Реферат - Эпоксидные смолы - файл n1.doc

Реферат - Эпоксидные смолы
скачать (241.5 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc242kb.10.06.2012 10:14скачать

n1.doc



Федеральное агентство по образованию

Российский государственный профессионально-педагогический университет

Институт электроэнергетики и информатики

Инженерно-педагогический институт

Реферат на тему:

«Эпоксидная смола»

Выполнил:

Студент группы ЭС-202

Колоколова Юлия Вадимовна
Проверил:

Морозова Ирина Михайловна
Екатеринбург

2011

Содержание:

Введение 3

Свойства 5

Модификация 7

Получение 8

Применение 11

Эпоксидные смолы: их виды и разнообразие 15

Заключение 17

Список литературы 19

Введение



Эпоксидная смола — олигомеры, содержащие эпоксидные группы и способные под действием отвердителей (полиаминов и др.) образовывать сшитые полимеры. Наиболее распространенные эпоксидные смолы — продукты поликонденсации эпихлоргидрина с фенолами, чаще всего — с бисфенолом А

Структура эпоксидной смолы - продукта конденсации эпихлоргидрина с бисфенолом А, n = 0-25

Эпоксидные смолы (олигомеры) — это простые эфиры, имеющие боковые гидроксильные группы и две концевые эпоксидные группы. Число ОН-групп в молекуле олигомера соответствует коэффициенту "n".

В конце 1950-х гг. были синтезированы новые эпоксидные смолы (ЭС), отличающиеся от вышеописанных и получившие название эпоксидно-диановых (или диановых ЭС). В конце 1960-х гг. промышленностью было освоено производство не менее 25 типов этих смол. В то время термин «эпоксидные смолы» стал общим, и сейчас он относится к целому классу материалов: в первую очередь — к глицидиловым эфирам различных соединений, содержащих в молекуле активный атом водорода (фенолы, спирты, амины, фенольные и другие смолы), а также к продуктам непосред-ственного бэпоксидирования ненасыщенных соединений(растительные масла, циклоалифатические соединения, содержащие двойные связи) надкислотами [4, 5].

Следующие 30 лет характеризовались бурным ростом производства ЭС. К началу 1990-х гг. их потребление в странах Западной Европы составляло около 200 тыс. т/год, в США—примерно 180 тыс. т, в Японии — около 150 тыс. т, причем 2/3 мирового производства приходилось на два крупнейших международных концерна — Dow Chemical (США) и Shell (Великобритания).

Благодаря комплексу ценных свойств эпоксидных покрытий -превосходной адгезии к большинству конструкционных материалов (металлам, бетону, стеклу, камню и др.) в сочетании с хорошими физико-механическими свойствами, минимальной усадке в процессе отверждения, отсутствию в их составе легко омыляемых групп, что обеспечивает низкий уровень внутренних напряжений, основ-ной областью применения ЭС являются защитные покрытия (см. рисунок).



Структура общего объема потребления эпоксидных смол, %: 1 автомобильная промышленность, судостроение, окраска консервной тары и аэрозольных упаковок, порошковые краски, химическая и нефтехимическая промышленность — 45; 2 — промышленное и гражданское строительство — 20; 3 — электротехническая промышленность —12; 4 — электроника и композитные материалы — 15; 5 — другие отрасли — 8


Свойства



Эпоксидные смолы стойки к действию галогенов, кислот, щелочей, обладают высокой адгезией к металлам. Из эпоксидных смол готовят различные виды клея, пластмассы, электроизоляционные лаки, текстолит (стекло- и углепластики), заливочные компаунды и пластоцементы. Эпоксидная смола в зависимости от марки и производителя, выглядит как прозрачная жидкость желто-оранжевого цвета напоминающая мёд, или как коричневая твердая масса, напоминающая гудрон. Жидкая смола может иметь очень разный цвет — от белого и прозрачного до винно-красного (у эпоксидированного анилина). Следующие свойства имеет чистая, не модифицированная смола без наполнителей.

Модуль эластичности:

Предел прочности:

Плотность:
Хотя отверждённая по правильной технологии эпоксидная смола считается абсолютно безвредной при нормальных условиях, её применение сильно ограничено, так как при отверждении в промышленных условиях в ЭС остается некоторое количество золь-фракции — растворимого остатка. Он может нанести серьезный урон здоровью, если будет вымыт растворителями и попадет внутрь организма. В неотверждённом виде эпоксидные смолы являются достаточно ядовитыми веществами и могут также навредить здоровью. По этой причине при работе с ЭС требуется соблюдать определенные правила:


Некоторые свойства эпоксидных смол на основе дифенилолпропана

Молекулярная масса эпоксидной смолы

Содержание эпоксидных групп,% по массе

Содержание гидроксильных групп,% по массе

Температура размягчения эпоксидной смолы, oC

Вязкость эпоксидной смолы, Пас

350-400

24,2-21,5

0,8-0,1



0,8-2 при 40oC

400 600

21,5-14,5

2,5-0,8



20-60 при 40oС

600-800

14,5-10

4,6-2,5



2 при 100oC

800-1000

10-8

5,1-4,6

55-50



1000-1400

8-6

6-5,1

70-55



1400-1800

6-4

6,5-6

85-70



1800-3500

4-2

6,8-6,5

100-85





Модификация



Эпоксидные смолы поддаются модификации. Различают химическую и физическую модификацию.

Первая заключается в изменении строении сетки полимера, путём добавления соединений, встраивающихся в состав оной. Как пример - добавление лапроксидов (простых полиэфиров спиртов, содержащих глицидиловые группы, например ангидрида глицерина) в зависимости от функциональности и молекулярной массы придаёт отверждённой смоле эластичность, за счёт увеличения молекулярной массы межузлового фрагмента, но понижает её водостойкость. Добавление галоген- и фосфорорганических соединений придаёт смоле большую негорючесть. Добавление фенолформальдегидных смол позволяет отверждать эпоксидную смолу прямым нагревом без отвердителя, придаёт большую жёсткость, улучшает антифрикционные свойства, но понижает ударную вязкость.

Физическая модификация достигается добавлением в смолу веществ, не вступающих в химическую связь со связующим. Как пример - добавление каучука позволяет увеличить ударную вязкость отверждённой смолы. Добавление коллоидного диоксида титана увеличивает её коэффициент преломления и придаёт свойство непрозрачности к ультрафиолетовому излучению.

Получение






Схема производства жидких эпоксидных смол периодическим методом. 1 - реактор; 2, 6 - холодильники; 3 - приёмник; 4 - фильтры; 5 - аппарат для отгонки толуола; 7 - сборник.
Производство эпоксидных смол стало возможным в результате синтеза простейшего эпоксидного соединения — оксида этилена.

В настоящее время эпоксидные смолы получают одним из трех методов:

  1. взаимодействием двух- и многоатомных фенолов, спиртов, аминов, кислот, представляющих собой протонодонорные соединения, с эпихлоргидрином с последующей регенерацией эпоксидной группы на стадии дегидрохлорирования;

  2. при эпоксидироваиии непредельных соединений, проводимом органическими надкислотами, например надуксусной или надмуравьиной, либо пероксидами и гидропероксидами кислорода;

  3. путем реакций полимеризации и сополимеризации непредельных мономеров, имеющих в своем составе эпоксидные группы.


Отечественная промышленность выпускает большое число разновидностей эпоксидных смол с молекулярной массой от 170 до 3500. Однако наиболее распространены эпоксидные диановые смолы, получаемые из эпихлоргидрина и дифенилолпропана (табл. 1). Это смолы марок ЭД-24, ЭД-24Н, ЭД-22, ЭД-20, ЭД-16, ЭД-16Р, ЭД-14, ЭД-14Д, ЭД-НСП, ЭД-20СП, ЭД-10, ЭД-8. Выпуск диановых олигомеров в общем объеме производства эпоксидных смол составляет более 90%.

Впервые эпоксидная смола была получена французским химиком Кастаном в 1936 году.

Ценные сорта эпоксидных смол получают каталитическим окислением непредельных соединений. Например, таким образом получают циклоалифатические смолы, ценные тем, что они совершенно не содержат гидроксильных групп, и поэтому очень гидроустойчивы, трекинго- и дугостойки.

Для практического применения смолы нужен отвердитель. Отвердителем может быть полифункциональный амин или ангидрид, иногда кислоты. Также применяют катализаторы отверждения — кислоты Льюиса и третичные амины, обычно блокированные комплексообразователем наподобие пиридина. После смешения с отвердителем эпоксидная смола может быть отверждена — переведена в твердое неплавкое и нерастворимое состояние. Если это полиэтиленполиамин (ПЭПА), то смола отвердеет за сутки при комнатной температуре. Ангидридные отвердители требуют 10 часов времени и нагрева до 180 °C в термокамере (и это еще без учёта каскадного нагрева со 150 °C).

Отверждение эпоксидных смол может происходить в результате поликонденсации с полифункциональными соединениями — отвердителями или в процессе ионной полимеризации по эпоксидным группам. В качестве отвердителей используются амины (алифатические и ароматические), дикарбоновые кислоты и их ангидриды, кислоты Льюиса, третичные амины, комплексы трифторида бора и др.

Механизм реакции взаимодействия эпоксидных смол с аминами детально изучен. Установлено, что для раскрытия эпоксидного кольца под действием нуклеофильных реагентов необходимо электрофильное содействие, т.е. предварительная активация эпоксида. Исходя из этих представлений, одна молекула амина выступает как нуклеофильный реагент, а вторая — протонодонор.

Таким образом, при отверждении эпоксидной смолы первичными аминами фрагменты пространственной сетки содержат атом азота и гидроксильные группы, ангидридами — сложные, а третичными аминами — простые эфирные связи.

Применение



На основе эпоксидных смол производятся различные материалы, применяемые в различных областях промышленности. Углеволокно и ЭС образуют углепластик (используется как конструктивный материал в различных областях: от авиастроения (см. Боинг-777) до автостроения). Композит на основе ЭС используются в крепёжных болтах ракет класса земля-космос. ЭС с кевларовым волокном — материал для создания бронежилетов.

Зачастую эпоксидные смолы используют в качестве эпоксидного клея или пропиточного материала — вместе со стеклотканью для изготовления и ремонта различных корпусов или выполнения гидроизоляции помещений, а также как самый доступный способ в быту изготовить продукт из стекловолокнита, как сразу готовое после отливки в форму, так и с вероятностью дальнейшего разрезания и шлифовки. Из стеклоткани с ЭС делают корпуса плавсредств, выдерживающие очень сильные удары, различные детали для автомобилей и других транспортных средств.

В качестве заливки (герметика) для различных плат, устройств и приборов. Также эпоксидные смолы используются в строительстве (см. Сиднейский оперный театр). Из эпоксидных смол изготовляются самые различные предметы и вещи (скажем, мундштуки).

Эпоксидные смолы используют в качестве бытового клея. Использовать эпоксидный клей довольно просто. Смешивание эпоксидной смолы с отвердителем как правило выполняется в крайне малых объемах (несколько граммов), поэтому перемешивание производится при комнатной температуре и не вызывает затруднений, точность пропорции смола/отвердитель при смешивании зависит от производителя эпоксидной смолы или отвердителя, необходимо использовать только те пропорции которые рекомендованы производителем, так как от этого зависит время отвердевания и физические свойства получившегося продукта (отступлении от нужной пропорции как правило приводит к изменению времени отвердевания, в крайних случаях можно получить нетвердый продукт), как правило стандартная пропорция составляет от 10:1 до 5:1, но в некоторых случаях может доходить до 1:1.


Основные области применения эпоксидных смол:

Отрасль применения

Основные виды эпоксидных материалов

Основное назначение

Преимущественные показатели

Экономический эффект применения, отнесенный к стоимости материала


Строительство

Полимербетоны, компаунды, клеи

Разметочные полосы дорог, плиты для полов, наливные бесшовные полы

Физико-механические показатели, износо-химстойкость, беспыльность, высокая адгезия

от 3 до 29




Покрытия (лакокрасочные, порошковые, водно-дисперсионные)

Декоративно-облицовачные и защитные функции

Малая усадка, химическая стойкость







Связующие для стекло- и углепластиков

Ремонт железобетонных конструкций, дорог, аэродромов. Склеивание конструкций мостов и др. Вытяжные трубы и ёмкости хим. производств. Трубопроводы

Атмосферостойкость, Химстойкость, Прочность, Теплостойкость




Электромашиностроение и радиотехника

Компаунды, связующие для армированных пластиков, покрытия, прессматериалы, пенопласты

Герметизация изделий, электроизоляционные материалы (стеклопластик и др.). Заливка трансформаторов и др. Эл. изоляционные и защитные покрытия.

Радиопрозрачность, высокие диэлектрические показатели, малая усадка при отверждении, отсутствие летучих продуктов отверждения

От 0,1 до 7,0; 300-800 (электроника)

Судостроение

Связующие для стеклопластиков

Судовые гребные винты, лопатки компрессоров

Прочность, кавитационнная стойкость

75




Покрытия из жидких ЛКМ и порошков

Сосуды для газов и топлива

Водо-, химстойкость, абразивная стойкость







Cинтактические пенопласты

Обтекатели гребных винтов

Ударопрочность при низких гемпературах




Машиностроение, в т.ч. автомобилестроение

Компаунды, Лакокрасочные материалы, Клеи

Ремонт и заделка дефектов литьевых изделий, формы, штампы, оснастка, инструмент (модели, копиры и т.д.)

Трочность, твердость, изностойкость, размерная стабильность

От 3,1 до 15,0




Полимербетоны

Направляющие металлорежущих станков, cтанины прецезионных станков

Теплостойкость, высокая адгезия к подложкам и наполнителям, функциональные и антифрикционные свойства

320 (тяжелые станки)




Связующие для армированных пластиков

Емкости, трубы из стеклопластиков «мокрой» намотки

Хим.стойкость Ударопрочность







Прессматериалы и порошки

Подшипники и др. антифрикционные материалы, пружины, рессоры из эпоксидных пластиков, электропроводящие материалы







Авиа-и ракетостроение

Связующее для армированных стекло-и органопластиков

Силовые конструкции и обшивки крыльев, фюзелляжа, оперения, конуса сопел и статоры реактивных двигателей

Высокая удельная прочность и жесткость, радиопрозрачность, абляционные свойства (теплозащитные)







Покрытия защитные

Лопасти вертолета, топливные баки ракет, корпус реактивного двигателя, баллоны для сжатых газов

Стойкость к действию топлива





Эпоксидные смолы: их виды и разнообразие


Эпоксидные смолы, появившиеся на рынке в конце 40-х - начале 50-х годов, быстро приобрели известность как материалы с большими возможностями применения и хорошими перспективами развития. Это синтетические смолы, содержащие в молекуле эпоксидные или глицидиловые группы; бесцветные жидкости или твердые вещества. Наиболее распространенные эпоксидные смолы - продукты взаимодействия дифенилолиропана с эпихлоргидрином. Их отличительные особенности - высокая адгезия к различным материалам, небольшая усадка при отверждении, низкий коэффициент теплового расширения, отличные механические свойства, влагостойкость и теплостойкость, хорошие электроизоляционные свойства - обеспечили им значительное место во многих областях применения.

  1. жидкие эпоксидные смолы. Жидкие эпоксидные смолы типа D.E.R.*, разработанные и продаваемые компанией Dow Chemical, находят широкое промышленное распространение в виде основных исходных материалов, применяемых в следующих областях промышленности: изготовление инструментальной оснастки, герметизация, клейка, изготовление ламинатов и нанесение покрытий.

  2. твердые эпоксидные смолы. Твердые эпоксидные смолы применяются для противокоррозионных покрытий, не огнестойких слоистых материалов для электротехники, внутренних покрытий труб/ металлических бочек, а также для ремонтных/ судовых отделочных покрытий, покрытий упаковки для пищевой промышленности. Пониженная склонность к комкованию в сосудах; высокая химическая стойкость при модифицировании с использованием полиаминов или полиамидов делает их привлекательными для областей применения, требующих отверждения при комнатной температуре или при нагреве до невысоких температур.

  3. виниловые смолы. Благодаря передовой технологии растворимых виниловых полимеров фирма Dow успешно продолжила 50-летнюю историю эффективной службы винилхлоридов. Растворимые виниловые полимеры UCAR™ представлены четырьмя типами модифицированных сополимеров. Покрытия на основе этих полимеров не подвержены окислению и всегда эластичны. Они характеризуются отсутствием цвета, запаха и вкуса. При обычных температурах они стойки к воздействию разбавленных щелочей и минеральных кислот, спиртов, жиров, масел и алифатических углеводородов. Они имеют низкую влаго- и паропроницаемость, низкий уровень впитывания воды, а также прочны и долговечны.

  4. новолачные смолы. Новолачные эпоксидные смолы представляют собой термореактивные пластические материалы, обеспечивающие хорошую прочность и химическую стойкость при высоких температурах. Вследствие этого, данные продукты представляют большую ценность для составителей рецептур и производителей в качестве альтернативы эпоксидным смолам на основе бисфенола A и фенольным смолам.

  5. водорастворимые эпоксидные смолы. Водорастворимые эпоксидные смолы - это субмикронные эмульсии и дисперсии эпоксидных смол на водной основе, не содержащие летучих органических веществ и отличающиеся отличной устойчивостью при хранении, текучестью и блеском, а так же хорошими химическими и коррозионноустойчивыми свойствами. Эти продукты находят применение в гражданском строительстве, а так же в качестве защитных покрытий.

Заключение



Хотя самые высокотоннажные марки смол ЭД-20, ЭД-22 и ЭД-16 при нормальных условиях являются высоковязкими жидкостями, температура кристаллизации олигомеров, их составляющих, лежит ниже 20°C. Жидкое состояние смол связано с тем, что олигомеры с длиной цепи отличной от длины цепи других молекул не дают им образовать упорядоченную структуру для кристаллизации. Всё же некоторое количество кристаллической фазы, называемых «пачками» присутствует в растворах, что неизбежно влияет на свойства отверждаемой смолы. Один из методов физической модификации смолы заключается в предварительном разрушении этих агрегатов с помощью ультразвука. Замечательно то, что при такой обработке смола меняет свой цвет с золотистого на зелёный.
Большинство олигомеров, состоящих из одинаковых молекул и выделенных в чистом виде из ЭД упомянутых выше марок при нормальных условиях являются твёрдыми кристаллическими веществами.

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 объемов 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 дан ной 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 ЭД-20 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.

Список литературы


  1. http://ru.wikipedia.org/

  2. Корицкий Ю.В. Справочник по электротехническим материалам.

  3. Коробейников С.М. Диэлектрические материалы




Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации