Эпоксидная смола

Появившись впервые, как самостоятельное химическое соединение в 1936 году,  эпоксидная смола вот уже скоро как век продолжает свое победное шествие по миру. Этот олигомер с эпоксидными или оксиранными насыщенными трехчленными гетероциклами с одним кислородным атомом в цикле являются циклическими простыми эфирами. И они оставались бы в этом скромном качестве все время после их открытия, если бы не одна важная их особенность – высокая способность присоединения полимерных цепочек в реакциях раскрытия цикла, или полимеризации.

При расчетах молекулярного взаимодействия быстро выяснилась такая особенность любых получаемых эпоксидных соединений, как отвердение их в результате соединения с полуфункциональными аминами, ангидридами и, иногда, кислотами. После введения в массу смолы отвердителя начинается неостановимый процесс полимеризации, при котором даже при комнатной температуре (условная величина, означающая температурный диапазон от 18 до 25°C градусов) превращает жидкую, вязкую или твердо-аморфную (в зависимости от вида) смолу в очень твердое соединение, а с добавлением некоторых наполнителей в виде диоксида титана, алюминиевой пудры, кварцевого песка или кевларовых волокон – в нечто подобное броне.

Синяя эпоксидка

Сферы применения

Эпоксидные смолы, которые применяются в быту, и, отчасти, в производстве, затвердевают при обычных комнатных температурах. Речь в таких случаях идет о смешивании эпоксидной диановой основы с такими веществами, как полиэтиленполиамин (ПЭПА), триэтилентетрамин (ТЭТА) и полисебационный ангдрид. Эти отвердители, запускающие процесс полимеризации после активного смешивания с эпоксидной основой, считаются отвердителями по холодному способу.

Но есть иные запускающие реакцию отверждения вещества, относящиеся к инициаторам отверждения по горячему способу. Это малеиновый ангидрид ДЭТА, для корректного действия которого требуется сначала каскадный нагрев до 150°C градусов, а потом еще и выдержка в специальных автоклавах при температуре 180°C градусов. Получаемые таким методом полимеры обладают повышенной стойкостью к огню, кислотам и щелочам и используются в экстремальных условиях, или там, где на полученные таким способом материалы будет оказываться серьезная длительная нагрузка.

Пример, композитные отливки для крыльев и фюзеляжей магистральных пассажирских авиалайнеров или бронежилеты, где ткань из кевларовых волокон пропитана эпоксидным составом.

Обычная стеклоткань, пропитанная эпоксидными смолами в их смеси с отвердителями, после укладки в соответствующие формы после застывания превращается в корпуса маломерных судов или детали корпусов больших плавсредств.

Изготовление катера

Или в кузова автомобилей, которые оказываются прочнее и дешевле кузовов из профильного стального или алюминиевого листа.  Конечные изделия, если матрица для их изготовления была выдержана по размерам точно, могут даже не нуждаться в доводке в виде обтачивания и шлифовки. Дополнительная обработка в таких случаях сводится к окраске.

Одно из ценнейших качеств эпоксидных смол при соединении их с отвердителями – образование составов-компаундов, то есть клеев или заливок, не изменяющих свой объем после застывания. Это качество бывает незаменимым во многих сферах человеческой деятельности: от создания карбоновых композитных изделий до клеев, где важно сохранение заполняемого составом объема до и после смешивания и застывания, как это бывает в микроэлектронике, при защитной заливке микросхем.

История создания

Первые циклические простые эфиры, являющиеся основой эпоксидных смол, были получены русским химиком А. П. Дианиным еще в 1891 году.  Им было синтезировано вещество, которое через 40 с лишним лет стало основой для такого ключевого компонента эпоксидок, как дифенилолпропан или бисфенол А. Впрочем, в честь «прародителя» это вещество во всем мире теперь называют дианом. В английской версии названия —  «epoxy-dian resins» -эпоксидно-диановые смолы.

Но общее состояние науки, как и математического аппарата, описывающего химические процессы, не позволил в то время сполна оценить открытие, и долгое время к диану отношение было пренебрежительным. Пока в начале 30-х годов уже ХХ столетия немецкий химик Пауль Шлак из «ИГ Фарбениндустри» не получил первые полноценные эпоксидные смолы. В 1936 году химик из Швейцарии П. Кастан разработал теорию их взаимодействия с отвердителями, а первый промышленный образец, после доводки технологий, получили американцы, выпустив и запатентовав в 1940 году первый эпоксидный клей «Araldite 1».

Стол-река

В СССР эпоксидными соединениями заинтересовались в конце 50, и уже в 1960 году химия эпоксидный соединений с стране так рванула вперед в своем развитии, что оставила далеко позади западных производителей. Были открыты заводы по производству эпоксидных смол в Сумгаите, Котовске, Ленинграде, Уфе и Дзержинске.

В настоящее время, при всем многообразии выпускаемых в мире эпоксидных смол, их можно свести в шесть разных по способу производства и применению групп:

  • алифатические (моно- и высокофункциональные);
  • бисфеноловые (или диановые) А и Б;
  • фенольные и крезольные (новолачные);
  • акрилэпоксидные;
  • глицидиловые;
  • светоотверждаемые и водоразбавляемые (производятся в очень маленьких количествах из-за их высокой стоимости).

Самым широко распространенным отвердителем, используемым в быту, по праву считают ПЭПА, который, однако, в большинстве случаев представляет собой не чистый полиэтиленполиамин, а смесь из более чем 25 аминов, в числе которых и такие применяемые в чистом виде (в отдельных случаях), как ТЭА, АЭП, триэтилтетрамин и ДЭТА. Наличие последнего не в чистом виде, а в смеси с аминами «холодного» отверждения, требует некоторого искусственного повышения температуры процесса – хотя, конечно, не 150 и 180°C градусов при чисто «горячем» способе полимеризации, как это имеет место в случае использования чистого малеинового ангидрида ДЭТА.

Особенности протекания реакций соединения  эпоксидки и отвердителя

Но экзотермической, то есть протекающей с большим выделением тепла, является реакция отверждения  всех без исключения видов эпоксидок. И величина этого выделения во многом зависит от точности соблюдения пропорций смешивания компонентов.

Соотношение эпоксидной смолы может быть самым разным – от 1 : 1 до 10 : 1. Подробная и точная информация пишется в инструкции по применению, и пренебрегать ее советами и рекомендациями не стоит.

Емкости для смолы и отвердителя обычно имеют деления, по которым компоненты отливают в сосуд, где они смешиваются. Но для большей точности отмеривания отвердителя лучше обзавестись медицинским одноразовым шприцем, где деления отсчитывают доли в 0,1 мл. Потому что недостаток этого вещества в смоле может вызвать неполное ее застывание, а избыток спровоцирует чрезмерный нагрев, закипание и даже задымление смеси, из-за слишком бурно протекающей реакции.

Правда, эпоксидные смолы в смеси с отвердителем ПЭПА отличаются одной неприятной особенностью: при смешивании их в компактном объеме, близком по форме к шару или кубу, происходит быстрый, через 15-20 минут после смешивания, нагрев смеси до критических значений, то есть до таких, когда смесь начинает пузыриться и даже дымиться. Естественно, пользователь просто не успевает ею воспользоваться.  Поэтому рекомендуют сразу после смешивания, как можно быстрее употребить смесь в дело. При заливке полов, например, вылить и разровнять смолу с отвердителем через 8-10 минут после того, как компоненты смешали. В такой форме – разлитой по полу слоем от 2 до 6 мм, смола будет застывать почти без выделения тепла, схватываясь примерно через 3-4 часа, а полностью полимеризуясь за сутки.

Наливной пол

Столы из эпоксидки

Эпоксидные смолы последнего поколения (совершенно прозрачные и неокрашенные в массе, то есть бесцветные, как вода) часто используют в своей работе дизайнеры, делая эксклюзивную мебель. В том числе, отливая из них столешницы для журнальных столиков и даже для полноценных кухонных столов, барных стоек или кухонных стенок. Только в качестве отвердителей для таких смол применяют не сильно окрашенную и вызывающую экзотермическую реакцию коричневую или винно-красную ПЭПА, а модифицированные бесцветные отвердители с медленным действием, такие, как УП-0633М или 921(ОП). Последний позволяет разводить как большие компактные объемы до 10 и более литров сразу, так и заливать эпоксидку в один слой толщиной до 100 мл.

Уникальный стол

Столешницы могут отливаться как полностью из окрашенной в нужный цвет специальными красителями с сохранением прозрачности эпоксидки, так и с наполнителями в виде декоративных элементов: гальки, «галечная отмель», бисера или пластиковых бус, металла, в т. ч. и уложенных ровным слоем монет и т. д. Популярны также «голубые реки» или «ручьи» из подкрашенной с синий цвет эпоксидной смолы между двух «берегов» из дерева, в качестве которого берут специальной формы доски-слэбы с фигурной выемкой естественной формы, которые заливают нужным объемом смолы заподлицо.

Эпоксидный стол

Так же популярны столешницы из эпоксидки для кухонных стенок. Тем более, что применяемые для таких отливок смолы обладают повышенной прочностью и износоустойчивостью, а также не боятся воздействия  агрессивных сред и УФ-излучения.

Albaruthenia.ru