Товароведная оценка эпоксидно-диановых смол аналогов епоксидно-диановой смолы ЭД-20

5

С О Д Е Р Ж А Н И Е

Введение……………………………………………………………………………...........3

Раздел 1. Эпоксидно-диановые смолы: методы получения, отверждения, потребительские свойства и области применения………………………………...........5

1.1. Методы получения эпоксидно-диановых  смол…………………..................6

1.2. Отверждение эпоксидно-диановых  смол………………………..................10

                 1.2.1. Отвердители для эпоксидно-диановых смол…………………….......12

                 1.2.2. Пластификаторы для эпоксидно-диановых смол…………………....13

1.3. Потребительские свойства эпоксидно-диановых  смол и области их применения……………………………………………………………….........................14

Раздел 2. Объекты и методы исследования эпоксидно-диановых смол……………..18

2.1. Определение цвета по железокобальтовой шкале…………………………19

2.2. Определение массовой доли эпоксидных групп обратным методом…………………………………………………………………………………...21

2.3. Определение массовой доли неорганического хлора……………………...22

2.4. Определение массовой доли омыляемого хлора…………………………...24

2.5. Определение массовой доли гидроксильных групп……………………….26

2.6. Определение массовой доли летучих веществ……………………..............28

2.7. Определение динамической вязкости………………………………………30

2.8. Определение времени желатинизации с малеиновым ангидридом……….31

Раздел 3. Исследование потребительских свойств аналогов эпоксидно-диановой смолы ЭД-20……………………………………………………………………………...32

Выводы…..……………………………………………………………………………….43

Список использованных источников…………………………………………………...45

Введение

Эпоксидные смолы представляют самое универсальное семейство смол, применяемых для производства композитных конструкций и судоремонта. Практически по всем параметрам эти смолы обеспечивают самые высокие показатели клеевого шва и прочности.

В настоящее время разработаны смолы, не содержащие вредных для здоровья веществ и не выделяющие при отверждении фенола. Смолы обладают крайне малой усадкой. В случае ремонта компонента, изначально изготовленного на основе полиэфирных и винилэфирных смол и подвергнутого деформации и трещинам, хорошо армированная эпоксидная смола имеет прочность связи с основой 2000 пси (у винилэфирной 500 пси).

Не имеет значения, из какого сочетания древесины, углеволокна, кевлара, стекловолокна и заполнителя состоит ремонтируемое изделие, смола хорошо впитается и навсегда образует с ним композитное единое целое.

Когда эпоксидная смола используется в качестве химически стойкого барьерного слоя, покрытие ею обладает очень низким водопоглощением (менее 0.5%) и можно быть уверенным в том, что отделочные покрытия будут иметь хорошее сцепление с эпоксидной основой, а основа – с корпусом судна.

Современные эпоксидные смолы могут обладать низкой вязкостью и контролируемым временем отверждения.

Актуальность исследования в данной области заключается в том, что в последнее время эпоксидные смолы пользуются довольно большим спросом, как в Украине, так и за ее пределами, поэтому изучение ассортимента и технологии производства эпоксидных смол представляет не только научный, но и практический интерес.

         Тема курсовой работы – «Товароведная оценка эпоксидно-диановых смол аналогов епоксидно-диановой смолы ЭД-20».

       Цель данной работы – дать объективную оценку эпоксидно-диановым смолам представленным на украинском рынке. Изучить сырье используемое в процессе получения эпоксидно-диановых смол и требования, которые будут предъявляться к его качеству. Рассмотреть методы получения и отверждения, эпоксидно-диановых смол,  также их потребительские свойства и области применения. Еще будет проведено исследование потребительских свойств аналогов эпоксидно-диановой смолы ЭД-20.

Для достижения цели, был поставлен  ряд задач:

1.      Рассмотреть основные методы получения эпоксидно-диановых смол.

2.      Изучить процесс отверждения смол.       

3.      Изучить потребительские свойства смол

4.      Выяснить в каких областях промышленности применяются эпоксидно-диановые смолы.      

5.      Провести исследование потребительских свойств аналогов эпоксидно-диановой смолы ЭД-20.

Курсовая работа логически разделена на три раздела, в каждом из которых представлены определенные аспекты исследуемой темы. В первом разделе курсовой работы рассмотрены основные методы получения эпоксидно-диановых смол, процесс их отверждения, также изучены их потребительских свойства и области применения. Второй раздел посвящен объектам и методам исследования эпоксидно-диановых смол. И в заключительном, третьем разделе, рассмотрены потребительские свойства аналогов эпоксидно-диановой смолы ЭД-20.

Для написания курсовой работы использовались различные источники, они приведены в разделе «Список использованных источников».

Раздел 1. Эпоксидно-диановые смолы: методы получения, отверждения, потребительские свойства и области применения

Эпоксидные смолы (олигомеры) – это простые эфиры, имеющие боковые гидроксильные группы и две концевые эпоксидные группы. Число ОН-групп в молекуле олигомера соответствует коэффициенту "n". Наиболее распространенные эпоксидные смолы – продукты поликонденсации эпихлоргидринас фенолами, обычно с бисфенолом А. Эпоксидные смолы представляют собой, как правило, вязкие полимерные соединения получаемые  из веществ, которые содержат в своих молекулах эпоксидную группу:

Эпоксидная смола – общая структурная химическая формула:

В структурной формуле число “n” указывает на число мономеров в полимере эпоксидной смолы (степень полимеризации эпоксидной смолы) и может достигать 25. Удельная доля эпоксидных групп в молекуле смолы называется эпоксидным числом и является основной характеристикой эпоксидных смол. Эпоксидное число выражается в процентах и указывается в названии смолы.

Эпоксидно-диановая смола ЭД-20 представляют собой вязкую прозрачную жидкость на основе эпихлоргидрина и дифенилолпропана.    Твердой она  становятся только после превращения в полимер путем химического взаимодействия с отверждающими агентами.

Аббревиатура ЭД означает, что смола эпоксидно-диановая, а цифры указывают, что эпоксидное число равно 20 (это предел нормы содержания эпоксидных групп), и определяет количество отвердителя, кото­рое нужно добавить к смоле.

Эпоксидная смола марки ЭД-20 имеет 2 эпоксидные группы. Структурная формула эпоксидной смолы ЭД-20 имеет вид:

Чем больше степень полимеризации, тем гуще эпоксидная смола. Чем меньше номер в марке эпоксидной смолы, тем больше степень полимеризации. Если количество “n” приблизительно равно 25, то эпоксидная смола при комнатной температуре будет твердым пластиком.

Для эпоксидных смол с малым количеством мономеров в молекуле полимера, для отвердения необходимо вводить отвердители.

1.1. Методы получения эпоксидно-диановых  смол

Производство эпоксидных смол происходит в результате синтеза простейшего эпоксидного соединения — оксида этилена.  В настоящее время получение эпоксидных смолы возможно одним из трех методов:

1. Взаимодействием двух- и многоатомных фенолов, спиртов, аминов, кислот, представляющих собой протонодонорные соединения, с эпихлоргидрином с последующей регенерацией эпоксидной группы на стадии дегидрохлорирования.

2. При эпоксидироваиии непредельных соединений, проводимом органическими надкислотами, например надуксусной или надмуравьиной, либо пероксидами и гидропероксидами кислорода.

3. Путем реакций полимеризации и сополимеризации непредельных мономеров, имеющих в своем составе эпоксидные группы.

Эпоксидно-диановые смолы получают при взаимодействии дифенилпропана с веществами, содержащими эпоксидную группу:

Основным сырьем для производства смол являются эпихлоргирин и 4,4 дигидроксидифенилпропан (диан).

Эпихлоргидрин (3-хлор-1,2-эпиксипропан) представляет собой бесцветную жидкость с запахом хлороформа и кипит при 110 оС, плотность d = 1,1807 г/см3. Получают его из аллихлорида по хлоргидринному методу:

Молекула эпихлоргидрина содержит две активные группировки – эпоксидную и связь С-Сl. Эпоксидный цикл представляет собой почти правильный треугольник со значительно деформированными валентными углами (600). Поэтому происходит только частичное перекрывание атомных орбиталей и энергия связей уменьшается:

Эпоксидная группировка полярна и имеет дипольный момент =6,28*10 -30 Кл*м (1,88 D). Причинами этого являются полярность связей С–О и небольшой угол СОС, тогда как в обыч­ных простых эфирах угол СОС равен 109 - 1120 и ==4-10-30...4,3-10-30 Кл*м (1,2. . .1,3D).

Химические превращения эпоксидов определяются тем, что в молекуле имеются полярные связи С–О и атом кислорода с неподеленными парами электронов. Связь С–О в эпоксидах раз­рывается легко, особенно в условиях кислотного катализа.

Дигидроксидифенилпропан (диан) представляет собой кристаллическое вещество с температурой плавления 156-157 оС:

Его получают из фенола и ацетона в присутствии кислого катализатора.

Эпихлоргидрин взаимодействует по эпоксидной группе с активным атомом водорода. Образующийся хлоргидрин под действием основания подвергается дегидрохлорированию с образованием новой эпоксидной группы в глицидиловом производном, которая реагирует с активным атомом водорода другой молекулы и так далее; при дегидрохлорировании HCl связывается основанием (например, NaOH, давая в этом случае NaCl+H2O):

(Кат. – катализатор, в качестве которого используют основания, кислоты, соли металлов: n=0-3).

Если реакцию проводят в присутствии кислот, то на концах молекул остаются хлоргидриновые группы; поэтому для осуществления дегидрохлорирования добавляют щелочь.

Молекулярная масса эпоксидиановых смол определяется соотношением исходных соединений. Из-за протекания побочных реакций (гидролиз эпихлоргидрина до глицерина и эпоксигрупп глицидиловых производных до -гликолевых групп, изомеризация эпоксидных групп в карбонильные и взаимодействие первых с образующимися гидроксильными, образование концевых 1,3-хлоргидриновых групп , не замыкающихся в эпоксидный цикл) и из-за обратимости дегидрохлорирования, обуславливающей наличие 1,2-хлоргидриновых групп, количество эпоксидных групп в молекуле эпоксидиановой (или эпоксидной) смолы всегда меньше теоретического (например, в случае бифункциональных исходных соединений 1,5 - 1,9).

При взаимодействии дифенилпропана с эпихлоргидрином образуется полимер с прямой цепью, характеризующийся двумя функциональными группами- эпоксидной и гидроксильной. Строение неотверждённых ароматических эпоксидиановых смол может быть выражено следующей формулой:

Она содержит две конечные эпоксидные группы, и поэтому её рассматривают как диэпоксид. Вдоль цепи имеются гидроксильные группы, число которых зависит от молекулярного веса смолы. Изменяя соотношение между количеством эпихлоргидрина и дифенилпропана, можно получить смолы с цепью различной длины и с различным процентным соотношением эпоксидных и гидроксильных групп.

В зависимости от молекулярного веса и процентного содержания функциональных групп эти смолы могут быть как жидкими, так и твёрдыми продуктами. Чем выше молекулярный вес и меньше процентное содержание эпоксидных групп, тем выше температура плавления этих смол. Растворимость смол также обусловлена величиной их молекулярного веса.

Реакция получения эпоксидных полимеров протекает в две стадии: вначале образуются олигомеры – низкомолекулярные линейные термопластичные продукты, которые называются эпоксидными смолами и характеризуются плотностью 1150—1210 кг/м3. Эпоксидные смолы хорошо растворяются в таких органических растворителях, как ацетон, бензол, толуол, этилацетат, диоксан и др.

На второй стадии в процессе отверждения эпоксидные смолы переходят в неплавкое и нерастворимое состояние, т.е. в твердый продукт за счет создания в них пространственной структуры. В отвержденном состоянии эпоксидным полимерам присущ комплекс ценных технических свойств: когезионная и адгезионная прочность, химическая устойчивость и диэлектрические показатели. Вторая стадия может быть проведена в диапазоне температур – 20 - 200 oС.

Итак, реакция получения эпоксидной смолы протекает в щелочной среде в присутствии раствора NaOH по схеме:

Отечественная промышленность выпускает большое число разновидностей эпоксидных смол с молекулярной массой от 170 до 3500. Выпуск диановых олигомеров в общем объеме производства эпоксидных смол составляет более 90%.

1.2. Отверждение эпоксидно-диановых  смол

Отверждение эпоксидно-диановых смол происходит в результате поликонденсации с полифункциональными соединениями — отвердителями или в процессе ионной полимеризации по эпоксидным группам. В качестве отвердителей используются амины (алифатические и ароматические), дикарбоновые кислоты и их ангидриды, кислоты Льюиса, третичные амины, комплексы трифторида бора и др.

Благодаря высокой реакционной способности эпоксидных и гидроксильных групп, в качестве отвердителей эпоксидно-диановых  используют мономерные, V-олигомерные и полимерные соединения различных классов и, таким образом, в широком диапазоне возможно варьировать режимы отверждения (температуpа, время) и свойства получаемых трехмерных полимеров.