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

В реакцию с эпоксидной смолой, для ее отверждения, вступают амидные группы, которые находятся на концах молекул отвердителей. Эти группы наиболее подвижные, они более легко вступают в реакцию отвердения. Амидные группы любого отвердителя вступают в реакцию с эпоксидными группами смолы. Образуется неподвижная сетчатая структура отвержденной смолы. В следствии чего, эпоксидная смола становится пластичной, твердой.

Чем больше в смоле эпоксидных групп, тем больше будет появляться в процессе реакции свободные связи, которые будут создавать пластичный полимер, взаимодействуя между собой с помощью различных химических связей.

Наиболее распространенными отверждающими агентами являются: алифатические и ароматические соединения, ди- и полиамины, низкомолекулярные полиамиды, ди- и поликарбоновые кислоты и их ангидгриды, фенолформальдегидные смолы и др.

По механизму поликонденсации эпоксидные смолы отверждаются первичными и вторичными ди- и полиаминами, многоосновными кислотами и их ангидридами, феноло-формальдегидными смолами резольного и новолачного типов, многоатомными спиртами и фенолами в количестве 5 – 120% от массы эпоксидной смолы.

По механизму полимеризации эпоксидно-диановые смолы отверждаютсятретичными аминами, аминофенолами и их солями, кислотами Льюиса и их комплексами с основаниями в количестве обычно 5 – 15% от массы смолы.

Реакции поликонденсации и ионной полимеризации протекают одновременно при отверждении эпоксидной смолы дициан-диамидом. Эпоксидные смолы способны отверждаются без подвода тепла (в том числе при температуpax ниже 0°С), в присутствии влаги и даже в воде.

Отверждение по механизму поликонденсации

Для холодного (без подвода тепла) отверждения эпоксидные смолы (молекулярной массой до 1000) в качестве отвердителей применяют алифатические полиамины (в том числе продукты их модификации), чаще всего полиэтиленполиамины H2N(CH2CH2NH) nH, где n—1—4, или гексаметилендиаминами в количестве 5—15% от массы эпоксидной смолы.

Жизнеспособность композиций с такими отвердителями при 15—25°С составляет 1—3 ч (навеска 10 — 20г), длительность отверждения — около 24 ч (хотя степень отверждения продолжает увеличиваться еще в течение 10—30 суток). Степень отверждения при комнатной температуре не превышает 65—70%. Для повышения ее и, следовательно, улучшения и стабилизации свойств продуктов отверждения проводят термообработку при 60—120°С в течение 12—2 часов.

1.2.1. Отвердители для эпоксидных смол

Триэтилентетрамин (ТЭТА). Структурная формула триэтилентетрамина (ТЭТА):

Триэтилентетрамин (ТЭТА) – представляет собой прозрачную низковязкую жидкость, едкую, с резким запахом. Массовая доля ТЭТА в продукте составляет не менее 96%.

Триэтилентетрамин имеет в своем составе меньшее число аминогрупп, чем полиэтиленполиамин (ПЭПА), поэтому его отверждающая способность ниже, особенно при комнатных температурах. Доотверждение как правило происходит только при повышенных температурах, при комнатной температуре поверхность изделия часто остается липкой. Но в случае успешного отверждения с использованием ТЭТА, изделие будет обладать большей механической прочностью, однородностью свойств, прозрачностью, химической чистотой, чем при использовании ПЭПА.

Полиэтиленполиамин (ПЭПА) выглядит также как триэтилентетрамин (ТЭТА), но у полиэтиленполиамина амидных групп больше:

ПЭПА представляет собой вязкую темно-коричневую жидкость. 65-75% продукта составляет «кубовый остаток», т.е. неконтролируемые примеси, а на долю собственно отвердителя остается только 25-35%. Кубовый остаток не участвует в реакции смолы с отвердителем – остается в изделии. Поэтому отвердитель ПЭПА не используется в случае, если готовое изделие предназначается для бытового использования, хранения чистой воды (бассейн), контактирования с пищей и пр. Также этот отвердитель невозможно использовать если необходима прозрачность изделия.

Бывают случаи, когда поверхность изделия, отвержденного ПЭПА, кажется жирной на ощупь – следствие присутствия жирных кислот в кубовом остатке.

1.2.2. Пластификаторы для эпоксидных смол

Пластификаторы используются с целью придать эпоксидной смоле пластичные свойства. При добавлении пластификатора эпоксидная смола после отверждения не лопается, не трескается с течением времени. Пластификатор также используется при изготовлении достаточно большого изделия, поскольку в противном случае возможно появление трещин еще на стадии затвердевания.

Наиболее распространены два пластификатора – дибутилфталат (ДБФ) и эпоксидная алифатическая смола ДЭГ-1.

Дибутилфталат (ДБФ) является универсальным пластификатором, спектр его применения достаточно широк и пластификация эпоксидных смол – одно из направлений. Дибутилфталат достаточно плохо реагирует с эпоксидной смолой. Для достижения результата смолу с дибутилфталатом (ДБФ) медленно нагреваюи до 50-60°С, интенсивно перемешивать в течении 2-3 часов.

Дибутилфталат (ДБФ) дает крайне небольшой пластический эффект, его обычно бывает достаточно для предотвращения растрескивания изделий при затвердевании или на морозе. Со временем может ДБФ испаряется из уже готового изделия, и пластичность пропадает. Максимальная дозировка дибутилфталата – 10%.

Смола ДЭГ-1 – пластификатор, активный разбавитель, специально разработан для пластифицирования эпоксидных смол. Этот пластификатор прекрасно смешивается с эпоксидной смолой, допустимы различные пропорции (1 – 20% и более; обычно 5 – 10%). Этот пластификатор давает очень мощный пластический эффект (при большой дозе смолы ДЭГ-1 отвержденная смола будет напоминать битум; ДЭГ-1, являясь эпоксидной смолой, может быть отвержден в чистом виде).

Эпоксидная смола в смеси с пластификатором может храниться в течении долгого времени, такая смола называется модифицированной. ДЭГ-1 имеет свои особенности: при увеличении пластичности снижается механическая прочность изделия (отвержденный в чистом виде пластификатор ДЭГ-1 можно раскрошить руками). Недостаток пластификатора ДЭГ-1 – это коричневый цвет что не позволяет использовать его для изготовления прозрачных изделий.

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

Диановые эпоксидные смолы — вязкие жидкости или твердые хрупкие вещества от светло-желтого до коричневого цвета; растворяются в толуоле, ксилоле, ацетоне, метилэтилкетоне, метилизобутилкетоне и их смесях со спиртами    (бутиловым, этил- и бутилцеллозольвами, диацетоновым).

В отличие от других синтетических смол эпоксид твердеет без выделения побочных продуктов, которое обусловливает их малую усадку (0,3—2%). В изделиях затвердевшие эпоксидные смолы прочные, но не хрупкие. Отвержденные эпоксидные смолы устойчивы к водным растворам солей и кислот, не обладающим окислительными свойствами, например, фосфорной, соляной и разбавленной серной кислотам.

Эпоксидно-диановые смолы противостоят действию различных растворителей, за исключением кетонов, ароматических углеводородов и сложных эфиров при повышенной температуре (90-95оС). Их устойчивость к щелочным растворам значительно выше, чем фенольных и полиэфирных смол, по химической стойкости они уступают лишь фурановым смолам. Азотная и концентрированная серная кислоты разрушают эпоксидные смолы.

Смолы, отвержденные этилондиамином, можно применять до температуры не выше 95оС, а при использовании других отвердителей и при более высоких температурах. Например, смола, отвержденная м-фенлендиамином, выдерживает температуру 100-120оС.

Эпоксидные смолы обладают хорошей адгезией (клеющей способностью) к стекловолокну и металлам, высокой смачивающей способностью, устойчивостью к вибрационным и небольшим ударным нагрузкам, малой усадкой и небольшим водопоглощением.

Покрытия на основе эпоксидно-диановых смол характеризуются следующими свойствами: хорошая адгезия к металлу, стеклу, керамике, высокая твердость, эластичность, ценные диэлектрические свойства, стойкость в агрессивных средах.

Низкой вязкостью при 10—30 °С обладают диановые эпоксидные смолы молекулярной массой меньше 400. Для увеличения вязкости в композиции вводят высокомолекулярные соединения  (поливинилбутираль) или мелкодисперсные наполнители, например аэросил (Si02), в количестве 3 – 5% к обычно применяемым наполнителям для придания композиции тиксотропных свойств.

Выпускаемые композиции на основе эпоксидных смол характеризуются жизнеспособностью от 1–2 мин до 2 лет; их можно перерабатывать при температуpax от —20 до 180°С. Продолжительность гелеобразования в условиях переработки от 30 сек до 100 ч, объемная усадка 2—8%.

При отверждении эпоксидных смол не выделяются летучие вещества, что определяет сравнительную простоту технологии их переработки. В эпоксидные смолы можно вводить различные наполнители: минеральные, органические, металлические порошки, волокна, ткани и прочее.

Благодаря высокой влагостойкости, химической стойкости и исключительной адгезионной способности, эпоксидные смолы используют для производства влагостойких и химически стойких лаков, клеев универсального применения, а также цемента, шпаклевок и т.п.

Токсический эффект эпоксидных смол определяется прежде всего величиной молекулы эпоксидного олигомера и эпоксидным числом. Чем ниже молекулярный вес (масса) и больше эпоксидное число, тем выше токсичность смолы. Кроме того, токсические свойства смол в значительной мере зависят от количества летучих примесей в смолах, что приобретает особое значение при попадании их в организм через органы дыхания. Кумулятивное действие (накопление токсического эффекта) особенно отчетливо проявляется при действии низкомолекулярных смол.

Применение эпоксидно-диановых смол

Эпоксидные смолы применяются практически во всех отраслях промышленности и народного хозяйства: в электротехнической, радиоэлектронной промышленности, авиастроении, судостроении и машиностроении, в строительстве при производстве полимербетонов, наливных полов. В качестве компонента электроизоляционных компаундов, клеев, герметиков, связующих при производстве слоистых пластиков на основе стеклоткани, таких как: стеклотекстолит, трубки, цилиндры стеклотекстолитовые. А также в качестве связующих для армированных пластиков, в лакокрасочных материалах, стеклопластике.

Сама по себе эпоксидная смола не используется и приобретает свои ценные свойства только после смешения с отвердителем и окончания реакции полимеризации.

Эпоксидно-диановую смолу марки ЭД-20 и ее аналоги, используют  в электротехнической, радиоэлектронной промышленности, авиа-, судо- и машиностроении, в строительстве в качестве компонента заливочных и пропиточных компаундов, клеев, герметиков, связующих для армированных пластиков;

Растворы эпоксидно-диановой смолы  ЭД-20 в различных растворителях (концентрация по требованию заказчика) используются для изготовления эмалей, лаков, шпатлевок и в качестве полуфабриката для производства других эпоксидных смол, заливочных композиций и клеев.

Раздел 2. Объекты и методы исследования

В качестве объектов для проведения исследования были выбраны эпоксидно-диановые смолы: ЭД-20, Epomix R-140, Epoxy-520, ВЕ-188 и смола 128 полученные на основе диглицидилового эфира бисфенола А, а также DER-331, Epikote-828, NPEL-128 и YD-128  на основе эпихлоргидрина и бисфенола А.

Общая формула ЭД-20 и всех ее выше перечисленных аналогов имеет следующий вид:

В работе были использованы следующие методы испытаний:

1. Внешний вид смолы определяли визуально, помещая смолу в пробирку и просматривая ее в проходящем свете.

2. Определение цвета по железокобальтовой шкале проводили в соответствии с ГОСТ 19266.

3. Определение массовой доли эпоксидных групп проводили по ДСТУ 2087, используя обратный метод.

4. Определение массовой доли неорганического хлора  проводили по ДСТУ 2088.1.

5. Определение массовой доли омыляемого хлора  проводили по ДСТУ 2088.3.

6. Определение массовой доли гидроксильных групп проводили по ГОСТ 17555.

7. Определение массовой доли летучих веществ проводили по ГОСТ 22456.

8. Определение динамической вязкости проводили по ГОСТ 28593.

9. Определение времени желатинизации с малеиновым ангидридом при 100 оС   проводили в соответствии с методикой, описанной в ДСТУ 2093.

Рассмотрим более подробно каждый из вышеперечисленных методов. Результаты проведенных испытаний будут отражены ниже в третьем разделе.

2.1. Определение цвета по железокобальтовой шкале

Сущность метода заключается в сравнении интенсивности цвета испытуемого материала с интенсивностью цвета растворов шкалы сравнения и установлении номера раствора шкалы наиболее близкого к цвету материала.

В процессе проведения испытания используют следующие  материалы и приборы: весы с пределом взвешивания 203 г и погрешностью не более 0,0001 г; весы с пределом взвешивания 1000 г и погрешностью не более 0,01 г. Колбы, пробирки и ампулы, пипетки, бюретки, штатив для пробирок.