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Epoxidharze
 
Epoxidharze sind organische Flüssigkeiten von mehr oder weniger hoher Viskosität, die im Durchschnitt zumeist annähernd zwei nahezu endständige (isolierte) Epoxid-Gruppen pro Molekül enthalten und mit geeigneten Härtern zu Duroplasten reagieren. Epoxide werden im Wesentlichen nach drei Methoden hergestellt: Addition von Sauerstoff an Olefine, Chlorwasserstoffabspaltung aus Chlorhydrinen oder die Umsetzung von reaktiven Verbindungen mit Epichlorhydrin. Epoxidharze haben im Modell- und Formenbau die längste Tradition und werden bereits seit den 1960er Jahren eingesetzt. Die wichtigste funktionelle Gruppe aller Epoxide ist die Epoxid-Gruppe, die auch Ethylenoxid-Gruppe genannt wird:
 
 

 
 
 
      
 
Der mittlere Anteil an Epoxid-Gruppen je Molekül ist die wichtigste Kenngröße für die Berechnung des genauen Mischungsverhältnisses mit dem jeweiligen Härter, von dem selbstverständlich auch die so genannte Funktionalität bekannt sein muss. Diese Funktionalität kann als EP-Wert (je kg) oder auch als EW angegeben werden. Unterteilt werden Epoxidharze auch in Bisphenol A- oder Bisphenol F-Harze. Die chemische Basis ist für einige Eigenschaften verantwortlich. Wesentlich ist hier die Empfindlichkeit von Bisphenol A-Harzen gegenüber Kälte, die zur Kristallisation führt. So genannte AF-Harze sind hingegen unkritisch bezüglich der Verwendung und Lagerung bei niedrigen Temperaturen.
 
Die Vernetzung zu Makromolekülen erfolgt mit verschiedenen Härtern, bei denen nach kalthärtenden und heißhärtenden Verfahren unterschieden wird. Es stehen zum einen Carbonsäureanhydride zur Verfügung. Weit verbreiteter ist aber die Verwendung von Di- und Polyaminhärtern, bzw. von Amiden. Wichtig ist bei Verwendung im Modell- und Formenbau, dass der Härter die Reaktion bereits bei Raumtemperatur startet. Die Reaktion ist eine Polyadditionsreaktion. Die Reaktionsgeschwindigkeit lässt sich durch Zugabe von geeigneten Katalysatoren oder Inhibitoren stark beeinflussen. Zudem wirkt Wärme reaktionsbeschleunigend. Polymerisationen von Epoxidharzen sind immer exotherm.
 
Außer durch die chemische Zusammensetzung können die Eigenschaften der Epoxide durch Zugabe von Füllstoffen, Weichmachern und anderen Modifizierungsmitteln erheblich beeinflusst werden. Dies machen sich die Formulierer von Epoxidharz-Systemen zunutze. Auf Basis einiger weniger Harze lassen sich so viele spezielle Produkte herstellen. Natürlich können Zuschlagsstoffe auch noch vom Anwender zugesetzt werden. Hierbei ist aber der Einfluss der Zuschlagsstoffe zu prüfen. Alkohole, Phenole und Carbonsäuren wirken dabei beschleunigend. Ketone und aromatische Kohlenwasserstoffe wirken dagegen verzögernd.
 
Sofort nach Zugabe des Härters steigt die Viskosität der Mischung an. Nach einer bestimmten Zeit ist die Mischung nicht mehr gießbar und somit die Topfzeit erreicht. Im Vergleich zu Säureanhydriden ist die Reaktion mit Aminen deutlich schneller und exothermer. Nach der Gelierung klingt die Exothermie wieder deutlich ab. Die Endeigenschaften sind aber meist erst nach mehreren Tagen erreicht. Deutlich verkürzt werden kann diese Zeit durch Temperung. Durch ein geeignetes, in der Regel vom Hersteller vorgegebenes Temperprogramm können die Eigenschaften des Endproduktes oft auch noch deutlich gesteigert werden.
 
Eine unerwünschte Nebenreaktion der oft verwendeten Amin-Härter ist die Reaktion mit der in der Luft enthaltenen Feuchtigkeit. Hierbei bildet sich so genanntes Carbamat. Dies ist zwar nur auf der Oberfläche, jedoch sehr unangenehm, da die Oberfläche klebrig bleibt. Verhindern kann man diese Nebenreaktion durch Abdecken, z.B. mit Abreißgewebe. Neuere Härter ermöglichen mittlerweile eine Carbamat freie Aushärtung. Allerdings sind diese Systeme in aller Regel teurer, ohne über bessere mechanische Eigenschaften zu verfügen.
 
Epoxidharze und insbesondere die verwendeten Härter können aufgrund ihrer Reaktivität bei Kontakt zu ernsthaften Schädigungen der betroffenen Körperstellen führen. Dabei zeigen die Härter in der Regel eine Ätzwirkung und können betroffenes Gewebe zerstören. Neben der akuten Gefährdung, der man relativ leicht durch geeignete Schutzmittel vorbeugt, kann der regelmäßige Kontakt mit Epoxiden und den Härtern aber auch allergische Reaktionen hervorrufen. Dies sollte schon früh durch entsprechende Arbeitshygiene verhindert werden, da eine Allergie im Allgemeinen nicht heilbar ist.
 
Epoxidharze ergeben im polymerisierten Zustand in der Regel harte bis sehr harte, zumeist recht spröde Werkstoffe. Der Härtegrad wird allgemein durch Zuschlagstoffe eingestellt. In verschiedenen Formulierungen werden Epoxidharz-Systeme als Laminierharze, als Bindemittel für z.B. Hinterfüllungen und in Verbindung mit ausgewählten Füllstoffen als Vergussmassen eingesetzt. Thixotropierte Vergussmassen setzt man auch als dünn aufzutragende Oberflächenpasten ein. Darüber hinaus werden Epoxide auch im Beschichtungssektor, im Bautenschutz, als Klebstoffe und als Einbettungsmasse eingesetzt. Zusätzlich zu den Füllstoffen sind die Zugabe von weiteren Hilfsstoffen, wie Netz- und Dispergiermittel, Verlaufshilfsmittel sowie Entschäumer und Entlüfter für fertig formulierte Systeme unerlässlich, damit der Anwender die Harze einsetzen kann.
 
Die sehr gute Chemikalienbeständigkeit der Epoxidharzformstoffe und -Laminate gegenüber Säuren hat zur Anwendung in chemischen Anlagen geführt. Auch für Auskleidungen von Pumpen in der chemischen Industrie und im Kraftwerksbereich sind Epoxide bestens geeignet. Ein weiters Anwendungsgebiet sind Schaumstoffe. Es finden hauptsächlich Hartschäume auf Epoxidharzbasis Anwendung. Sie sind besonders zur nachträglichen Ausschäumung von Hohlräumen in Anlagen aller Art geeignet, wobei sich ihre gute Haftfestigkeit auf fast alle Werkstoffe vorteilhaft auswirkt.
 
Epoxidharz-Laminate weisen gegenüber Polyester-Laminaten einige zum Teil sehr deutliche Vorteile auf. So ist die Haftung auf der Faser deutlich besser (siehe Kleber), und es ergibt sich somit eine wesentlich bessere Ausnutzung der Festigkeit der Faser und somit des gesamten Bauteils. Bei der Aushärtung ist die Schrumpfung wesentlich geringer, und es entsteht ein Bauteil mit besserer Dimensionsstabilität und Präzision. Epoxidharzformstoffe weisen hohe Wärmeformbeständigkeiten, Dauerwärmestandfestigkeiten und gute Alterungsstabilität auf. Bei der Verarbeitung ist die geringere Geruchsbelästigung sicher vorteilhaft gegenüber ungesättigten Polyestern (Styrol).
 
Den zahlreichen Vorteilen gegenüber den weit verbreiteten ungesättigten Polyesterharzen stehen auch einige Nachteile gegenüber. Hier ist an erster Stelle sicher der höhere Preis zu nennen. Aber auch verarbeitungstechnisch ergeben sich einige Nachteile. So ist das Mischungsverhältnis genau einzuhalten, da sonst nicht die gewünschten Endeigenschaften erreicht werden. Die Gebrauchsdauer der Harzmasse ist kürzer, und die Härtung erfordert mehr Zeit sowie in der Regel höhere Temperaturen.
Mole01
1. Einführung
2. Kunststoffe und Chemie
3. Epoxidharze
4. Polyesterharze
5. Polyurethanharze
6. Silicone
7. Eigenschaften und Prüfung
8. Modellbauwerkstoffe
9. Rapid Prototyping
10. Klebstoffe
Allgemeines
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Transportsymbole
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S-Sätze