Неорганическая
Органическая
Коллоидная
Биологическая
Биохимия
Токсикологическая
Экологическая
Химическая энциклопедия
Советская энциклопедия
Справочник по веществам
Гетероциклы
Теплотехника
Углеводы
Квантовая химия
Моделирование ХТС
Номенклатура
Таблица Менделеева
Неорганические реакции
Органические реакции
Молярные массы
Форматирование формул
Редактор формул
Уравнивание реакций
Электронное строение атомов
Игра «Таблица Менделеева»
Термодинамические свойства
Конвертер величин
Гальванопара
Поиск репетиторов
Форум
Лекарства
Фармацевтика
Термины биохимии
Коды загрязняющих веществ
Стандартизация
Каталог предприятий


ОТВЕРЖДЕНИЕ

ОТВЕРЖДЕНИЕ, необратимое превращение жидких реак-ционноспособных олигомеров и(или) мономеров в твердые неплавкие и нерастворимые сетчатые полимеры. Процесс получения эластичных сетчатых полимеров (резин) из каучу-ков наз. вулканизацией. В результате отверждения фиксируется структура и обеспечивается заданный комплекс св-в реактопластов (см. Пластические массы, Композиционные материалы), гср-метиков, клеев (см. Клеи синтетические), лаков (см. Лакокрасочные покрытия), компаундов полимерных.

Осуществляется отверждение путем взаимод. функц. групп от-верждающихся мономеров и(или) олигомеров (также и композиций на их основе) между собой или с функц. группами спец. в-в (отвердителей), входящих в структуру образующихся сетчатых полимеров.

Отвердители-полифункциональные соед. (напр., ди- и полиамины, фенолы, гликоли, ангидриды ди- и тетракарбо-новых к-т). К отвсрдителям относят также радикальные инициаторы (орг. пероксиды, диазосоединения), вызывающие отверждение олигомеров, содержащих ненасыщ. группы, и катализаторы ионной полимеризации (третичные амины, к-ты Льюиса или др.), ускоряющие отверждение олигомеров, имеющих ненаеыщ. или циклич. группы. Инициаторы отверждения часто используют в сочетании с ускорителями (нафтенат Со или др.). Нек-рые отвердители могут содержать в молекуле как реак-ционноспособные, так и катализирующие группы, напр. производные триэтаноламина. Кол-во отвердителя определяется кол-вом функц. групп в нем и в олигомере; а кол-во инициатора или катализатора-их активностью и обычно составляет 0,1-5%. Для замедления отверждения используют ингибиторы полимеризации.

Отверждение проводят под действием тепла, УФ или др. излучений, при повыш. или пониж. давлении, на воздухе или без доступа О2.

Механизм реакций отверждения зависит от природы функц. групп в мономере или олигомере (смоле), типа отвердителя, инициатора или катализатора и условий проведения процесса. По механизму поликонденсации происходит, напр., отверждение феноло-, карбамидо- и меламино-формальд. смол, по механизму полиприсоединения-отверждение эпоксидных смол первичными и вторичными аминами, по механизму радикальной полимеризации-отверждение олигоэфиракрилатов, полиалки-ленгликольмалеинатов (фумаратов), олигоэфиров аллило-вого спирта, по механизму ионной полимеризации-отверждение эпоксидных смол третичными аминами, комплексами ВF3-амин, по механизму циклотримеризации - отверждение смол на основе мономеров, содержащих ацетиленовые, нитрильные или изоцианатные группы. При отверждении часто протекает неск. разных р-ций. Кроме того, отверждение может сопровождаться побочными р-циями, напр. гидролизом и(или) окислительно-деструктивными процессами.

Образование сетчатого полимера при отверждении происходит в гомог. или гетерог. условиях. Гомогенные условия реализуются при отверждении по механизму поликонденсации или полиприсоединения. В этом случае отверждение подразделяют на две стадии - начальную, до образования непрерывной сетки (геля), и конечную - после гелеобразования до предельных степеней превращения. На конечной стадии отверждения образуется аморфный густосетчатый полимер. Степень превращ. в начале гелеобразования, кол-во и параметры мол. структуры геля и химически не связанных с ним молекул (золя) рассчитывают статистич. методами с учетом функциональности и соотношения исходных реагентов (см. Функциональность полимеров). С увеличением их функциональности и приближением соотношения к стехиометрическому начало гелеобразования смещается в сторону меньших глубин превращений.

Негомогенные (микро- или макрогетерог.) условия отверждения значительно более вероятны, чем гомогенные, особенно в случае отверждения смесей полифункцион. олигомеров разл. типов друг с другом или с модифицирующими компонентами. Микрогетерог. характер отверждения обусловлен локализацией гелеобразования в микрообластях (микрогелеобразованием) вследствие агрегирования компонентов отверждаемой смеси или инициирования р-ций по локальным активным центрам при отсутствии фазового расслоения композиции. Если происходит фазовое расслоение, процесс отверждения приобретает макрогетерог. характер, когда р-ции протекают в разных фазах, и на конечных стадиях отверждения образуется многофазная структура.

Гетерог. условия отверждения особенно часто проявляются при радикальной полимеризации ненасыщ. олигомеров. В этом случае отверждение подразделяют на три стадии. На первой при малых степенях превращ. происходит микрогелеобразова-ние вследствие локализации полимеризации на активных центрах. На второй - увеличение густоты сетки в микрогелях сопровождается вытеснением из них избытка золя (микро-синерезис) и возрастанием микрогетерогенности системы, представляющей собой дисперсию сетчатых микроглобул в среде олигомера. В результате агрегирования микроглобул при степени превращ. 0,25-0,30 образуется гетерог. непрерывная сетка (макрогель). На третьей стадии отверждения происходит уплотнение макрогеля и при степени превращ. 0,6-0,7 образуется непрерывная фаза статистически плотно упакованных микроглобул. Непрореагировавшие компоненты и примеси скапливаются в межглобулярном пространстве.

Присутствие орг. или неорг. наполнителей с активной пов-стью влияет на механизм отверждения и структуру образующихся сетчатых полимеров.

Формирование молекулярной и надмолекулярной структур при отверждении сопровождается релаксационными переходами в отверждающихся композициях, т.е. изменением формы и интенсивности мол. теплового движения и, следовательно, состояния и реологич. св-в композиции. При отверждении в гомог. изотермич. условиях осн. типы релаксац. переходов и реологич. состояний соответствуют осн. типам температурных переходов и физ. состояний аморфных полимеров (см. Аморфное состояние, Стеклования температура). Осн. реологич. состояния отверждающихся композиций - вязко-текучее, эластическое и стеклообразное (см. также Вязко-текучее состояние, Стеклообразное состояние). Переход из вязкотекучего состояния в эластическое в изотермич. условиях отверждение происходит в результате образования непрерывной сетки зацеплений при росте мол. массы до начала гелеобразования или хим. узлов при гелеобразовании. В первом случае потеря текучести носит обратимый характер, во втором - необратимый. Когда т-ра стеклования отверждаю-щейся композиции достигнет т-ры отверждения или превысит ее, происходит переход из вязкотекучего или эластич. состояния в стеклообразное (a-переход).

При гетерофазных условиях отверждения указанные релаксац. переходы происходят в каждой фазе.

Релаксац. переходы при отверждении определяют кинетику химических и фазовых превращений. Напр., при отверждении по механизму поликонденсации или полиприсоединения замедление р-ций обусловлено гл. обр. снижением тепловой подвижности взаимодействующих функц. групп, проявляющемся при стекловании особенно резко. Ускорение отверждение при этом вызывается обычно экзотермич. и(или) автокаталитич. эффектами. Предельная степень превращ. при т-ре отверждения, лежащей выше т-ры стеклования при полном отверждении, лимитируется только стерич. факторами.

При отверждении по механизму радикальной полимеризации обычно наблюдается индукционный период, продолжительность к-рого зависит от типа олигомера, активности и кол-ва инициатора и ингибитора, т-ры и др. Рост цепей быстро приводит к микрогелеобразованию, сопровождающемуся значит. возрастанием скорости полимеризации вследствие снижения скорости обрыва цепей (т. наз. гель-эффект) и резко выраженного экзотермич. эффекта, зависящего от т-ры отверждения, массы материала, его теплоемкости, интенсивности теплоотвода и др. Замедление полимеризации на более глубоких стадиях отверждения обусловлено снижением теплового сегментального движения при стекловании.

Скорость отверждения, лимитируемая хим., диффузионными и стерич. факторами, определяет жизнеспособность от-верждаемых композиций, т. е. время от момента их получения до необратимой потери текучести в результате гелеобразования.

Отверждение сопровождается объемными усадками и возникновением усадочных напряжений. Объемные усадки подразделяют на химические и термические. Первые зависят от мол. массы исходных олигомеров, типа и числа функц. групп и степени их превращения. Наименьшими хим. усадками обладают эпоксидные смолы (3-6%), наибольшими-ненасыщ. мономеры и олигомеры, а также олигомеры, отверждение к-рых сопровождается выделением низкомол. в-в. Возникновение больших усадочных напряжений обусловлено след. причинами: неравномерностью хим. и термич. усадок, выделением летучих в-в, а также несоответствием геом. изменений отверждающейся композиции стенкам формы, в к-рой происходит отверждение, или пов-сти, на к-рую нанесен лакокрасочный материал или клей (особенно при наличии прочной адгезионной связи по границе контакта или различий в коэффициентах температурного расширения). В стеклообразном состоянии эти напряжения не релаксируют и могут вызывать растрескивание или коробление материала и изделия. Регулированием скорости и глубины хим. и фазовых превращ. путем изменения состава отверждаемых композиций и условий отверждения или проведения дополнит. термообработки композиций удается снижать объемные усадки и регулировать остаточные напряжения.

Для исследования отверждения используют спектроскопию, дифференц. термич. анализ, дифференц. сканирующую калориметрию, дилатометрию, вискозиметрию, диэлькометрию и др. методы.

Лит.: Энциклопедия полимеров, т. 2. М., 1974, с. 535-38; Бабаевский П. Г., в кн.: Пластики конструкционного назначения, под ред. Е. Б. Трос-тянской, М., 1974, с. 75-119; Иржак В. И., Розенберг Б. А., Ениколо-пян Н.С., Сетчатые полимеры, М., 1979; Бабаевский П. Г., "Пластические массы", 1981, №4, с. 37-41; Акриловые олигомеры и материалы на их основе, М., 1983; Малкин А. Я., Куличихин С. Г., Реология в процессах образования и превращения полимеров, М., 1985; Иржак В. И., Розенберг Б. А., "Высокомолекулярные соединения", сер. А, 1985, т. 27, №9, с. 1795-1808.

П. Г. Бабаевский.



     © ХиМиК.ру




Реклама   Обратная связь   Дизайн