Добавлен: 09.01.2024
Просмотров: 121
Скачиваний: 6
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
− для отверждения УФизлучением, изоцианатами, при низких температурах, водоразбавляемых и др. Фирма «ХИМЭКС Лимитед», являющаяся дистрибьютором фирмы KUKDO, может не только предоставить потребителям образцы для испытаний, но и разработать состав связующего, позволяющий решать сложные технические задачи конкретных заказчиков.
В заключение хотелось бы кратко остановиться на проблеме дальнейшего развития производства и потребления ЭС в нашей стране. Прежде всего, следует отметить, что причины столь резкого снижения объёмов их производства, особенно в последние годы, вполне типичны для многих промышленных производств. После распада СССР ряд цехов, выпускающих ЭС в Азербайджане, Украине, Эстонии, оказался за пределами РФ. Значительно снизилась потребность в ЭС в оборонной и машиностроительной отраслях.
Прекратили работу лаборатории в УкрНИИПМ и НПО «Спектр ЛК» (бывший ГИПИ ЛКП), занимающиеся синтезом ЭС. Кроме того, в стране отсутствует техническая политика в данной области. Поэтому большая часть используемых смол приобретается по импорту. Нельзя не отметить, что закупаемая продукция в основном представляет собой традиционные базовые смолы, а не новые продукты современного качества. Как отмечалось выше, большинство отечественных специалистов не представляют или не учитывают реальное состояние промышленности в данной области. Ничем иным нельзя объяснить доминирующее положение смолы ЭД20 в большинстве научно-исследовательских разработок.
В то же время складывающаяся сейчас экономическая и политическая ситуация диктует решительное изменение подхода к деятельности российских производителей ЭС. Нельзя допустить практически полного прекращения выпуска продукции немногими оставшимися заводами, в частности Котовским ЛКЗ. В противном случае отечественная промышленность рискует оказаться в кабальной зависимости от зарубежных компаний.
II. Получение
1. Эта стадия по праву относится к типу реакций ступенчатой полимеризации. Сначала делают форполимер с использованием бисфенола А и эпихлоргидрина. Реакция примерно такова:
И как же протекает эта реакция? Первое, что происходит это то, что NaOH обменивается с бисфенолом А, при этом получается натриевая соль бисфенола:
Соль, как вы заметили, содержит кислород с тремя парами электронов, которые он ни с кем не делит. Этот конкретный атом кислорода очень щедр и готов поделиться этими электронами с атомом, которому повезло меньше. Поэтому он находит атом углерода на соседнем эпихлоргидрине, которому могли бы пригодиться электроны. Этот атом углерода тот, что находится рядом с атомом хлора. Предполагается, что атом хлора должен делить пару электронов с этим атомом углерода, но поскольку хлор является сильно электроотрицательным, он склонен к сохранению этой пары.
Поэтому кислород, будучи атомом добрым, дарит пару своих электронов углероду. Конечно, углерод может одновременно делить только четыре пары электронов, поэтому одна пара должна уйти от него, если он хочет взять ту пару у кислорода. Поэтому он отпускает те электроны, которые он делил с хлором, и посылает атом хлора идти своей дорогой, выталкивая его из молекулы.
В результате мы получаем молекулу, похожую на бисфенол А, только с присоединённой к ней эпоксидной группой. К тому же мы получаем NaCl. И что же происходит дальше? Могут происходить разные вещи. Как вы помните, эти форполимеры могут обладать разной молекулярной массой. Иногда степень полимеризации достигает 25. Иногда молекулы форполимера могут быть и маленькими, например, вот такими:
Будет молекула форполимера большой или маленькой, зависит от соотношения количества эпихлоргидрина и бисфенола в реагирующей смеси. Предположим, что cоотношение их таково, что на одну молекулу бисфенола А приходится две молекулы эпихлоргидрина. Давайте посмотрим, что произойдёт с молекулой, которую мы только что сделали при этом соотношении:
А произойдёт то, что мы получим присоединённую эпоксидную группу также и с другой стороны. Тогда реакция останавливается, поскольку не осталось групп соли бисфенола А, которые могли бы провзаимодействовать.
А что, если на каждую молекулу бисфенола А приходится менее двух молекул эпихлоргидрина? Тогда не все молекулы соли бисфенола А могут провзаимодействовать с эпихлоргидрином. Предположим, что соотношение теперь таково, что на каждые три молекулы эпихлоргидрина приходится две молекулы бисфенола А. Когда все молекулы эпихлоргидрина провзаимодействуют, у нас останется смесь с отношением вот таких двух молекул 50 :50.
Эти две молекулы могут прореагировать и вместе образовать такую молукулу:
А теперь у нас остался димер, который − так уж получилось − является натриевой солью. Обратите особое внимание на отрицательный заряд на атоме кислорода. Когда рядом оказывается молекула воды (а как вы помните, когда мы делали натриевую соль бисфенола А, у нас получилась заодно целая куча молекул воды) пара электронов атома кислорода атакует один из атомов водорода в молекуле воды и украдёт его у воды.
Теперь кислород образует спиртовую группу, и мы получаем обратно наш NaOH. Чем больше у вас эпихлоргидрина по сравнению с количеством соли бисфенола А, тем большего размера олигомер вы получаете.
. Отверждение диэпоксида при помощи диамина
Когда вы получили диэпоксидные форполимеры, вы должны все их связать вместе. Мы можем это сделать, добавив диамин. Диамин делает нечто интересное, когда он видит все эти эпоксидные группы на концах форполимера. Одинокие пары электронов в группе амина будут смотреть на эти эпоксидные группы и увидят, что эпоксидный атом кислорода, будучи электроотрицательным, утягивает все электроны у соседнего с ним атома углерода. Итак, аминные группы смотрят на эти атомы углерода и видят, что они могут легко отдать свои электроны атому углерода на конце молекулы.
Когда они сделали это, углерод отдаёт те две пары, которые он неравноправно делил с кислородом. Связь между атомами углерода и кислорода разрывается и образуется новая связь между атомом углерода и азотом в аминной группе. У нас остаётся отрицательный заряд на атоме кислорода и положительный на атоме азота.
А теперь давайте посмотрим на этот атом кислорода. У него уже есть три пары электронов, которые он не делит ни с каким другим атомом. Поэтому один из этих электронов, не задействованных в связях, смотрит, нет ли кругом чегонибудь, с чем можно было бы связаться, и он обнаруживает атом водорода, присоединённый к положительному атому азота. Поэтому те электроны и атакуют этот атом водорода.
Когда они нападают, они образуют связь с атомом водорода, и атом водорода отделяется от атома азота, оставляя при этом за собой электроны. Это нейтрализует положительный заряд, оставляя азот нейтральным. И, конечно же, атом кислорода теперь тоже нейтрален, поскольку он присоединил протон, и теперь он образует спиртовую группу.
На аминной группе еще остался один атом водорода, и он может провзаимодействовать с ещё одной эпоксидной группой точно таким же образом. Сколько атомов водорода есть у аминной группы, с таким количеством эпоксидных групп она и может прореагировать. Вот что мы, в конце концов, получаем:
Как вы помните, мы используем диамин, поэтому аминная группа на другом конце молекулы диамина также может провзаимодействовать ещё с двумя эпоксидными группами. Поэтому, в конце концов, мы получаем четыре эпоксидных форполимера, связанных с одной молекулой диамина.
Как вы помните, другие концы диэпоксидных форполимеров присоединены к другим молекулам диамина. Таким образом, все молекулы диамина и все диэпоксидные молекулы связываются между собой в одну большую молекулу с сетчатой структурой. Эта структура выглядит примерно так:
III. Применение
. Наиболее часто эпоксидные смолы применяются в качестве эпоксидного клея, пропиточного материала вместе со стеклотканью для изготовления и ремонта различных корпусов (лодки, элементы кузова автомобиля и др.) или выполнения гидроизоляции помещений (пол и стены подвальных помещений, бассейны), а также как самый доступный способ в домашних условиях изготовить изделие из стеклопластика, как сразу готовое после отливки в форму, так и с возможностью последующей обработки резанием и шлифовки.
Использование эпоксидной смолы в качестве эпоксидного клея наиболее простое. Смешение эпоксидной смолы с отвердителем в этом случае как правило выполняется в крайне небольших объёмах (несколько граммов), поэтому перемешивание производится при комнатной температуре и не вызывает затруднений, а точность пропорции эпоксидная смола/отвердитель не столь важна (стандартная пропорция - 1:10, допустима приличная передозировка отвердителя, вплоть до 1:5).
Совсем другое дело, когда необходимо приготовить для работы большой объём эпоксидной смолы с отвердителем, хотя бы несколько килограммов. Эта операция сильно отличается от приготовления нескольких граммов эпоксидного клея. Ещё более сложным делом является изготовление достаточно массивного изделия из эпоксидной смолы (т.е. фактически изготовление стеклопластика), которое должно быть, например, достаточно прозрачным, чистым, не содержать пузырей воздуха, равномерно отвердеть в толще и по поверхности.
Реакция эпоксидной смолы с отвердителем необратима. Для успешного перемешивания смолы с пластификатором и отвердителем, эпоксидную смолу желательно нагреть до температуры выше комнатной, чтобы она стала менее вязкой. Для эпоксидной смолы, которая может кристаллизоваться при хранении, необходимо убедиться, что она прозрачная, не мутная, в противном случае нагреванием до 4050°С и интенсивным перемешиванием вернуть её в прозрачное состояние.
Для нагревания эпоксидной смолы удобно использовать «водяную баню» - опустить ёмкость с эпоксидной смолой в воду температурой 5060°С, помешивать для равномерного нагревания. Внимание! Избегайте попадания воды в эпоксидную смолу, и нагрева эпоксидной смолы до температуры выше 60°С. В случае перегрева возможно «закипание» эпоксидной смолы смола станет матовобелой, покроется пеной - такая эпоксидная смола непригодна к использованию.
Сначала в эпоксидную смолу добавляют пластификатор, смолу с ДБФ необходимо «варить» (медленно нагревать), при использовании ДЭГ1 − просто тщательно перемешать. Для перемешивания удобно использовать строительный миксернасадку на дрель. Соотношение эпоксидная смола/пластификатор может быть различным в зависимости от требуемого пластического эффекта, но обычно добавляется 510% пластификатора.
После смешения эпоксидной смолы с пластификатором в неё добавляют отвердитель. Иногда имеет смысл немного охладить эпоксидную смолу (до 30°С), чтобы уменьшить риск «закипания» смолы. Стандартное соотношение эпоксидная смола/отвердитель - 1:10. В некоторых специфических технологических процессах соотношение может сильно отличаться от общепринятого - быть от 1:5 до 1:20, но в подавляющем большинстве случаев используется соотношение, близкое к стандартному. Отвердитель необходимо лить в эпоксидную смолу, очень медленно, постоянно перемешивая. Сильная передозировка отвердителя даже временно в части ёмкости может привести к «закипанию» эпоксидной смолы (смола станет матово-белой, покроется пеной), в этом случае вся эпоксидная смола будет испорчена. Необходимо иметь в виду, что процесс смешивания эпоксидной смолы с отвердителем экзотермический (выделяется тепло), смола будет нагреваться. Иногда в процессе добавления отвердителя или сразу по окончании смешивания возникает лавинообразный процесс - эпоксидная смола очень быстро нагревается, практически моментально «встаёт» (затвердевает). Точная причина этого неизвестна, вероятно, это связано с передозировкой отвердителя и слишком высокой исходной температурой смолы. Жизнеспособность смеси эпоксидной смолы с отвердителем обычно 30 минут - 1 час (это сильно зависит от температуры смолы, типа отвердителя, его количества; можно добиться большего времени).
В заключение хотелось бы кратко остановиться на проблеме дальнейшего развития производства и потребления ЭС в нашей стране. Прежде всего, следует отметить, что причины столь резкого снижения объёмов их производства, особенно в последние годы, вполне типичны для многих промышленных производств. После распада СССР ряд цехов, выпускающих ЭС в Азербайджане, Украине, Эстонии, оказался за пределами РФ. Значительно снизилась потребность в ЭС в оборонной и машиностроительной отраслях.
Прекратили работу лаборатории в УкрНИИПМ и НПО «Спектр ЛК» (бывший ГИПИ ЛКП), занимающиеся синтезом ЭС. Кроме того, в стране отсутствует техническая политика в данной области. Поэтому большая часть используемых смол приобретается по импорту. Нельзя не отметить, что закупаемая продукция в основном представляет собой традиционные базовые смолы, а не новые продукты современного качества. Как отмечалось выше, большинство отечественных специалистов не представляют или не учитывают реальное состояние промышленности в данной области. Ничем иным нельзя объяснить доминирующее положение смолы ЭД20 в большинстве научно-исследовательских разработок.
В то же время складывающаяся сейчас экономическая и политическая ситуация диктует решительное изменение подхода к деятельности российских производителей ЭС. Нельзя допустить практически полного прекращения выпуска продукции немногими оставшимися заводами, в частности Котовским ЛКЗ. В противном случае отечественная промышленность рискует оказаться в кабальной зависимости от зарубежных компаний.
II. Получение
1. Эта стадия по праву относится к типу реакций ступенчатой полимеризации. Сначала делают форполимер с использованием бисфенола А и эпихлоргидрина. Реакция примерно такова:
И как же протекает эта реакция? Первое, что происходит это то, что NaOH обменивается с бисфенолом А, при этом получается натриевая соль бисфенола:
Соль, как вы заметили, содержит кислород с тремя парами электронов, которые он ни с кем не делит. Этот конкретный атом кислорода очень щедр и готов поделиться этими электронами с атомом, которому повезло меньше. Поэтому он находит атом углерода на соседнем эпихлоргидрине, которому могли бы пригодиться электроны. Этот атом углерода тот, что находится рядом с атомом хлора. Предполагается, что атом хлора должен делить пару электронов с этим атомом углерода, но поскольку хлор является сильно электроотрицательным, он склонен к сохранению этой пары.
Поэтому кислород, будучи атомом добрым, дарит пару своих электронов углероду. Конечно, углерод может одновременно делить только четыре пары электронов, поэтому одна пара должна уйти от него, если он хочет взять ту пару у кислорода. Поэтому он отпускает те электроны, которые он делил с хлором, и посылает атом хлора идти своей дорогой, выталкивая его из молекулы.
В результате мы получаем молекулу, похожую на бисфенол А, только с присоединённой к ней эпоксидной группой. К тому же мы получаем NaCl. И что же происходит дальше? Могут происходить разные вещи. Как вы помните, эти форполимеры могут обладать разной молекулярной массой. Иногда степень полимеризации достигает 25. Иногда молекулы форполимера могут быть и маленькими, например, вот такими:
Будет молекула форполимера большой или маленькой, зависит от соотношения количества эпихлоргидрина и бисфенола в реагирующей смеси. Предположим, что cоотношение их таково, что на одну молекулу бисфенола А приходится две молекулы эпихлоргидрина. Давайте посмотрим, что произойдёт с молекулой, которую мы только что сделали при этом соотношении:
А произойдёт то, что мы получим присоединённую эпоксидную группу также и с другой стороны. Тогда реакция останавливается, поскольку не осталось групп соли бисфенола А, которые могли бы провзаимодействовать.
А что, если на каждую молекулу бисфенола А приходится менее двух молекул эпихлоргидрина? Тогда не все молекулы соли бисфенола А могут провзаимодействовать с эпихлоргидрином. Предположим, что соотношение теперь таково, что на каждые три молекулы эпихлоргидрина приходится две молекулы бисфенола А. Когда все молекулы эпихлоргидрина провзаимодействуют, у нас останется смесь с отношением вот таких двух молекул 50 :50.
Эти две молекулы могут прореагировать и вместе образовать такую молукулу:
А теперь у нас остался димер, который − так уж получилось − является натриевой солью. Обратите особое внимание на отрицательный заряд на атоме кислорода. Когда рядом оказывается молекула воды (а как вы помните, когда мы делали натриевую соль бисфенола А, у нас получилась заодно целая куча молекул воды) пара электронов атома кислорода атакует один из атомов водорода в молекуле воды и украдёт его у воды.
Теперь кислород образует спиртовую группу, и мы получаем обратно наш NaOH. Чем больше у вас эпихлоргидрина по сравнению с количеством соли бисфенола А, тем большего размера олигомер вы получаете.
. Отверждение диэпоксида при помощи диамина
Когда вы получили диэпоксидные форполимеры, вы должны все их связать вместе. Мы можем это сделать, добавив диамин. Диамин делает нечто интересное, когда он видит все эти эпоксидные группы на концах форполимера. Одинокие пары электронов в группе амина будут смотреть на эти эпоксидные группы и увидят, что эпоксидный атом кислорода, будучи электроотрицательным, утягивает все электроны у соседнего с ним атома углерода. Итак, аминные группы смотрят на эти атомы углерода и видят, что они могут легко отдать свои электроны атому углерода на конце молекулы.
Когда они сделали это, углерод отдаёт те две пары, которые он неравноправно делил с кислородом. Связь между атомами углерода и кислорода разрывается и образуется новая связь между атомом углерода и азотом в аминной группе. У нас остаётся отрицательный заряд на атоме кислорода и положительный на атоме азота.
А теперь давайте посмотрим на этот атом кислорода. У него уже есть три пары электронов, которые он не делит ни с каким другим атомом. Поэтому один из этих электронов, не задействованных в связях, смотрит, нет ли кругом чегонибудь, с чем можно было бы связаться, и он обнаруживает атом водорода, присоединённый к положительному атому азота. Поэтому те электроны и атакуют этот атом водорода.
Когда они нападают, они образуют связь с атомом водорода, и атом водорода отделяется от атома азота, оставляя при этом за собой электроны. Это нейтрализует положительный заряд, оставляя азот нейтральным. И, конечно же, атом кислорода теперь тоже нейтрален, поскольку он присоединил протон, и теперь он образует спиртовую группу.
На аминной группе еще остался один атом водорода, и он может провзаимодействовать с ещё одной эпоксидной группой точно таким же образом. Сколько атомов водорода есть у аминной группы, с таким количеством эпоксидных групп она и может прореагировать. Вот что мы, в конце концов, получаем:
Как вы помните, мы используем диамин, поэтому аминная группа на другом конце молекулы диамина также может провзаимодействовать ещё с двумя эпоксидными группами. Поэтому, в конце концов, мы получаем четыре эпоксидных форполимера, связанных с одной молекулой диамина.
Как вы помните, другие концы диэпоксидных форполимеров присоединены к другим молекулам диамина. Таким образом, все молекулы диамина и все диэпоксидные молекулы связываются между собой в одну большую молекулу с сетчатой структурой. Эта структура выглядит примерно так:
III. Применение
. Наиболее часто эпоксидные смолы применяются в качестве эпоксидного клея, пропиточного материала вместе со стеклотканью для изготовления и ремонта различных корпусов (лодки, элементы кузова автомобиля и др.) или выполнения гидроизоляции помещений (пол и стены подвальных помещений, бассейны), а также как самый доступный способ в домашних условиях изготовить изделие из стеклопластика, как сразу готовое после отливки в форму, так и с возможностью последующей обработки резанием и шлифовки.
Использование эпоксидной смолы в качестве эпоксидного клея наиболее простое. Смешение эпоксидной смолы с отвердителем в этом случае как правило выполняется в крайне небольших объёмах (несколько граммов), поэтому перемешивание производится при комнатной температуре и не вызывает затруднений, а точность пропорции эпоксидная смола/отвердитель не столь важна (стандартная пропорция - 1:10, допустима приличная передозировка отвердителя, вплоть до 1:5).
Совсем другое дело, когда необходимо приготовить для работы большой объём эпоксидной смолы с отвердителем, хотя бы несколько килограммов. Эта операция сильно отличается от приготовления нескольких граммов эпоксидного клея. Ещё более сложным делом является изготовление достаточно массивного изделия из эпоксидной смолы (т.е. фактически изготовление стеклопластика), которое должно быть, например, достаточно прозрачным, чистым, не содержать пузырей воздуха, равномерно отвердеть в толще и по поверхности.
Реакция эпоксидной смолы с отвердителем необратима. Для успешного перемешивания смолы с пластификатором и отвердителем, эпоксидную смолу желательно нагреть до температуры выше комнатной, чтобы она стала менее вязкой. Для эпоксидной смолы, которая может кристаллизоваться при хранении, необходимо убедиться, что она прозрачная, не мутная, в противном случае нагреванием до 4050°С и интенсивным перемешиванием вернуть её в прозрачное состояние.
Для нагревания эпоксидной смолы удобно использовать «водяную баню» - опустить ёмкость с эпоксидной смолой в воду температурой 5060°С, помешивать для равномерного нагревания. Внимание! Избегайте попадания воды в эпоксидную смолу, и нагрева эпоксидной смолы до температуры выше 60°С. В случае перегрева возможно «закипание» эпоксидной смолы смола станет матовобелой, покроется пеной - такая эпоксидная смола непригодна к использованию.
Сначала в эпоксидную смолу добавляют пластификатор, смолу с ДБФ необходимо «варить» (медленно нагревать), при использовании ДЭГ1 − просто тщательно перемешать. Для перемешивания удобно использовать строительный миксернасадку на дрель. Соотношение эпоксидная смола/пластификатор может быть различным в зависимости от требуемого пластического эффекта, но обычно добавляется 510% пластификатора.
После смешения эпоксидной смолы с пластификатором в неё добавляют отвердитель. Иногда имеет смысл немного охладить эпоксидную смолу (до 30°С), чтобы уменьшить риск «закипания» смолы. Стандартное соотношение эпоксидная смола/отвердитель - 1:10. В некоторых специфических технологических процессах соотношение может сильно отличаться от общепринятого - быть от 1:5 до 1:20, но в подавляющем большинстве случаев используется соотношение, близкое к стандартному. Отвердитель необходимо лить в эпоксидную смолу, очень медленно, постоянно перемешивая. Сильная передозировка отвердителя даже временно в части ёмкости может привести к «закипанию» эпоксидной смолы (смола станет матово-белой, покроется пеной), в этом случае вся эпоксидная смола будет испорчена. Необходимо иметь в виду, что процесс смешивания эпоксидной смолы с отвердителем экзотермический (выделяется тепло), смола будет нагреваться. Иногда в процессе добавления отвердителя или сразу по окончании смешивания возникает лавинообразный процесс - эпоксидная смола очень быстро нагревается, практически моментально «встаёт» (затвердевает). Точная причина этого неизвестна, вероятно, это связано с передозировкой отвердителя и слишком высокой исходной температурой смолы. Жизнеспособность смеси эпоксидной смолы с отвердителем обычно 30 минут - 1 час (это сильно зависит от температуры смолы, типа отвердителя, его количества; можно добиться большего времени).