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


ЭПОКСИДНЫЕ СМОЛЫ

ЭПОКСИДНЫЕ СМОЛЫ, олигомеры, содержащие в молекуле одну или более глицидиловых6041-50.jpg либо эпоксидных6041-51.jpg 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.
Эпоксидные 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.):

6041-52.jpg

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.

6041-53.jpg

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.).
Эпоксидные 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.

6041-54.jpg

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/см3 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 1014-1016
Ударная вязкость, кДж/м2 5-25
Влагопроницаемость, г/см х ч х мм рт. ст. 2,1 х 10-10
Коэф. диффузии воды, см2/ч до 10-6

ХАРАКТЕРИСТИКА НЕКОТОРЫХ ДИАНОВЫХ ЭПОКСИДНЫХ СМОЛ

Мол. м.
Содержание эпоксидных групп, % по массе
Содержание гидроксильных групп, % по массе
Содержание полимер -гомологов разл. степени полимеризации, % по массе
Средняя функциональность по эпоксидным группам, fn
n = 0
п =1
n =2
n>3
350-400
21,5-24,8
0,1-0,8
85-92
8-15
2-3
. 0
1,95-2,0
400-600
14,5-21,5
0,8-2,5
50-85
15-20
8-10
5-10
1,90-1,95
Вязкая жидкость, 20-60 (40 °С)
600-800
10-14,5
2,5-4,6
20-50
12-16
8-11
45-50
1,85-1,9
Высоковязкая жидкость, 2 (100 °C)
800-1000
8-10
4,6-5,1
18-20
12-14
9-12
55-60
1,8-1,85
Твердое в-во, т. размягч. 50-55 °С
1000-1400
6-8
5,1-6,0
8-18
7-9
8-10
70-75
1,7-1,8
Твердое в-во, т. размягч. 55-70 °С
1400-1800
4-6
6,0-6,5
4-6
6-8
8-10
80-85
1,6-1,7
Твердое в-во, т. размягч. 70-85 °С
1800-3500
2-4
6,5-6,8
2-4
3-5
5-8
83-90
1,4-1,6
Твердое в-во, т. размягч. 85-100 °С

По прочностным показателям продукты отверждения эпоксидных смол превосходят применяемые в пром-сти материалы на основе др. синтетич. смол. Так, прочность при растяжении может достигать 140 МПа, при сжатии - 40 МПа, при изгибе -220 МПа; модуль упругости ~ 50 ГПа.
В композиции на основе эпоксидных смол перед отверждением обычно вводят пластификаторы, не содержащие реакционноспособных групп, и разл. наполнители - порошки, высокопрочные и высокомодульные сплошные и рубленые волокна из ткани, стекловолокна и др. материалов (см. Композиционные материалы).
Композиции холодного отверждения используют в качестве клеев, герметиков, заливочных компаундов, эпоксидных лаков, эмалей и др. защитных покрытий в случаях, когда по условиям эксплуатации нежелателен нагрев. Композиции горячего отверждения применяют в качестве связующих для высокопрочных армированных пластиков, композиционных высокотемпературных материалов, дорожных покрытий, клеев, электроизоляционных и нек-рых лакокрасочных материалов.
Мировое произ-во эпоксидных смол превышает 1 млн. т в год.

Лит.: Ли Г., Невилл К, Справочное руководство по эпоксидным смолам, пер. с англ., М., 1973; Розенберг Б. А., "Ж. Всес. хим. об-ва им. Д. И. Менделеева", 1989, т. 34, № 5, с. 453-59; Ероху resins: chemistry and technology, ed. by C. A. May, 2 ed., N. Y.- Basel, 1988.

М. А. Маркевич, Б. А. Розенберг.

___

     © ХиМиК.ру




Реклама   Обратная связь   Дизайн