int(0)
Реклама


Эпоксидная смола

Структура эпоксидной смолы — продукта конденсации эпихлоргидрина с бисфенолом А, n = 0-25

Эпоксидная смола — олигомеры, содержащие эпоксидные группы и способные под действием отвердителей (полиаминов и др.) образовывать сшитые полимеры. Наиболее распространённые эпоксидные смолы — продукты поликонденсации эпихлоргидрина с фенолами, чаще всего — с бисфенолом А. Смолы на основе бисфенола А часто называются эпоксидно-диановыми в честь русского химика А. П. Дианина, впервые получившего бисфенол А[1].

Свойства[ | код]

Эпоксидные смолы стойки к действию галогенов, некоторых кислот (к сильным кислотам, особенно к кислотам-окислителям, имеют слабую устойчивость), щелочей, обладают высокой адгезией к металлам. Эпоксидная смола в зависимости от марки и производителя выглядит как прозрачная жидкость жёлто-оранжевого цвета, напоминающая мёд, или как коричневая твёрдая масса, напоминающая гудрон. Жидкая смола может иметь очень разный цвет — от белого и прозрачного до винно-красного (у эпоксидированного анилина).

Следующие свойства имеет чистая, не модифицированная смола без наполнителей:

Хотя отверждённая по правильной технологии эпоксидная смола считается[кем?] абсолютно безвредной при нормальных условиях, её применение сильно ограничено, так как при отверждении в промышленных условиях в эпоксидной смоле остаётся некоторое количество золь-фракции — растворимого остатка. Он может нанести серьёзный урон здоровью, если будет вымыт растворителями и попадёт внутрь организма. В неотверждённом виде эпоксидные смолы достаточно ядовиты и могут также навредить здоровью. Но наиболее вредны многие отвердители, в том числе наиболее широко распространенные отверждающие при комнатной температуре — аминные.[источник не указан 212 дней]

Модификация[ | код]

Эпоксидные смолы поддаются модификации. Различают химическую и физическую модификацию.

Первая заключается в изменении строения сетки полимера путём добавления соединений, встраивающихся в состав оной. Как пример — добавление лапроксидов (простых полиэфиров спиртов, содержащих глицидиловые группы, например, ангидрида глицерина) в зависимости от функциональности и молекулярной массы придаёт отверждённой смоле эластичность, за счёт увеличения молекулярной массы межузлового фрагмента, но понижает её водостойкость. Добавление галоген- и фосфорорганических соединений придаёт смоле большую негорючесть. Добавление фенолформальдегидных смол позволяет отверждать эпоксидную смолу прямым нагревом без отвердителя, придаёт большую жёсткость, улучшает антифрикционные свойства, но понижает ударную вязкость[2].

Физическая модификация достигается добавлением в смолу веществ, не вступающих в химическую связь со связующим. Как пример — добавление каучука позволяет увеличить ударную вязкость отверждённой смолы. Добавление коллоидного диоксида титана увеличивает её коэффициент преломления и придаёт свойство непрозрачности к ультрафиолетовому излучению[источник не указан 2188 дней].

Получение[ | код]

Схема производства жидких эпоксидных смол периодическим методом. 1 — реактор; 2, 6 — холодильники; 3 — приёмник; 4 — фильтры; 5 — аппарат для отгонки толуола; 7 — сборник[2].

Впервые эпоксидная смола была получена швейцарским химиком Кастаном в 1936 году[1].

Эпоксидную смолу получают поликонденсацией эпихлоргидрина с различными органическими соединениями: от фенола до пищевых масел, например, соевого[источник не указан 2188 дней]. Такой способ носит название «эпоксидирование».

Ценные сорта эпоксидных смол получают каталитическим окислением непредельных соединений. Например, таким образом получают циклоалифатические смолы, ценные тем, что они совершенно не содержат гидроксильных групп, и поэтому очень гидроустойчивы, трекинго- и дугостойки.

Для практического применения смолы нужен отвердитель. Отвердителем может быть полифункциональный амин или ангидрид, иногда кислоты. Также применяют катализаторы отверждения — кислоты Льюиса и третичные амины, обычно блокированные комплексообразователем наподобие пиридина. После смешения с отвердителем эпоксидная смола может быть отверждена — переведена в твёрдое неплавкое и нерастворимое состояние. Если это полиэтиленполиамин (ПЭПА), то смола отвердеет за сутки при комнатной температуре. Ангидридные отвердители требуют 10 часов времени и нагрева до 180 °C в термокамере (и это ещё без учёта каскадного нагрева со 150 °C).

Применение[ | код]

Перевёрнутая верхняя часть лодки из стеклоткани, пропитанной эпоксидной смолой
Применение эпоксидной смолы как изолятора для гибридной интегральной схемы

Из эпоксидных смол готовят различные виды клея, пластмассы, электроизоляционные лаки, текстолит (стекло- и углепластики), заливочные компаунды и пластоцементы[1].

На основе эпоксидных смол производятся различные материалы, применяемые в различных областях промышленности. Углеволокно и эпоксидная смола образуют углепластик (используется как конструктивный материал в различных областях: от авиастроения (см. Боинг-777) до автостроения). Композит на основе эпоксидных смол используется в крепёжных болтах ракет класса земля-космос.[источник не указан 618 дней] Эпоксидная смола с кевларовым волокном — материал для создания бронежилетов.[источник не указан 618 дней]

Зачастую эпоксидные смолы используют в качестве эпоксидного клея или пропиточного материала — вместе со стеклотканью для изготовления и ремонта различных корпусов или выполнения гидроизоляции помещений, а также как самый доступный способ изготовить в быту продукт из стекловолокнита, как сразу готовый после отливки в форму, так и с возможностью дальнейшего разрезания и шлифовки.

Из стеклоткани с эпоксидной смолой делают корпуса плавсредств, выдерживающие очень сильные удары, различные детали для автомобилей и других транспортных средств.

В качестве заливки (герметика) для различных плат, устройств и приборов.

Также эпоксидные смолы используются в строительстве.

Из эпоксидных смол изготовляются самые различные предметы и вещи (например, мундштуки).

Эпоксидные смолы используют в качестве бытового клея. Использовать эпоксидный клей довольно просто. Смешивание эпоксидной смолы с отвердителем, как правило, выполняется в крайне малых объёмах (несколько граммов), поэтому перемешивание производится при комнатной температуре и не вызывает затруднений, точность пропорции смола/отвердитель при смешивании зависит от производителя эпоксидной смолы или отвердителя, необходимо использовать только те пропорции, которые рекомендованы производителем, так как от этого зависит время отверждения и физические свойства получившегося продукта — отступление от нужной пропорции, как правило, приводит к изменению времени отверждения и изменению конечных свойств материала — при меньшем количестве отвердителя увеличивается время отверждения вплоть до невозможности полностью получить твёрдый материал, при большем количестве отвердителя — нагрев смеси вплоть до вспенивания и резкого отверждения и получение очень хрупкого материала.

В качестве отвердителей применяют: отвердители холодного триэтилентетрамин (ТЭТА), полиэтиленполиамин (ПЭПА), полисебациновый ангидрид и горячего отверждения малеиновый ангидрид (ДЭТА)[3][4].

Наиболее часто встречающиеся пропорции смолы по отношению к отвердителю колеблются от 1:0,4 до 1:0,1, однако встречаются и варианты 1:1, 1:0,5 и даже 1:0,05. Производители советуют использовать специальные аппараты при смешивании большого количества смолы или производить смешивание и заливку в несколько этапов. В зависимости от характеристик эпоксидной смолы, большое её количество в сочетании с отвердителем может спровоцировать вскипание смолы, появление излишнего количества пузырей[5]. Это свойство присуще эпоксидным смолам, отверждаемым аминными отвердителями, а также сильно зависит от соотношения объёма к площади поверхности отверждаемой смолы, например, 1 литр смеси смолы с отвердителем в ёмкости размером 10×10×10 см сильно разогреется и вскипит, но тот же объём смолы, нанесённый на поверхность площадью 10 квадратных метров, отвердится за стандартные 24 часа без какого-либо заметного нагрева.

Основные области применения эпоксидных смол[6]:
Отрасль применения Основные виды эпоксидных материалов Основное назначение Преимущественные показатели Экономический эффект применения, отнесённый к стоимости материала
Строительство Полимербетоны, компаунды, клеи Разметочные полосы дорог, плиты для полов, наливные бесшовные полы Физико-механические показатели, износо-химстойкость, беспыльность, высокая адгезия от 3 до 29
Покрытия (лакокрасочные, порошковые, водно-дисперсионные) Декоративно-облицовочные и защитные функции Малая усадка, химическая стойкость
Связующие для стекло- и углепластиков Ремонт железобетонных конструкций, дорог, аэродромов. Склеивание конструкций мостов и другого. Вытяжные трубы и ёмкости химических производств. Трубопроводы Атмосферостойкость, химическая стойкость, прочность, теплостойкость
Электромашиностроение и радиотехника Компаунды, связующие для армированных пластиков, покрытия, прессматериалы, пенопласты Герметизация изделий, электроизоляционные материалы (стеклопластик и другие). Заливка трансформаторов и другого. Электроизоляционные и защитные покрытия. Радиопрозрачность, высокие диэлектрические показатели, малая усадка при отверждении, отсутствие летучих продуктов отверждения От 0,1 до 7,0; 300—800 (электроника)
Судостроение Связующие для стеклопластиков Судовые гребные винты, лопатки компрессоров Прочность, кавитационная стойкость 75
Покрытия из жидких ЛКМ и порошков Сосуды для газов и топлива Водо-, химическая, абразивная стойкость
Синтактические пенопласты Обтекатели гребных винтов Ударопрочность при низких температурах
Машиностроение, в том числе автомобилестроение Компаунды, Лакокрасочные материалы, Клеи Ремонт и заделка дефектов литьевых изделий, формы, штампы, оснастка, инструмент (модели, копиры и так далее) Прочность, твёрдость, износостойкость, размерная стабильность От 3,1 до 15,0
Полимербетоны Направляющие металлорежущих станков, станины прецизионных станков Теплостойкость, высокая адгезия к подложкам и наполнителям, функциональные и антифрикционные свойства 320 (тяжёлые станки)
Связующие для армированных пластиков Ёмкости, трубы из стеклопластиков «мокрой» намотки Химическая стойкость, ударопрочность
Прессматериалы и порошки Подшипники и другие антифрикционные материалы, пружины, рессоры из эпоксидных пластиков, электропроводящие материалы
Авиа- и ракетостроение Связующее для армированных стекло-и органопластиков Силовые конструкции и обшивки крыльев, фюзеляжа, оперения, конусы сопел и статоры реактивных двигателей Высокая удельная прочность и жёсткость, радиопрозрачность, абляционные свойства (теплозащитные)
Покрытия защитные Лопасти вертолёта, топливные баки ракет, корпус реактивного двигателя, баллоны для сжатых газов Стойкость к действию топлива

Химическая стойкость полиэпоксидных и эпоксидных смол[ | код]

Таблица ниже описывает химическую стойкость полиэпоксидных и эпоксидных смол ко многим рабочим средам.

Химическая стойкость полиэпоксидных и эпоксидных смол
Химическое вещество Химическая устойчивость
Азотная кислота Неустойчивое вещество
Амилацетат Отличная (при t < +22 °C)
Амины Отличная (при t < +22 °C)
Аммиак Отличная (при t < +22 °C)
Аммиак Отличная (при t < +22 °C)
Анилин Сносная (при t < +22 °C)
Ацетат натрия Отличная
Ацетилен Отличная
Ацетон Неустойчивое вещество
Бензин Отличная
Бензол Отличная (при t < +22 °C)
Бертолетова соль Отличная
Бикарбонат калия Отличная
Бикарбонат натрия Отличная
Бисульфат натрия Отличная
Бисульфит кальция Отличная (при t < +22 °C)
Борная кислота Отличная (при t < +22 °C)
Бром Неустойчивое вещество
Бромид калия Отличная
Бромистоводородная кислота Неустойчивое вещество
Бура (пироборнокислый натрий), Отличная (при t < +22 °C)
Бутадиен (дивинил) Отличная (при t < +22 °C)
Бутан газ Отличная (при t < +22 °C)
Бутилацетат Хорошая (при t < +22 °C)
Винная кислота Отличная
Гексан Хорошая
Гидравлическая жидкость Отличная
Гексафторкремнекислота. Сносная
Гептан, Отличная
Гидроксид аммония Отличная (при t < +22 °C)
Гидроксид бария Отличная (при t < +22 °C)
Гидроксид калия Отличная
Гидроксид кальция Отличная (при t < +22 °C)
Гидроксид магния Отличная
Гидроксид натрия Хорошая (при t < +50 °C)
Гипохлорит кальция Отличная (при t < +22 °C)
Гипохлорит натрия Неустойчивое вещество
Глицерин Отличная
Глюкоза Хорошая
Дизельное топливо Отличная (при t < +22 °C)
Диоксид серы Отличная (при t < +22 °C)
Дистиллированная вода Отличная
Дихлорэтан Хорошая (при t < +50 °C)
Дихромат калия Сносная
Дубильная кислота Отличная
Железный купорос Отличная (при t < +22 °C)
Жирные кислоты Отличная (при t < +22 °C)
Гидроксид алюминия Хорошая (при t < +22 °C)
Изопропиловый спирт Отличная
Карбонат аммония Отличная (при t < +22 °C)
Карбонат бария Отличная (при t < +22 °C)
Карбонат калия Отличная
Карбонат кальция Отличная (при t < +22 °C)
Карбонат натрия Сносная (при t < +22 °C)
Касторовое масло Отличная
Керосин Отличная
Ксилол Отличная
Лигроин Отличная
Лимонная кислота Отличная (при t < +22 °C)
Малеиновая кислота Отличная
Масляная кислота Сносная (при t < +22 °C)
Метиловый спирт Хорошая (при t < +22 °C)
Метилэтилкетон Сносная (при t < +22 °C)
Молочная кислота Хорошая (при t < +22 °C)
Морская (солёная) вода Отличная
Моча Отличная
Муравьиная кислота Сносная (при t < +22 °C)
Мыло Отличная
Нафталин Отличная
Нитрат аммония Отличная (при t < +22 °C)
Нитрат калия Отличная
Нитрат магния Отличная
Нитрат меди Отличная (при t < +22 °C)
Нитрат натрия Отличная
Нитрат серебра Отличная
Олеиновая кислота Отличная
Перекись водорода 10 % Сносная (при t < +22 °C)
Пиво Отличная (при t < +22 °C)
Пикриновая кислота Отличная
Плавиковая кислота Хорошая (при t +22 °C)
Пропан жидкий Отличная
Реактивное топливо Отличная
Ртуть Отличная
Пресная вода Отличная
Серная кислота 75—100 % Сносная (при t < +22 °C)
Сероводород Отличная
Силикат натрия Отличная
Соляная кислота 20 % Хорошая (при t < +22 °C)
Стеариновая кислота Хорошая
Сульфат алюминия Отличная (при t < +22 °C)
Сульфат аммония Отличная (при t < +22 °C)
Сульфат бария Сносная (при t < +22 °C)
Сульфат железа Отличная (при t < +22 °C)
Сульфат калия Отличная
Сульфат кальция Отличная (при t < +22 °C)
Сульфат магния Отличная
Сульфат натрия Отличная
Сульфат никеля Отличная
Сульфид бария Хорошая (при t < +22 °C)
Сульфит натрия Отличная
Терпентин Хорошая
Тетрахлорид углерода Отличная (при t < +22 °C)
Тиосульфат натрия Отличная
Толуол Хорошая (при t < +22 °C)
Углекислота Хорошая (при t < +22 °C)
Углекислый газ Отличная (при t < +22 °C)
Углекислый магний Отличная
Уксус Отличная
Уксусная кислота Отличная
Уксуснокислый свинец Отличная
Фенол (оксибензол) Хорошая
Формальдегид 40 % Отличная (при t < +22 °C)
Фосфат аммония Отличная (при t < +22 °C)
Фосфорная кислота Хорошая
Фреон Отличная
Фторид алюминия Хорошая (при t < +22 °C)
Фтор газообразный Неустойчивое вещество
Фтористый натрий Отличная
Хлорид алюминия Отличная (при t < +22 °C)
Хлорид аммония Отличная (при t < +22 °C)
Хлорид бария Отличная (при t < +22 °C)
Хлорид железа Отличная (при t < +22 °C)
Хлорид калия Отличная
Хлорид кальция Отличная (при t < +22 °C)
Хлорид магния Отличная
Хлорид меди Отличная
Хлорид натрия Отличная
Хлорид никеля Отличная
Хлорид цинка Отличная
Хлористое железо Отличная (при t < +22 °C)
Хлористое олово Отличная
Цианид натрия Отличная
Цианистый водород Отличная
Щавелевая кислота Отличная
Этилацетат Сносная (при t < +22 °C)
Этиленгликоль Сносная (при t < +22 °C)
Этиловый спирт Отличная (при t < +50 °C)
Этилхлорид Отличная (при t < +22 °C)

См. также[ | код]

Примечания[ | код]

  1. 1 2 3 Дмитрий Старокадомский. Длинный век эпоксидки // Наука и жизнь. — 2018. — № 1. — С. 66—69.
  2. 1 2 А. Ф. Николаев, В. К. Крыжановский, В. В. Бурлов и др. Технология полимерных материалов / Под ред. В. К. Крыжановского. — СПб.: Профессия, 2008. — 544 с.
  3. Отвердители для эпоксидных смол
  4. Современные отвердители эпоксидных смол
  5. Эпоксидная смола
  6. Хозин В. Г. Усиление эпоксидных полимеров. — Казань: ПИК «Дом печати», 2004. — 446 с.

Литература[ | код]

Ссылки[ | код]

Реклама