Эпоксидная смола состав

ЭПОКСИДНЫЕ СМОЛЫ

ЭПОКСИДНЫЕ СМОЛЫ, олигомеры, содержащие в молекуле одну или более глицидиловых либо эпоксидных групп; способны под действием отвердителей превращаться в сшитые (сетчатые) полимеры. Эпоксидные группы могут находиться в алифатич. циклах или цепях, глицидиловые — чаще всего на концах цепей.
Э поксидные смолы, содержащие в молекуле глицидиловые группы, синтезируют из эпихлоргидрина (иногда глицидола) и соед. с активным атомом водорода (спирты, фенолы, тиофенолы, карбоновые к-ты, амины, амиды и т. п.):

Присоединение эпихлоргидрина с раскрытием цикла и образованием 1,2-хлоргидрина происходит под действием оснований, к-т или солей; дегидрохлорирование промежут. 1,2-хлоргидрина протекает в присут. оснований и приводит к образованию глицидиловых концевых групп, дальнейшее взаимод. к-рых с соед., содержащими активный атом Н, дает эпоксидные смолы. Олигомеры с концевыми глицидиловыми группами обычно получают в избытке эпихлоргидрина.
В ходе синтеза эпоксидных смол протекает также ряд побочных р-ций: гидролиз и алкоголиз эпихлоргидрина и образующихся глицидиловых групп, полимеризация и изомеризация эпоксигрупп в карбонильные, аномальное раскрытие цикла эпихлоргидрина с образованием 1,3-хлоргидрина.
Наиб. распространены эпоксидные смолы на основе 2,2-ди(4-гидроксифенил)пропана (дифенилолпропана, диана, бисфенола А) -т. наз. диановые эпоксидные смолы общей ф-лы I.

При синтезе низкомол. диановых смол (мол. м. 350-450) молярное соотношение дифенилолпропана и эпихлоргидрина 1:(8-10). Смесь в-в нагревают до кипения и постепенно (5-8 ч) добавляют к ней 40 %-ный водный р-р NaOH; непрореагировавший эпихлоргидрин и воду непрерывно отгоняют из зоны р-ции в виде азеотропной смеси. Эпоксидные смолы с мол. м. 500-1000 получают аналогичным способом, но при молярном соотношении 1:(1,5-1,9); процесс ведут в присут. р-рителей -ксилола, толуола либо их смесей с бутиловым спиртом или циклогексаноном. Эпоксидные смолы с мол. м. 1000-3500 синтезируют поликонденсацией низкомол. эпоксидных олигомеров с ди-фенилолпропаном в расплаве при 140-210 °С (катализаторы — третичные амины, мочевина, Na2СО3). Диановые эпоксидные смолы-вязкие жидкости или твердые хрупкие в-ва от светло-желтого до коричневого цвета; раств. в толуоле, ксилоле, ацетоне, метилэтилкетоне, метилизобутилкетоне и их смесях со спиртами, напр. бутиловым (табл.).
Э поксидные смолы с эпоксидными группами в алифатич. циклах или цепях получают окислением (эпоксидированием) ненасыщенных соед. надкислотами (напр., надуксусной к-той). Практич. значение имеют диэпоксиды тетрагидробензилового эфира тетрагидробензойной к-ты (П), дициклопентенилового эфира (Ш), 4-винилциклогексена (IV), эпоксидированные олигомеры дивинила. Эти эпоксидные смолы- высоковязкие жидкости, р-римые в большинстве полярных р-рителей.

Ярко выраженный полярный характер связи С — О в эпоксидном цикле в сочетании с его высокой напряженностью обусловливает способность эпоксидных смол раскрывать цикл под действием нуклеоф. и электроф. реагентов (отвердителей) с образованием твердых сетчатых полимеров. В качестве нуклеоф. отвердителей используют алифатич. и ароматич. первичные и вторичные ди- и полиамины, многоосновные к-ты и их ангидриды, многоатомные спирты, фенолы и их тиопроизвод-ные, а также полиамиды, феноло-формальдегидные смолы резольного и новолачного типа, третичные амины и их соли; в качестве электроф. отвердителей — к-ты Бренстеда и Льюиса, способные образовывать с эпоксидным циклом триалкилоксониевый ион. Процесс отверждения нуклеоф. агентами протекает по механизму р-ции поликонденсации или анионной полимеризации, электрофильными — только по механизму катионной полимеризации.
Для получения эпоксидных композиций пониженной вязкости используют т. наз. жидкие отвердители (аминоэфиры, жидкий изомер метилтетрагидрофталевого ангидрида) в сочетании с химически активными разбавителями, содержащими эпоксидные группы (напр., с глицидиловыми эфирами гликолей, алкилфенолов и разветвленных карбоновых к-т, эпоксидированными маслами и терпенами). Для увеличения вязкости в композиции вводят высокомол. соед. (напр., поливинилбутираль) или мелкодисперсные наполнители (напр., аэросил) в кол-ве 3-5%.
Различают низко- и высокотемпературные процессы отверждения эпоксидных смол. Процесс низкотемпературного («холодного») отверждения (

20 °С) обычно проводят с использованием алифатич. полиаминов или продуктов их конденсации с фенолом, формальдегидом и многоосновными карбоновыми к-тами; глубина отверждения обычно не превышает 65-70%; система достигает полной конверсии лишь при послед, прогревании при 50-100 °С в течение 2-12 ч.
При высокотемпературном («горячем») отверждении осн. отвердители — ароматич. полиамины (м-фенилендиамин, 4,4′-диаминодифенилметан, 4,4′-диаминодифенилсульфон), феноло- и мочевиноальдегидные смолы, ди- и поликарбоновые к-ты и их ангидриды [гл. обр. фталевый, метилтетрагидрофгалевый, гексагидрофталевый, малеиновый, эндометилентетрагидрофталевый (эндиковый) и их смеси]; в качестве катализаторов иногда используют малолетучие третичные амины и их соли. Проводят горячее отверждение при 100-300 °С в течение неск. секунд (в тонких слоях) или неск. часов.
Отвержденные эпоксидные смолы имеют микрогетерогенную структуру глобулярного типа, формирование к-рой наблюдается уже в жидкой фазе на начальных стадиях отверждения; размер частиц зависит от состава неотвержденной эпоксидной смолы и условий отверждения, уменьшаясь с возрастанием т-ры. Ниже приведены нек-рые св-ва отвержденных диановых эпоксидных смол:

Плотн. при 20 °С, г/см 3 1,16-1,25
Т-ра стеклования, °С 60-180
Теплопроводность, Вт/(м х К) 0,17-0,19
Уд. теплоемкость, кДж/(кг х К) 0,8-1,2 Температурный коэф. линейного расширения, град -1 (45-65) х 10 -6
Теплостойкость по Мартенсу, °С 55-170
Относит. удлинение, % 0,5-6
Диэлектрич. проницаемость (20 °С, 1 МГц) 3,5-5
Тангенс угла диэлектрич. потерь (20 °С, 1 МГц) 0,01-0,03
Уд. электрич. сопротивление (20 °С), Ом х см 10 14 -10 16
Ударная вязкость, кДж/м 2 5-25
Влагопроницаемость, г/см х ч х мм рт. ст. 2,1 х 10 -10
Коэф. диффузии воды, см 2 /ч до 10 -6

Основы химии эпоксидных смол

Знание химии эпоксидных смол (ЭС) не требуется для большинства рутинных действий – склейки, пропитки небольшого объёма стеклоткани. Но иногда всё же крайне желательно иметь представление об их химических свойствах. Особенно для тех, кто:
— работает с большими объёмами смол;
— работает с прозрачными составами;
— имеет большие по времени проекты, которые предполагают работу в разных условиях и температурных режимах (например, начало работы летом и окончание зимой).

Синтез эпоксидных смол.

Синтез эпоксидной смолы не очень сложен. Два вещества с короткими и несложными формулами – бисфенол А и эпихлоргидрин – реагируют друг с другом, в результате получается диглицидиловый эфир бисфенола А (ДГЭБА), он же и есть – основная эпоксидная смола.
Сама по себе основная эпоксидная смола обладает очень высокой вязкостью и используется только как сырьё для получения других смол. Существует ряд смол, очень близких по составу к ДГЭБА (например, DER-332), но и они встречаются редко. Производители эпоксидных составов приобретают смолу именно в виде ДГЭБА и затем добавляют к ней определенные компоненты (модифицируют). Имено эти модификации обеспечивают большое разнообразие ЭС с самыми разными свойствами на рынке.

Отвердители эпоксидных смол.

Отвердители, применяемые с эпоксидной смолой при комнатной температуре – в основном полиамины. Они изготавливаются с применением аммиака, отчего обладают резким запахом и имеют щелочную реакцию. Классические примеры отвердителей — ПЭПА (полиэтиленполиамин) и ТЭТА (триэтилентетрамин). Этал-45М, хотя и является также аминным соединением, не имеет резкого запаха.

Как происходит отверждение эпоксидных смол?

Суть реакции такова: атомы водорода (из аминогрупп отвердителя) взаимодействуют с атомами кислорода (из глицидиловых групп эпоксидной смолы).
Ниже представлена наглядная схема, как это происходит. Участки, где происходит реакция, обведены красным. В нижней части схемы видна сформировавшаяся сетка связей. Эта трехмерная разветвлённая структура обеспечивает смоле отличные физические свойства: прочность, твердость, устойчивость к химически агрессивным средам.

Соотношение смолы и отвердителя определяется соотношением участвующих в реакции атомов кислорода и атомов водорода. Изменение химически верного соотношения приведет к тому , что останутся атомы кислорода или водорода, которые в реакции не участвовали. В итоге сетка химических связей будет иметь разрывы и промежутки, и смола не наберёт свою максимальную прочность.

От чего зависит время отверждения эпоксидной смолы?

Время отверждения эпоксидной смолы зависит от реакционной активности атомов водорода аминных групп отвердителя. Это время можно изменить, применяя разные отвердители или нагревая смолу. И здесь есть ряд нюансов и хитростей.
Реакция отверждения ЭС – экзотермическая, и это очень важно. Это означает , что в ходе реакции выделяется тепло. Это же самое тепло и ускоряет реакцию: по правилам термодинамики при повышении температуры на каждые 10°С скорость реакции удваивается. Соответственно, повлиять на скорость отверджения проще всего, регулируя температуру смеси.

Что такое желатинизация? Как её отсрочить?

Временем желатинизации (или гелеобразования) называется время, по прошествии которого смола перестаёт течь и становится твёрдой. По сути, это время, в ходе которого полимеризуется основная масса смолы. Мы уже знаем, что это время зависит от температуры смеси. Но вот интересный нюанс: в чашке смола застывает быстрее, чем будучи нанесённой тонким слоем на поверхность. Этот эффект объясняется просто: тонкая плёнка быстро остывает, и экзотермическая реакция не может его ускорить – всё тепло уходит в воздух.
Получается, что время жизнеспособности смолы до её отверждения можно увеличить путем увеличения площади поверхности, уменьшения массы смеси или охлаждением смолы и отвердителя перед смешиванием. Опытные специалисты обычно готовят смесь в нужном объёме, который можно быстро нанести.

Сколько времени занимает отверждение?

В твердых телах химические реакции протекают медленнее, и, когда смола первично отверждается, дальнейшая реакция сильно замедляется. При нормальной температуре смола достигает от 60 до 80% окончательной прочности спустя 24 часа. Уже твёрдая на ощупь смола продолжит набирать твердость и прочность до двух недель, а в холоде – ещё дольше. Однако для большинства целей можно считать, что смолы, полимеризующиеся при комнатной температуре, окончательно отверждаются спустя 72 часа при 20°С.

Типичные ошибки

Важно, что при слишком быстром добавлении отвердителя (обычно он должен добавляться тонкой струйкой, порциями или по каплям) возможно лавинообразное нарастание температуры смеси: она буквально закипает и отверждается мгновенно. Кроме того, высокая температура смещает оттенок даже прозрачных или относительно прозрачных смесей (например, ЭД-20 + ТЭТА) в сторону жёлтого цвета.
Крайне нежелательно использовать эпоксидную смолу как финишное покрытие изделия, несмотря на её высокую прочность. Дело в том, что незащищенная эпоксидная смола плохо перносит солнечный свет (УФ излучение). Спустя примерно полгода нахождения под ярким солнечным светом начинается ее разрушение. Защитить смолу можно при помощи краски и лака, содержащих УФ защиту.
Необходим очень осторожный подход при применении эпоксидных смол в паре с полиэфирными. При этом надо соблюдать одно главное правило : эпоксидную смолу можно наносить поверх отвержденной полиэфирной , которая при этом обезжирена и зачищена , но никогда нельзя наносить полиэфирную поверх отвержденной эпоксидной . Амины , не вступившие в реакцию в эпоксидной смоле , будут препятствовать катализатору (пероксиду) полиэфирной смолы, в результате чего на их границе смола будет не полностью отвержденной. Такое соединение очень ненадёжно.

Химический состав

Понятие «жизнеспособности» эпоксидной смолы

Жизнеспособность – это период времени, за который общая масса эпоксидной смолы поддерживается в жидком состоянии при той или иной температуре в помещении. Стандартом выступает 100 г. смеси при температуре 25°C. Данное понятие применяется для сравнения скорости отверждения разных отвердителей и имеет большое значение для проведения различных строительных операций.

С помощью жизнеспособности можно определить оптимальное время, для нанесения, смешивания, выравнивания, сборки, формования и фиксации отвердителя. Под временем отверждения понимают срок до которого зажимы могут быть удалены, возможно выполнить шлифовку и перейти к следующему этапу работы.

Так как речь идет о застывании определенного объема эпоксидного материала, а не пленки, то жизнеспособность отвердителя или эпоксидной смолы намного короче, чем общее время работы.

Факторы, влияющие на жизнеспособность эпоксидной смолы

Время отверждения и жизнеспособность эпоксидной смолы зависит от следующих факторов:

Любой отвердитель работает наилучшим образом при определенном температурном диапазоне.При любой температуре из этого диапазона каждая комбинация отвердителя и смолы проходит одинаковые этапы отверждения, но с разными временными рамками. Таким образом, следует отдавать предпочтение определенному отвердителю, способному обеспечить оптимальное для вас рабочее время при той температуре в помещение и условиях, в которых выполняются строительные работы. В инструкции ко всему ассортименту продукции нашего интернет-магазина«EpoxyMax» вы найдете исчерпывающую информацию о времени отверждения и жизнеспособности отвердителей.

При смешивании смолы с отвердителем происходит экзотермическая реакция. Рекомендуется смешивать небольшое количество смолы, потому что при большем объеме материала будет выделяться больше тепла, что укоротит жизнеспособность и срок отверждения. К примеру, смесь объемом около 200 грамм выделяет такое количество тепла, что способна расплавить пластиковую емкость, в которой она смешивается с отвердителем. Если же распределить смесь тонкой пленкой, тепло не будет выделяться так быстро, и время отверждения начнет зависеть только от температуры окружающей среды.

В работе с эпоксидной смолой важно учитывать не только температуру окружающей среды и материала, вступающего в контакт с ней, но и тепло от экзотермической реакции.

Контроль периода отверждения

Если речь идет о помещениях с высокой температурой, следует использовать «медленный» отвердитель. В нашем интернет-магазине данным характеристикам отвечают отвердители «ПЭПА» и «ТЭТА».Они значительно увеличит жизнеспособность смеси. Для достижения более оптимального результата рекомендуется смешивать небольшое количество материала или выливать его в плоский поддон.

После смешивания смолы с отвердителем, вы должны как можно скорее нанести ее на уже подготовленную поверхность. Так у вас останется больше времени на ее равномерное распределение и склейку.

В условиях низких температур рекомендуется использовать более быстрый отвердитель, к примеру «АФ-2»( характеристики которого позволяют применять его даже на морозе и в условиях повышенной влажности), и прибегать к помощи обогревательных приборов — фена, ламп или других источников тепла для подогрева смолы и отвердителя перед смешиванием и после нанесения их на поверхность. Так же обогревательные приборы допускается использовать для скорейшего отверждения в условиях комнатной температуры.

Н е стоит чрезмерно нагревать смесь. Это снизит ее вязкость и вызовет текучесть на вертикальных поверхностях. Так же слишком нагретая смесь, нанесенная на пористый материал (мягкую древесину или пробковый материл низкой плотности), способна провоцировать выход из него газов и формирование в слое эпоксидной смолы пузырьков. Чтобы предотвратить это, не нагревайте покрытие пока оно не перейдет в гелеобразное состояние. В свою очередь, смешанную эпоксидную смолу в жидком состоянии не нужно нагревать до температуры выше 50°C. Вне зависимости от предпринятых мер контроля времени отверждения, детальное планирование нанесения и сборки поможет наиболее выгодным образом варьировать срок жизнеспособности и период отверждения эпоксидной смеси.

Стадии отверждения эпоксидного состава


Смешивание отвердителя со смолой вызывает химическую реакцию, переводящую в твердое состояние жидкие компоненты смеси. В процессе отверждения смешанная жидкая эпоксидная смола превращается в гель, а потом переходит в твердое состояние.

Ниже данные стадии будут рассмотрены более подробно.

А) В жидком состоянии смола находится сразу после ее смешивания с отвердителем. В таком виде она наиболее пригодна к дальнейшему применению, поэтому для обеспечения надежного соединения все работы по фиксации и сборке следует выполнить именно в этот промежуток времени.

Б) Гелеобразное состояние – это начальная стадия отверждения. Теперь эпоксидная смола не способна обрабатываться и переходить из «липкого геля» в подобие твердой резины. На ее поверхности все еще можно сделать отпечаток ногтем. Это значит, что смесь еще не пригодна для последующей обработки. Новый слой можно наносить поверх без шлифовки, так как он вступит в химическое соединение с предыдущим.

В) Твердое состояние представляет собой последний этап отверждения. Именно в таком виде эпоксидная смесь может быть отшлифована и формована. Оставить какие-либо отпечатки на ее поверхности уже невозможно. Когда эпоксидная смесь достигает 90% жёсткости, зажимы можно будет снять. В таком виде материал продолжит застывать еще в течение пары дней при комнатной температуре. Если вы захотите нанести поверх него новый слой, химической реакции между ними не произойдет, поэтому поверхность предыдущего должна быть тщательно промыта и отшлифована для достижения наилучших механических свойств.

Чтобы снизить возможность отпечатывания стеклоткани и улучшить температурные характеристики смеси эпоксидной смолы, вы можете применить умеренное тепло после перехода материала в твердое состояние.

Ссылка на основную публикацию