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Epoxidharze – Eigenschaften und Anwendungen der Alleskönner

Epoxidharze – Eigenschaften und Anwendungen der Alleskönner

Epoxidharze sind aus unserem heutigen Leben nicht mehr wegzudenken. Sie werden im Formenbau, in der Elektronik, bei der Flugzeugkonstruktion, bei Prothesen, als Klebstoff und in vielen weiteren Bereichen eingesetzt. Für hochgradig belastbare, formstabile und witterungsfeste Elemente bieten sich die langlebigen Kunstharze geradezu an. Seit einiger Zeit ist Epoxidharz sogar bei Heimwerkern zum Trendmaterial avanciert: Tische aus Holz in Kombination mit Epoxid Giessharzen sind aktuell ein angesagtes DIY. Alles zum Thema erfährst du hier.

Was sind Epoxidharze?

Epoxidharze sind Reaktionsharze, die Epoxidgruppen tragen. Durch Zugabe von Härter entstehen aus dem flüssigen Kunstharz duroplastische Kunststoffe. Die Härtungsmittel bilden als Reaktionspartner mit dem Harz das makromolekulare Endprodukt. Epoxidharze sind Polymere mit zumeist zwei endständigen Epoxidgruppen. Produkte aus Epoxidharzen haben folgende Vorteile:

  • Temperaturbeständigkeit bis 120 Grad
  • sehr gute Hafteigenschaften bei Beschichtungen
  • exzellente Klebstoffe
  • bessere Masshaltigkeit als andere Polymere
  • hohe Chemikalien- und Feuchtigkeitsresistenz
  • geringe Brennbarkeit
  • hohe dynamische und statische Belastbarkeit

Wie geht die Herstellung von Epoxidharz vonstatten?

Gängige Epoxidharze werden durch die Kondensation von Bisphenol A oder Bisphenol F und Epichlorhydrin hergestellt. Die dadurch entstehenden Epoxidgruppen sind Vernetzungsprodukte aus kettenförmigen Verbindungen. Ihre hohe Reaktivität erklärt sich aus ihrer extrem starken Ringspannung. Durch Zugabe einer bestimmten Menge an Härtungsmittel entsteht bei einer Polyaddition eine Vernetzung der beiden Komponenten, die zur Aushärtung führt. Die Eigenschaften der fertigen Produkte aus Epoxidharz hängen stark vom Polymerisationsverfahren ab.

Ist das Epichlorhydrin in den Epoxidgruppen giftig?

Epichlorhydrin ist krebserzeugend und giftig – Epoxidharz aber nicht. Bei der Herstellung von Epoxidharz löst sich der Giftstoff auf. Das niedrig viskose Epichlorhydrin ist farblos und riecht nach Chloroform. Bei der industriellen Herstellung von Epoxidharzen wird es dazu benutzt, um durch die Vernetzung mit Bisphenolen hochreaktive Molekülketten zu erzeugen. Während des Herstellungsvorgangs werden in einer zweistufigen Reaktion Chlor- und Wasserstoffatome vom Epichlorhydrin abgespalten. Die abgespaltenen Atome sind ungiftiger Abfall.

Was muss ich bei der Verarbeitung von Epoxidharzen beachten?

Handelsübliche Epoxidharze sind zwar ungiftig, allerdings können einzelne Komponenten des noch nicht ausgehärteten Epoxy-Gemischs die Haut reizen. Deshalb solltest du bei der Verarbeitung von Epoxidharz Schutzhandschuhe tragen. Dünne Einweg-Gummihandschuhe sind allerdings nicht ausreichend. Manche allergene Stoffe können diese Handschuhe durchdringen. Diese Handschuhe eignen sich für die Anwendung von Epoxidharz:

  • Butylhandschuhe
  • Butyl-Viton-Handschuhe
  • Vitonhandschuhe
  • PE-Laminat-Handschuhe

Welche technischen Eigenschaften hat Epoxidharz?

Duroplaste aus Epoxidharz ohne Zusatzstoffe haben eine Dichte von 1020 bis 1200 Kilogramm pro Kubikmeter. Die Werkstücke lassen sich schleifen, bohren und auf Hochglanz polieren. Die (Zug-) Festigkeit liegt bei rund 80 Mega-Pascal (MPa). Ausgehärtetes Epoxidharz ist langlebig und weitgehend wetterfest. Bei starker Sonneneinstrahlung kann es vergilben – es gibt aber auch UV-beständiges Epoxy. Je nach Stärke der Werkstücke hat Epoxidharz eine gewisse Elastizität (3000–4500 MPa). Die Originalfarbe von Epoxidharz ist transparent bis leicht gelblich.

Wie viel Härter brauche ich beim Mischen von Epoxidharz?

Epoxidharz ist ein Reaktionsharz, das sich wegen seiner hohen Ringspannung relativ schnell mit einem Härtungsmittel zu einem duroplastischen Kunststoff vernetzt. Bei so einer chemischen Reaktion ist es wichtig, dass die Mengenverhältnisse der einzelnen Komponenten stimmen. Ist das nicht der Fall, bleiben nach dem Aushärten Teile von Härter oder Harz übrig, die nirgendwo andocken konnten. Diese „heimatlosen“ Bestandteile bleiben in dem entstandenen Produkt zurück und verändern seine Konsistenz oder bewirken eine klebrige Oberfläche. Um das zu vermeiden, werden beispielsweise manche Epoxidharzkleber in Dosierpistolen angeboten.

Für das Mischungsverhältnis von Epoxidharz und Härter gilt: Jedes handelsübliche Gebinde aus Epoxidharz und Härter ist mit einer Gebrauchsanweisung versehen. Das gängige Mischungsverhältnis der beiden Komponenten ist 1:1. Es kann aber – je nach Hersteller – auch davon abweichen. Aus oben genannten Gründen ist es wichtig, dass die Mengenangaben exakt eingehalten werden – eine Abweichung von mehr als zwei Prozent kann schon das Produkt destabilisieren. Was das Mischen von Epoxidharzen angeht: Wenn eine Mischung nicht absolut homogen ist, entstehen ebenfalls „heimatlose“ Moleküle, die keinen Partner zum Andocken finden. Selbst wenn das Mengenverhältnis perfekt ist, bleiben bei unzureichender Durchmischung Reste von Harz und Härter übrig. Sie sorgen für „Löcher“ in der Netzstruktur der Duroplaste.

Die beste Verarbeitungstemperatur für Epoxidharze liegt bei etwa 20 Grad Celsius. Bei 30 Grad Celsius härtet das Harz doppelt so schnell aus wie angegeben, bei 10 Grad Celsius verdoppelt sich die Verarbeitungszeit. Bei hohen Aussentemperaturen und voraussichtlichen Topfzeiten unter 40 Minuten solltest du keine grösseren Mengen Harz auf einmal anmischen: Es erhitzt sich beim Aushärten. Wenn es Temperaturen über 200 Grad Celsius erreicht, fängt es an zu kochen und setzt potenziell schädliche Dämpfe frei.

Ist Epoxidharz lebensmittelecht?

Kaum jemand weiss, dass Epoxidharze auch für Farben auf Lebensmittelverpackungen verwendet werden. Epoxidharze für den Lebensmittelbereich müssen chemisch neutral sein und ein entsprechendes Prüfsiegel tragen. In der EU gibt es spezielle Siegel zur Einstufung von Epoxidharzsystemen. Als „lebensmittelecht“ ausgezeichnete Epoxidharze können unbedenklich in Kinderzimmern oder Haushalten von Allergikern eingesetzt werden.

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