 |
Список использованных источников.
|
|
|
|
Министерство образования и науки Российской Федерации
Казанский Государственный Технологический Университет
Кафедра: Химии и технологии гетерогенных систем
Реферат на тему: «Эпоксидная смола, как матричный материал.»
Выполнил студент гр. 1131-82: Егоров Р.
Проверил доцент: Микрюков К.В.
Казань,2006
Содержание
Введение
1.Химия эпоксидных смол.
2.Процесс отверждения.
3.Применение
4.Физико-химические показателям эпоксидно-диановых смол марок ЭД-16 и ЭД-20
5.Требования безопасности смол эпоксидно-диановых неотверждённых
Список использованных источников
Введение
Широкое применение эпоксидных материалов в промышленности обусловлено структурными особенностями эпоксидных полимеров: возможностью получения их в жидком и твёрдом состоянии, отсутствием летучих веществ при отверждении, способностью отверждаться в широком температурном интервале, незначительной усадкой, нетоксичностью в отверждённом состоянии, высокими значениями адгезионной и когезионной прочности, химической стойкостью. В связи с этим, эпоксидные смолы можно рекомендовать в качестве матричного компонента для получения материалов и конструкций, обладающих высокими физико-механическими и вибропоглощающими свойствами.
Химия эпоксидных смол.
Эпоксидные смолы – общая формула:
Эпокс. группа
n может достигать 25, но чаще всего встречаются эпоксидные смолы с количеством эпоксидных групп меньше 10.
Например ЭД-20 имеет только 2 эпоксидные группы и выглядит так:
|
|
|
Чем больше степень полимеризации, тем гуще смола. Чем меньше номер, указанный на смоле, тем больше эпоксидных групп в составе смолы.
Например если n приблизительно равно 25 то смола при комнатной температуре будет твердым пластиком.
Для смол с меньшим содержанием n для ее отверждения нужно в ее состав вводить отвердители, которые выглядят следующим образом:
Триэтилентетрамин:
Полиэтиленполиамин выглядит также как триэтилентетрамин, но у полиэтиленполиамина третичных амидных групп больше:
В реакцию со смолой для ее отверждения вступают третичные амидные группы, которые находятся на концах молекул. Эти группы наиболее подвижные, они более легко вступают в реакцию отверждения. Третичные амидные группы любого отвердителя вступают в реакцию с эпоксидными группами смолы. Образуется неподвижная сетчатая структура отвержденной смолы. Она становится пластичной и твердой.
Отвердители бывают двух видов:
-холодного отверждения (ПЭПА, ТЭТА), т.е. отвердители, которые отверждают смолу при комнатной температуре. Приблизительный расход отвердителя ПЭПА и ТЭТА на смолу – 1:10 (смола: отвердитель- 1:10).Следует пояснить, что несмотря на разную отверждающую способность полиэтиленполиамина и триэтилентетрамина (у полиэтеленполиамина она выше) расход обоих отвердителей на смолу примерно одинаковый, т.к. согласно ТУ у полиэтиленполиамина массовая доля собственно ПЭПА составляет лишь 25–35% (остальное – кубовый остаток), а у триэтилентетрамина массовая доля ТЭТА составляет не менее 95%.
-горячего отверждения (малеиновый ангидрид, ДЭТА и др.) т.е. отвердители, которые отверждают смолу при температуре 50-60°С.
При взаимодействии эпоксидной смолы с отвердителем проходит следующая реакция:
Чем больше в смоле эпоксидных групп, тем больше будет появляться в процессе реакции «веточек», которые будут создавать пластичный полимер, взаимодействуя между собой с помощью различных химических связей.
|
|
|
Для того чтобы эпоксидная смола вместе с отвердителем в отвержденном состоянии была более пластична и не ломалась (не трескалась) нужно добавлять пластификаторы. Они также как и отвердители бывают разные, но все нацелены на то, чтобы придать смоле пластичные свойства. При добавлении пластификатора смола после отверждения не лопается и не трескается с течением времени. Наиболее часто используемым пластификатором является дибутилфталат. Он выглядит так:
Процесс отверждения.
Отвердители, применяемые с эпоксидной смолой при комнатной температуре, в большинстве своем полиамины. То есть органические молекулы, содержащие две и более аминогруппы. Аминогруппы по структуре напоминают аммиак, только присоединены к органическим молекулам. И как и аммиак, амины являются сильными щелочами. Из-за этого сходства отвердители эпоксидных смол зачастую обладают аммиачным запахом, который наиболее ощутим в замкнутом объеме сосуда хранения сразу после его открывания. На воздухе же этот запах мало ощутим из-за высокого давления паров полиаминов.
Вступающие в реакцию аминогруппы представляют собой атомы азота с присоединенными к ним одним-двумя атомами водорода. Эти атомы водорода взаимодействуют с атомами кислорода из глицидиловых групп эпоксидной смолы и получается отвержденная смола - термореактивная пластмасса с большим количеством пространственных связей. При нагревании она размягчается, но не плавится. Трехмерная структура обеспечивает ей отличные физические свойства.
Соотношение атомов кислорода глицидола и атомов водорода аминов с учетом различных молекулярных масс и плотностей и определяет в конечном счете соотношение смолы и отвердителя. Изменение указанного соотношения приведет к тому, что останутся вакантные атомы кислорода или водорода в зависимости от отклонения в ту или другую сторону. В итоге отвержденная смола будет обладать меньшей прочностью из-за неполного образования пространственных связей.
Отвердители эпоксидных смол не являются катализаторами. Катализаторы способствуют реакции, но химически не являются частью конечного продукта. Отвердители же эпоксидных смол образуют пары с молекулами смолы, что сказывается на конечных свойствах отвержденного продукта.
|
|
|
Время отверждения эпоксидной смолы зависит от реакционной активности атомов водорода аминов.И хотя присоединенная органическая молекула не принимает непосредственного участия в химической реакции, она влияет на то,как скоро атомы водорода аминов покидают азот и взаимодействуют с атомами кислорода глицидола. Таким образом,время отверждения определяется кинетикой данного амина,используемого в качестве отвердителя. Это время можно изменить, применив другой отвердитель, добавив в смолу акселератор или изменив температуру или массу смеси смолы с отвердителем.
Реакция отверждения ЭС - экзотермическая.Это означает, что при ее отверждении выделяется тепло. Скорость, с которой смола отверждается, зависит от температуры смеси. Чем выше температура, тем быстрее реакция. Скорость ее удваивается при повышении температуры на 10° С и наоборот. К примеру, если при 20° С смола становится свободной на отлип за 3 часа, то при 30°С на это потребуется 1,5 часа и 6 часов при 10°С. Все возможности повлиять на скорость отверджения сводятся к этому основному правилу. Время жизнеспособности смеси и время работы с ней в основном определяются изначальной температурой смеси смолы с отвердителем.
Временем желатинизации (гелеобразования) называется время, необходимое для данной массы, находящейся в компактном объеме для ее обращения в твердое состояние. Это время зависит от первоначальной температуры смеси и следует вышеописанному правилу. К примеру, если 100 г смеси смолы с отвердителем обращаются в твердое состояние за 15 минут при исходной температуре в 25°С, то при исходной температуре в 15°С на это потребуется около получаса. Если при тех же 25°С эти 100 г равномерно размазать по площади в 1 м², полимеризация займет свыше двух часов. Время полимеризации помимо температуры зависит и от отношения площади к массе смолы.
|
|
|
Суть происходящего заключается в следующем. В ходе реакции выделяется тепло. Если выделяемое тепло сразу поглощается окружающей средой (как это происходит со смолой в виде тонкой пленки), температура полимеризующейся смолы не возрастает и скорость реакции остается неизменной. Если же смола занимает компактный объем (как в случае банки), экзотермическая реакция повышает температуру клеевой смеси и реакция ускоряется.
Время работы со смолой составляет примерно 75% от времени желатинизации из-за геометрической формы емкости. Его можно увеличить путем увеличения площади поверхности, уменьшения массы смеси или охлаждением смолы и отвердителя перед смешиванием. Вязкость смеси в емкости будет расти (к примеру, при 25°С) в абсолютных единицах в силу полимеризации, но из-за разогрева смеси будет казаться, что вязкость уменьшается. Клей на стадии 75% времени желатинизации будет казаться очень жидким (из-за высокой температуры), но если при этом его охладить до комнатной температуры, он окажется очень густым. Густая же смола на стадии частичной полимеризации не так хорошо пропитывает стеклоткань и ложится на склеиваемые поверхности. Опытные специалисты либо готовят смесь, которая сразу наносится, либо для замедления реакции увеличивают площадь поверхности.
И хотя скорость полимеризации смолы и зависит от температуры, сам механизм от нее не зависит. Быстрее всего реакция протекает в жидком состоянии смолы. По ходу полимеризации смола меняет состояние с жидкого на липкое вязкое гелеобразное. После гелеобразования скорость реакции замедляется по мере нарастания твердости. В твердых телах химические реакции протекают медленнее. От состояния мягкого липкого геля смола переходит к более твердому, постепенно теряя липучесть. Со временем липучесть исчезнет и смола продолжит набирать твердость и прочность.
При нормальной температуре смола достигает от 60 до 80% окончательной прочности спустя 24 часа. Дальнейшее отверждение будет продолжаться в течение последующих нескольких недель, достигнув в конце концов точки, когда дальнейшее отверждение будет невозможно без значительного роста температуры. Однако можно считать, что смолы, полимеризующиеся при комнатной температуре, окончательно отверждаются спустя 72 часа при 20°С.
Как правило, лучше работать с возможно малым временем полимеризации, насколько это позволяет конкретная ситуация. Это дает возможность переходить к следующему этапу, не тратя времени на ожидание отверждения клея. Клеевая пленка с малым временем полимеризации меньшее время остается липкой и успеет подцепить меньше следов на ней насекомых, их самих и прочего летучего мусора.
|
|
|
Эпоксидные смолы могут в процессе отверждения образовывать на своей поверхности тонкую пленку. Она формируется в присутствии углекислого газа и паров воды, особенно в холодную сырую погоду, нежели в теплую и солнечную.Эта пленка водорастворима и должна быть удалена перед шлифовкой или покраской.
Незащищенная эпоксидная смола плохо перносит солнечный свет (УФ излучение). Спустя примерно шесть месяцев нахождения под ярким солнечным светом начинается ее распад. Дальнейшее облучение вызывает меление и неизбежное ее разрушение с потерей всех физических свойств. Решение проблемы лежит в защите смолы при помощи краски и лака, содержащих УФ защиту.
Необходим очень осторожный подход при применении эпоксидных смол в паре с полиэфирными. При этом надо соблюдать одно главное правило: эпоксидную смолу можно наносить поверх отвержденной полиэфирной, которая при этом обезжирена и зачищена, но никогда нельзя наносить полиэфирную поверх отвержденной эпоксидной. Амины, не вступившие в реакцию в эпоксидной смоле, будут препятствовать катализатору (пероксиду) полиэфирной смолы, в результате чего на их границе смола будет не полностью отвержденной. Шлифование поверхности никак не влияет на присутствие аминов. Клеевое соединение при этом будет слабым, хотя поверхность и будет выглядеть отвержденной.
Применение.
Эпоксидно-диановые смолы используются в электротехнической, радиоэлектронной промышленности, авиа-, судо- и машиностроении, в строительстве в качестве компонента заливочных и пропиточных компаундов, клеев, герметиков, связующих для армированных пластиков, в лакокрасочных материалах, стеклопластике.
Покрытия на основе эпоксидно-диановых смол характеризуются следующими свойствами:
хорошая адгезия к металлу, стеклу, керамике,
высокая твердость,
эластичность,
ценные диэлектрические свойства,
стойкость в агрессивных средах.
Эпоксидно-диановые смолы марок ЭД-22, ЭД-20, ЭД-16, ЭД-10 и ЭД-8, используемые в электротехнической, радиоэлектронной промышленности, авиа-, судо- и машиностроении, в строительстве в качестве компонента заливочных и пропиточных компаундов, клеев, герметиков, связующих для армированных пластиков;
Растворы эпоксидных смол марок ЭД-20, ЭД-16, Э-40 и Э-40Р в различных растворителях (концентрация по требованию заказчика). Эти смолы используются для изготовления эмалей, лаков, шпатлевок и в качестве полуфабриката для производства других эпоксидных смол, заливочных композиций и клеев;
Эпоксидные смолы, модифицированные пластификаторами - смолы марок К-153, К-115, К-168, К-176, К-201, К-293, УП-5-132 и КДЖ-5-20, -используемые для пропитки, заливки, обволакивания и герметизации деталей и в качестве клеев, электроизоляционных заливочных композиций, изоляционных и защитных покрытий, связующих для стеклопластиков; композиция марки К-02Т, используемая для пропитки многослойных намоточных изделий с целью их цементации, повышения влагостойкости и электроизоляционных свойств.
Модифицированные эпоксидные смолы марки ЭПОФОМ используются на различных промышленных и гражданских объектах в качестве антикоррозионных покрытий для защиты металлических и бетонных строительных конструкций и емкостного оборудования от воздействия химически агрессивных сред (особенно кислот, щелочей, нефтепродуктов, промышленных и канализационных стоков), атмосферных осадков и повышенной влажности. Эти смолы также применяются для устройства гидроизоляции и монолитных наливных покрытий бетонных полов, грунтовки и нанесения отделочного слоя. На основе смолы марки ЭПОФОМ получают заливочные и пропиточные композиции с высоким содержанием армирующих тканей и наполнителей, композиционные материалы и износостойкие покрытия. ЭПОФОМ применяется в качестве пропиточной составляющей рукавного материала для ремонта и восстановления трубопроводов канализационных сетей, напорных сетей холодного и горячего водоснабжения без их демонтажа и извлечения труб из грунта (бестраншейным методом);
композиции марки ЭЗП, используемые для покрытия емкостей-хранилищ вина, молока и других жидких пищевых продуктов, а также различных видов жидкого топлива (бензина, керосина, мазута и др.). Покрытие успешно работает в диапазоне температур от - 40 до 8СГС;
4.Физико-химические показателям эпоксидно-диановых смол марок ЭД-16 и ЭД-20 должны соответствовать следующим нормам:
| Наименование показателя | Норма для сорта | |||
| ЭД-20 | ЭД-16 | |||
| Высший | Первый | Высший | Первый | |
| 1. Внешний вид | Вязкая | Высоковязкая | ||
| прозрачная, без видимых механических включений и следов воды, жидкость | ||||
| 2. Цвет по железокобальтовой шкале, не более | 3 | 8 | 3 | 8 |
| 3. Массовая доля эпоксидных групп, % | 20.0-22.5 | 16-18 | ||
| 4. Массовая доля хлорид-иона (Cl-), %, не более | 0.001 | 0.005 | 0.002 | 0.004 |
| 5. Массовая доля омыляемого хлора, %, не более | 0.8 | 0.3 | 0.5 | 0.6 |
| 6. Массовая доля гидроксильных групп, %, не более | 1.7 | - | 2.5 | - |
| 7. Массовая доля летучих веществ, %, не более | 0.2 | 0.8 | 0.2 | 0.4 |
| 8. Динамическая вязкость, Паґ с, при: | ||||
| (25 ± 0.1) оС | 13-20 | 12-25 | - | - |
| (50 ± 0.1) оС | - | - | 15-18 | 5-20 |
| 9. Время желатинизации, ч, не менее | 8.0 | 4.0 | 4.0 | 3.0 |
Смолы не взрывоопасны, но горят при внесении в источник огня. Летучие компоненты эпоксидно-диановых смол - толуол и эпихлоргидрин - относятся к легкогорючим веществам, по степени воздействия на организм - к веществам 2-го класса опасности
Эпоксидно-диановые смолы упаковывают во фляги, в том числе разового использования, барабаны, стальные сварные бочки. Допускается упаковка эпоксидно-диановых смол марок ЭД-20 и ЭД-16 в барабаны, изготовленные из оцинкованной стали и герметизированные дополнительной промазкой продольного и обоих закатных швов мастикой на основе эпоксидной смолы.
Эпоксидно-диановые смолы хранят в плотно закрытой таре в закрытых складских помещениях при температуре не выше 40 оС
5.ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ
СМОЛЫ ЭПОКСИДНО-ДИАНОВЫЕ НЕОТВЕРЖДЕННЫЕ
ГОСТ 10587-84
| Класс опасности | |
| Основные свойства и виды опасности | |
| Основные свойства | |
| Взрыво- и пожароопасность | Взрывобезопасны, но горят при внесении в источник огня. Летучие компоненты эпоксидно-диановых смол, толуол и эпихлоргидрин, относятся к легкогорючим веществам. |
| Опасность для человека | Летучие компоненты эпоксидно-диановых смол, толуол и эпихлоргидрин, относятся к веществам 2-го класса опасности. При работе со смолами возможны два пути проникновения в организм вредных веществ - ингаляционный, который обусловлен наличием в смолах летучих компонентов (толуола и эпихлоргидрина), и кожный - непосредственным контактом с компонентами смолы. Летучие компоненты оказывают общетоксическое и раздражающее действие на кожу и слизистые оболочки верхних дыхательных путей и глаз, вызывают тяжелые изменения в легких, печени и почках, острые и хронические отравления, головокружение, рвоту и потерю аппетита. |
| Индивидуальные средства защиты | Спецодежда, средства защиты. В рабочих помещениях должны быть умывальники с горячей и холодной водой. Запрещается мытье рук растворителями. |
| Необходимые действия в аварийных ситуациях | |
| Общего характера.При утечке и россыпи | |
| При пожаре | Средства пожаротушения: углекислотные и порошковые огнетушители, вода, пар, инертный газ, асбестовое полотно, песок. |
| При возгорании | |
| Меры первой помощи | Брызги смол должны быть немедленно удалены сухими марлевыми тампонами. Затем пораженное место следует обработать этиловым спиртом, тщательно промыть водой с мылом, осушить бумажным полотенцем одноразового использования и смазать мягкой мазью на основе ланолина, вазелина или касторового масла |
Список использованных источников.
http://www.sibinfo.org
http://www.chimexltd.com
http://www.epoksid.ru/instruct.html
http://www.psrc.usm.edu/russian/epoxy.htm
http://www.psrc.usm.edu/russian/eposyn.htm
|
|
|
