XIV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2022

В настоящее время используются такие смолы как: эпоксидные, полиэфирные, фенолформальдегидные и аминосмолы.

Эпоксидная смола

Самые распространенные эпоксидные смолы. Получаются при конденсации дифенилолипропана и эпихлоргидрина. Виды: Жидкие; Твердые; Новолачные. Отвердители: полиспирты, амины, ангидриды дикарбоновых кислот.

Основные характеристики представлены в таблице 1.

Таблица 1 – Характеристика эпоксидной смолы

Наименования	Значение
Плотность, г/см3	1,2-1,25
Температура разложения, 0С	340-350
Коэффициент линейного расширения	(4,5-6,5) ⸱10-5
Коэффициент теплопроводности, ккал/(м⸱ч⸱град)	0,17
Диэлектрическая проницаемость	3,5-4,2
Пробивная напряженность, кВ/мм	25-30
Водопоглощение, %	0,05
Усадка, %	0,5-1
Теплостойкость, 0С	160

Преимущества эпоксидных смол:

Высокая прочность и устойчивость к износу. Эпоксидные смолы в отвержденном состоянии имеют небольшое число сшивок, находящихся на значительном расстоянии друг от друга, а поэтому сегменты цепей между сшивками обладают некоторой подвижностью. Вследствие этого они менее хрупки, чем, например, отвержденные феноло-формальдегидные смолы, и отличаются от других смол более высокой прочностью при изгибе. Так как переход из плавкого и растворимого состояния в неплавкое и нерастворимое не связан с выделением каких-либо летучих продуктов, то при отверждении смол не образуются поры и вздутия. Способность выдерживать напряжение и деформацию без повреждений гораздо сильнее.

Мощное клеевое соединение. Эпоксидная смола — очень крепкий и надёжный клей с высочайшей адгезией. Гидроксильные группы в макромолекуле обеспечивают хорошую адгезию к разнообразным материалам. (Адгезия – это сцепление разнородных веществ).

Малая усадка при отвердении. Большинство пластмасс при отверждении несколько деформируются, но у эпоксидных систем эта деформация минимальна.

Высокая водонепроницаемость. В силу этого свойства для изготовления лодок и катеров используются только эпоксидные системы.

Хорошие диэлектрические свойства.

Химическая стойкость. Высокая стойкость к действию растворителей и щелочей открывают большие возможности для использования эпоксидных смол.

Срок годности и долговечность. При правильном хранении смола не потеряет своих свойств в течение нескольких лет.

Слабый запах. При отверждении смола не выделяет ярко выраженного запаха.

• Экологичность и безопасность. Эпоксиды не содержат канцерогенных компонентов, летучих органических соединений, не горючи. Компоненты смолы безопасны и удобны в транспортировке и хранении.

Недостатки эпоксидных смол:
Медленная полимеризация. На отверждение эпоксидки влияют только отвердитель и температура. В среднем при комнатной температуре 22-25°С смола затвердевает за 24 часа. Добавлять больше отвердителя с целью ускорить отверждение не стоит, жидкость может не отвердеть вовсе. Сократить время сушки можно, увеличив температуру в помещении. При увеличении температуры на 10 градусов скорость полимеризации удваивается.

Высокая стоимость по сравнению с полиэфирными смолами.

уязвимость к УФ. Сам по себе полимер не устойчив к ультрафиолетовому излучению. Хотя некоторые марки содержат добавки, повышающие сопротивление к УФ

Сложность применения. Для работы с эпоксидкой требуется опыт нанесения и определенные навыки, так как в ходе отверждения теряется вязкость, и с материалом становится сложно работать на вертикальных и наклонных поверхностях.

Эпоксидная смола благодаря прочности, глянцевому виду и долговечности идеально подойдет для изготовления барных стоек, столов, столешниц, фасадов корпусной мебели, домашнего декора и украшений.

1.2 Полиэфирная смола

Полиэфирная смола – это синтетический материал, который состоит из комбинации спиртов, кислот и ангидридов, которые получают ранее на стадии нефтехимической переработки из бензола, этилена и пропилена. При приготовлении базового компонента – полиэфира, который будет являться основой полиэфирной смолы, комбинируют ряд веществ: многоатомные спирты (глицерин, пропиленгликоль, этиленгликоль); кислоты; ангидриды. В результате смешивания этих веществ происходит поликонденсация – образование полимеров. В итоге получается базовый состав, который состоит из молекул еще не скрепленных в сложную структуру.

В отличие от эпоксидных смол, полиэфирные могут отверждаться без добавления дополнительных компонентов. Дело в том, что реакция отверждения начинается ещё в процессе изготовления смолы на заводе, но она занимает очень много времени. Поэтому дополнительные компоненты, являются не участниками химической реакции, а её ускорителями (катализаторами). После добавления катализатора полиэфирная смола отверждается за короткий срок, обычно менее часа. Основные данные смолы представлены в таблице 2.

Таблица 2 – Характеристика полиэфирной смолы

Наименование	Значение
Плотность, г/см3	1,1-1,25
Температура деформации, 0С	60-205
Коэффициент линейного расширения	(5-10) ⸱10-5
Коэффициент теплопроводности, ккал/(м⸱ч⸱град)	0,14
Диэлектрическая проницаемость	4,1-4,5
Пробивная напряженность, кВ/мм	250-500
Водопоглощение, %	0,15-0,6
Усадка, %	7
Теплостойкость, 0С	70

Преимущества полиэфирных смол:

Легкость в эксплуатации. Материал довольно прост в применении и не требует особых знаний и опыта.

Низкая стоимость.Полиэфирная смола стоит в 2-3 раза дешевле эпоксидной.

Быстрое отверждение.Скорость отвердевания полиэфиров значительно выше, чем эпоксидов, и обычно составляет несколько часов.

Хорошие диэлектрические свойства.

Устойчивость к УФ. Поверхности из полиэфирки устойчивы к ультрафиолетовому излучению и не нуждаются в верхнем покрытии для предотвращения пожелтения или разрушения от солнечного света.

Нужно отметить, что полиэфирная смола очень долговечная и отличается длительным сроком эксплуатации без потери своих качеств, ей не страшны перепады температуры и ее можно использовать в любом температурном диапазоне в бытовых условиях. Кроме того, она не подвержена риску закипания в процессе отверждения при сильном нагреве

Недостатки полиэфирных смол:

Обладают слабой адгезией.Не следует применять полиэфирную смолу в качестве клея и при соединении изделий друг с другом.

Невысокая прочность. Полиэфирные смолы по этому параметру значительно уступают эпоксидам. Поэтому часто механические воздействия и деформации приводят к трещинам и расслоению в изделиях.

Значительная усадка. Полиэфирка может дать усадку в объеме до 7-10%. При этом процесс усадки может занять время, и расслоение будет очевидным не сразу.

Влагостойкость – смола подвержена фильтрации воды и не подходит для применения в случаях, когда требуется абсолютная водонепроницаемость.

Короткий срок годности в среднем 6 месяцев — 1 год., что связано с тем, что они способны отверждаться и сами, без катализатора.

Экологичность и безопасность. Полиэфиры содержат канцерогенный стирол, выделяющий сильный неприятный запах. Компоненты смолы – легковоспламеняющиеся жидкости, катализаторы горючи и взрывоопасны. Но на рынке существуют смолы без стирола и с его пониженным содержанием. Не рекомендуется для использования в пищевой промышленности из-за не доказанной достаточной экологичности.

Ускорить отверждение можно правильным подбором перекиси, увеличением ее количества и повышением температуры отверждения. Уменьшение количества инициатора способствует получению отвержденного полиэфира с более высокими механическими свойствами, но значительно удлиняет процесс. Попытка ускорить этот процесс нагреванием чаще всего приводит к появлению трещин и пузырей в отвержденном полиэфире.

Полиэфирная смола в силу невысокой стоимости и простоты использования подойдет, например, для производства искусственного камня, сантехнических деталей, системных плат, подоконников, бамперов автомобилей.

1.3 Фенолформальдегидная смола

Фенолформальдегидная смола (ФФС) — это смола промышленного изготовления, имеющая фенол — альдегидную основу и обладающая признаками термореактопластов. Основные характеристики представлены в таблице 3.

Таблица 3 - Характеристика фенолформальдегидной смолы

Наименование	Значение
Плотность, г/см3	1,25-1,38
Температура деформации, 0С	250-300
Коэффициент линейного расширения	(3-4) ⸱10-6
Коэффициент теплопроводности, ккал/(м⸱ч⸱град)	0,2
Диэлектрическая проницаемость	5-6
Пробивная напряженность, кВ/мм	15
Водопоглощение, %	0,2
Усадка, %	1,6
Теплостойкость, 0С	180

Преимущества феноло-формальдегидных смол:

Пространственная структура этих смол в отверждённом состоянии определяет жёсткость, неплавкость, нерастворимость фенопластов и негорючесть. Важнейшие достоинства ФФС:

низкая стоимость и доступность исходного сырья,

тепло- и огнестойкость в отвержденном состоянии. Готовый продукт не горит, а медленно обугливается. При этом огонь станет желтоватым, почувствуется неприятный запах фенола.

Отличная электроизоляционность

Высокая стойкость к механическому воздействию и повреждениям.

Устойчивость к коррозии

долговечность

Недостатки:

Несмотря на достоинства, смолы данного типа могут нанести большой вред человеку и экологии. Их опасность в том, что на производстве применяются токсичные компоненты, используемые при синтезе, и большое количество отходов производства, оказывающих вредное воздействие на окружающую среду. Фенол и формалин ядовиты, а последний еще и считается сильным канцерогеном. Оба вещества имеют такую вредность: угнетают нервную систему; вызывают сыпь, дерматиты; провоцируют аллергию и бронхиальную астму.

Производство смол затрудняет сильная токсичность исходных реагентов и последующее выделение токсичных веществ из готовых изделий. Чтобы снизить токсичность смол были предприняты попытки замены фенола на более безопасные компоненты, такие как карбамид (мочевина). ФФС не нашла применения при изготовлении тех предметов, которые имеют контакт с едой и подвергаются нагреванию.

Благодаря своим прочностным и электроизоляционным свойствам, а также возможностью эксплуатации при высоких температурах и в любых климатических условиях, фенополасты успешно применяются для изготовления конструкционных, фрикционных и антифрикционных изделий, корпусов и деталей электротехнических приборов, для получения строительных материалов и изделий (в том числе во вспененном состоянии), а также в других отраслях промышленности, заменяя сталь, стекло и другие материалы.

1.4 Аминосмолы

Аминосмолы – это термореактивные синтетические составы, которые являются продуктом поликонденсации аминогрупп с альдегидами, и чаще всего с формальдегидом. Наравне с названием аминосмолы употребляются также названия аминоальдегидные смолы, аминоформальдегидные смолы, аминопласты. Основные характеристики представлены в таблице 4.

Таблица 4 – Характеристика аминосмол

Наименование	Значение
Плотность, г/см3	1,35-1,45
Температура деформации, 0С	90-120
Коэффициент линейного расширения	(2,5-5,2) ⸱10-5
Коэффициент теплопроводности, ккал/(м⸱ч⸱град)	0,2
Диэлектрическая проницаемость	5-7
Пробивная напряженность, кВ/мм	10-15
Водопоглощение, %	1,5-4
Усадка, %	1,2
Теплостойкость, 0С	100

Свойства смолы напрямую зависят от условий реакции: реагенты, концентрация раствора, его температура, кислотность и время реакции - наиболее важные параметры, управляя которыми получают то или иное качество. Применение наполнителей уменьшило чувствительность изделия к изменению климатических условий. Хотя при этом прозрачность отчасти и терялась, но сохранялась светостойкость и возможность окрашивать изделия в цветные тона. Эти свойства позволяли применять аминосмолы в декоративной технике, в которой феноло-формальдегидные смолы непригодны из-за темного цвета.

В общем случае, аминосмолы прозрачны или полупрозрачны, хорошо окрашиваются, не имеют запаха, сшиваясь при нагревании приобретают высокую твёрдость, водо-, цвето- и свето-стойкость, негорючи, упорны к воздействиям органических растворителей и внешней среды и к повышенной температуре.

Большая часть употребляется в производстве ДСП, МДФ и фанеры; значительная часть употребляется при производстве пластмассовых изделий, клеёв, лаков, красок, облицовочных материалов, в производстве искусственных утеплителей и электроизоляции; в виде облагораживающих добавок употребляются в текстильной, бумажной и кожевенной промышленности. 

Главное конкурентное преимущество аминопластов перед фенопластами - неограниченный выбор цвета изделий. Главный недостаток - чуть меньшая влагостойкость.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В домашних условиях массово применяются две разновидности смол: полиэфирные и эпоксидные. Эпоксидные смолы отличаются от других смол более высокой прочностью и влагостойкостью, но они дороже и медленнее полимеризуются. В сфере применения аминосмолы и материалы на их основе конкурируют с фенопластами. Эпоксидные смолы отличаются от других смол более высокой прочностью и влагостойкостью, но они дороже и медленнее полимеризуются.

Наименьшая усадка у эпоксидной смолы, а наибольшая у полиэфирной.

Самой экологичной и безопасной смолой является эпоксидная, так как другие выделяют вредные вещества.

Если требуется детали с различной цветовой гаммой, то преимущество будет у аминосмол.

Наиболее огнеустойчивой смолой является феноло-формальдегидная.

Эпоксидные смолы в отвержденном состоянии имеют небольшое число сшивок, находящихся на значительном расстоянии друг от друга, а поэтому сегменты цепей между сшивками обладают некоторой подвижностью. Вследствие этого они менее хрупки, чем, например, отвержденные феноло-формальдегидные смолы, и отличаются от других смол более высокой прочностью при изгибе.

В целом, вывод можно сделать следующий: если важна долговечность, прочность и глянцевая отделка, то следует выбрать эпоксидную смолу. А если не планируется подвергать изделие высоким нагрузкам, и цена имеет большое значение, делайте выбор в пользу полиэфирной смолы.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

А.Ф. Николаев. Технология пластических масс/А.Ф. Николаев - Л.: Химия, 1977 -368 с.

Полиэфирная смола и эпоксидная [Электронный ресурс] // Информационный ресурс epoxy-smola - Режим доступа: https://epoxy-smola.ru/vse-chto-nuzhno-znat-ob-epoksidke/chem-otlichaetsya-poliefirnaya-smola-ot-epoksidnoj/, свободный – Загл. с экрана.

Аминосмолы [Электронный ресурс] // Информационный ресурс hmong- Режим доступа: https://hmong.ru/ru/Аминосмолы/, свободный – Загл. с экрана.

Код для цитирования: Скопировать