Resine epossidiche: sintesi, numero di epossidi

Le resine epossidiche sono un’ampia categoria di composti contenenti gruppi epossidici che presentano elevate caratteristiche tecnologiche.
Esse hanno elevate proprietà meccaniche e resistenza al degrado ambientale al punto che sono usate nel campo dei componenti di aeromobili. Hanno eccellenti proprietà elettriche, basso ritiro, buona adesione a molti metalli e resistenza all’umidità, shock termici e meccanici.

In particolare le resine epossidiche liquide applicabili per laminazione sono caratterizzate da finitura asciutta, ottima resistenza meccanica e termica. Sono indicate nel campo nautico e nella realizzazione di manufatti compositi, accessori per moto e articoli sportivi.

Le resine epossidiche sono termoindurenti e trovano applicazione negli adesivi e rivestimenti ad alte prestazioni.

Un epossido è un etere ciclico costituito da tre atomi di cui uno è l’atomo di ossigeno e il più semplice tra gli epossidi è l’ossirano o ossido di etilene C₂H₄O

Le resine epossidiche, che in genere contengono due gruppi epossidici,  possono essere:

• a basso peso molecolare e in tal caso si presentano liquide e possono essere considerate prepolimeri
•  ad alto peso molecolare e in tal caso si presentano si presentano viscose e sono dei veri e propri polimeri.

Le proprietà finali delle resine epossidiche polimerizzate sono influenzate dal tipo di resina epossidica, agente indurente e processo di indurimento. A seconda del peso molecolare, le resine epossidiche hanno usi e applicazioni diverse.

Sono stabili a temperatura ambiente e migliorano le loro caratteristiche solo per reazione con agenti vulcanizzanti quali poliammidi, composti fenolici e amminoammidi. Il pioniere delle resine epossidiche fu il chimico svizzero Pierre Castan  unitamente al chimico tedesco  Paul Schlack.  

Sintesi delle resine epossidiche

Le resine epossidiche più comuni sono ottenute per reazione del 2,2-bis(4-idrossifenil)propano noto come  bisfenolo A e clorometilossirano noto come epicloridrina con ottenimento del bisfenolo A diglicidil etere in cui sono presenti gruppi epossidici terminali

Il composto ottenuto è a basso peso molecolare ed è considerato un prepolimero ; per ottenere un polimero si aggiunge un agente polimerizzante come ad esempio un’ammina. Le resine epossidiche polimeriche si presentano con un certo grado di purezza a seconda del tipo e delle condizioni di reazione di polimerizzazione con la quale sono state ottenute.

Nel caso sia necessario un alto grado di polimerizzazione si procede a tecniche di purificazione come processi di distillazione. Un indizio del grado di purezza di una resina epossidica è la sua tendenza a dar luogo alla formazione di solidi cristallini.

Per la diversità delle loro composizioni chimiche e le buone proprietà ottenute dopo la reticolazione i campi di applicazione delle resine epossidiche sono molto ampi e spaziano dalle applicazioni industriali al settore degli articoli casalinghi e medicali.

Tuttavia le resine epossidiche ottenute con bisfenolo A diglicidil etere mostrano fragilità e bassa tenacità. Per questo motivo la ricerca si è indirizzata nello sviluppo agenti indurenti o plastificanti, in particolare glicole polietilenico, per migliorare la bassa resistenza all’impatto del bisfenolo A diglicidil etere diminuendo la temperatura di transizione vetrosa.

La resina epossidica costituita da diglicidil etere del bisfenolo A ottenuto da combustibili fossili a base di petrolio è una delle resine epossidiche più ampiamente utilizzate per varie applicazioni industriali come vernici, rivestimenti, adesivi e applicazioni strutturali, grazie alle sue eccellenti proprietà meccaniche e termiche, al basso ritiro indurente e buona resistenza chimica.

Numero di epossidi

Un parametro importante per conoscere il contenuto di epossido in una resina è il numero di epossidi che è il numero di equivalenti epossidici  in 1 kg di resina.

Tale parametro è utilizzato per conoscere la quantità di coreagenti da utilizzare nella polimerizzazione. Quantità stechiometriche di coreagenti portano alla formazione di resine con elevate prestazioni.

Come altri materiali polimerici, le resine epossidiche hanno una loro formulazione che dipende dalla presenza di additivi, plastificanti, cariche e riempitivi che ne caratterizzano le prestazioni e ne determinano il costo.

Applicazioni delle resine epossidiche

Le resine epossidiche sono materiali polimerici termoindurenti ampiamente utilizzati grazie alle loro eccellenti proprietà meccaniche, adesione elevata, resistenza chimica e stabilità dimensionale. Queste caratteristiche, unite alla possibilità di essere modificate con additivi o rinforzi, rendono le resine epossidiche estremamente versatili e adatte a numerosi campi applicativi, sia industriali che tecnologici.

1. Industria dei compositi
Uno degli impieghi principali delle resine epossidiche è nella produzione di materiali compositi rinforzati con fibre di vetro, carbonio o aramide. Questi compositi offrono elevato rapporto resistenza/peso e ottima rigidità, caratteristiche fondamentali per i settori aerospaziale, automobilistico, navale e sportivo. Ad esempio, le resine epossidiche sono utilizzate nella fabbricazione di scafi di imbarcazioni, pale di turbine eoliche, parti strutturali di aerei e telai di biciclette ad alte prestazioni.

2. Adesivi strutturali
Grazie alla loro forte adesione su numerosi substrati (metalli, vetro, ceramiche, plastica, legno), le resine epossidiche sono impiegate come adesivi strutturali in applicazioni che richiedono elevata resistenza meccanica e stabilità termica. Sono particolarmente apprezzate nell’assemblaggio di componenti aeronautici, automobilistici e elettronici, dove garantiscono incollaggi duraturi anche in condizioni ambientali difficili.

3. Rivestimenti protettivi e vernici
Le resine epossidiche vengono largamente impiegate come rivestimenti protettivi per superfici metalliche, calcestruzzi e pavimentazioni industriali. Questi rivestimenti offrono resistenza alla corrosione, agli agenti chimici e all’abrasione, proteggendo strutture e impianti in ambienti aggressivi, come serbatoi, condotte, piattaforme offshore o stabilimenti chimici. Inoltre, le vernici epossidiche sono utilizzate per pavimentazioni continue in ambienti industriali e sanitari, dove è richiesta facilità di pulizia e lunga durata.

4. Settore elettrico ed elettronico
Nel campo dell’elettronica, le resine epossidiche sono impiegate come materiali isolanti per la protezione di circuiti, componenti e dispositivi elettrici. Offrono ottima resistenza dielettrica, stabilità termica e bassa permeabilità all’umidità, caratteristiche che le rendono ideali per l’incapsulamento di trasformatori, condensatori e schede elettroniche. Inoltre, la possibilità di colare la resina in stampi complessi consente di ottenere forme precise e di migliorare la protezione da urti o contaminazioni.

5. Applicazioni edilizie e civili
Nel settore delle costruzioni, le resine epossidiche vengono utilizzate per riparazioni strutturali, consolidamento di materiali e realizzazione di malte epossidiche ad alte prestazioni. Sono impiegate per ancoraggi, sigillature di fessure nel calcestruzzo e rinforzi di travi o pilastri. La loro capacità di aderire saldamente a materiali diversi e di resistere all’umidità e agli agenti atmosferici le rende particolarmente adatte per interventi di manutenzione e restauro.

6. Applicazioni artistiche e decorative
Negli ultimi anni, le resine epossidiche hanno trovato largo impiego anche in applicazioni creative, come la realizzazione di gioielli, rivestimenti trasparenti, tavoli “river table” e opere d’arte. In questo ambito si apprezzano le loro proprietà ottiche — come la trasparenza e la possibilità di ottenere effetti tridimensionali — e la facilità di colata e modellazione.

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