em ambientes de trabalho.

Algumas resinas epóxi têm mostrado atividade como desreguladores endócrinos. Um dos casos mais conhecidos pode ser o do bisfenol A, amplamente utilizado na fabricação de materiais para uso alimentar e atualmente proibido em muitos países, por exemplo, na União Europeia.