Что такое эпоксидная смола, как она появилась и как с ней работать
На рынке строительных материалов эпоксидная смола появилась около 60 лет назад. Ее популярность доказывается хотя бы тем, что сам термин, хотя порой и в некорректном виде (эбоксидка), известен каждому обывателю, даже не интересующемуся строительным ремеслом. Однако в представлении большинства эпоксидка – это всего лишь клеевой состав.
На самом деле возможности смолы, продиктованные ее уникальными свойствами, необычайно широки. И те, кто решил избавиться от неосведомленности о качествах этого материала, открывает для себя по-настоящему новые горизонты. Эпоксидная смола применяется на производстве и в быту, причем вторая сфера применения сопряжена не столько со строительством, сколько с дизайнерским искусством и творчеством.
Оценить достоинства эпоксидной смолы можно лишь пополнив багаж знаний о ее составе, методах получения и истории открытия. В принципе, теоретический материал находится в отрытом доступе. Достаточно заглянуть в любой химический справочник и выделить интересующие моменты. Сложная терминология порой становится непреодолимым барьером для большинства читателей, поэтому попытаемся максимально простым языком донести всю необходимую информацию.
Химический состав
Эпоксидная смола, как химическое вещество, принадлежит к олигомерам, то есть, сложным органическим соединениям, состоящих из эпоксидных групп. Свои физические свойства в полной мере проявляет только в виде полимера. При взаимодействии с отвердителями, в качестве которых выступают амины, полиамиды, фенолформальдегидные смолы или ангидриды поликарбоновых кислот, олигомеры образуют структуру связанных полимеров. Получаются эпоксидные смолы путем поликонденсации эпихлоргидрина с бисфенолом А или с бисфенолом F. Смолы на основе бисфенола A встречаются чаще всего.
В честь русского ученого А.П. Дианина, который впервые получил бисфенол, смолы называются эпоксидно-диановыми и маркируются аббревиатурой «ЭД».
Заводя разговор о химическом составе, необходимо отметить, что эпоксидную смолу можно модифицировать. Существует два способа модификации: химический и физический.
Открытие и производство
Эпоксидная смола, как химическое вещество, начинает свою историю с 1908 года. В это время российский химик Н.А. Прилежаев впервые осуществил реакцию окисления алкенов. Продукт, получившийся в результате реакции с надкислотами (слово «эпоксидная» произошло от греческих «epi» — «над» и «oxy» — «кислый»), после взаимодействия с отвердителями превращался в полимер. Естественно, речь идет о прообразе современной эпоксидной смолы.
В 30-е годы прошлого века немецким ученым П. Шлаком был запатентован метод получения полиаминов, которые образовывались в результате реакции эпоксидных соединений и аминами. Эти соединения отличались наличием нескольких эпоксидных групп в одной молекуле.
Еще одна разновидность полимера появилась примерно в то же время, благодаря трудам швейцарского химика П. Кастана. Он получил неплавкое вещество, способное переходить в нерастворимое состояние. Так как химическая промышленность уже добилась некоторых успехов, новый материал стали активно использовать для создания протезов зубов. Патент на этот материал получила швейцарская компания Ciba.
Американцы вели параллельные разработка в области получения эпоксидных смол. С. Гриндли были получены аналогичные материалы, а в промышленном масштабе смолу начала выпускать только в 1947 году, причем сразу же производство стало расширяться. Уже за первые 15 лет его объем увеличился в несколько раз. Что же касается отечественного производства, то СССР, правопреемником которого считается Россия, почти на целое поколение отстал от Запада. Причиной тому послужили годы разрухи и последующего восстановления инфраструктуры в послевоенное время. Также следует учитывать относительно небольшой спрос на новый, пока еще неизвестный материал.
Зато уже к концу 60-х советское производство свело отставание на нет. Крупные заводы химической промышленности были открыты в Котовске, Дзержинске, Уфе, Ленинграде и Сумгаите. Они и сегодня составляют остов российского химпрома по производству композитных материалов. (Российские производители эпоксидки.) Помимо этого, после кризиса 90-х были образованы совместные предприятия, производящие эпоксидную смолу бытового назначения.
Как получают полимер
Реагенты для получения эпоксидной смолы приводятся во взаимодействие по строго установленному алгоритму в специальном устройстве – реакторе. К ним относятся:
Реактор сделан из нержавеющей стали и оснащен пароводяной рубашкой. Внутри него имеется мешалка для смешивания компонентов. Сначала загружается эпихлоргидрин ив реакторе происходит его нагрев до 50°C градусов. Затем запускается мешалка и порциями добавляется дифенилолпропан. После его полного растворения вносится раствор едкого натра, а температура в реакторе повышается до 70°C градусов. На следующем этапе активируется процесс конденсации, который длятся около 2 часов.
После отключения нагрева в раствор добавляется вода. Мешалка при этом продолжает работать. Практически готовая смола, температура которой составляет около 40°C градусов, отстаивается, в результате чего происходит разделение слоев. Верхний слой представлен водой. Ее отделяют, а смолу снова промывают чистой теплой водой. Таким образом, происходит вымывание поваренной соли. Этот цикл может повторяться 5-6 раз. Каждый цикл сопровождается проверкой наличия соли в воде.
На этапе сушки смолу из реактора не извлекают. Температуру внутри резервуара доводят до 50°C градусов, а затем включают холодильник и вакуумный насос. На поверхности воды образуется вспенивание, что свидетельствует о выходе воздуха в виде пузырьков, а на стенках реактора конденсируется вода. После прекращения вспенивания насос отключают, температура при этом повышается до 120°C градусов. О завершении процесса сигнализирует отсутствие конденсата. Состав смолы оценивают визуально на прозрачность. Готовую смесь переливают в алюминиевую тару.
Отверждение
Чаще всего в магазинах можно встретить двухкомпонентные составы. Необходимо понимать, что смола продается для строительства и бытовых нужд. Те марки материала, которые входят в состав более сложных композитных материалов, поставляются сразу на комбинаты, хотя многие отечественные производители, помимо эпоксидной смолы в чистом виде, получают стеклопластик, углепластик и прочие материалы.
После смешивания с отвердителем эпоксидка застывает. Процесс отверждения может проходить двумя способами. При использовании кислых отвердителей (ангидрид малеиновый, ангидрид метилтетрагидрофталевый, ангидрид фталевый, ангидрид додеценилянтарный) необходимо повышать температуру смеси до 200°C градусов. Поэтому такой синтез полимеров называется горячим отверждением. Холодное отверждение происходит при смешивании основного состава с аминами (гексаметилендиамин, полиэтиленполиамин, метафенилендиамин). Оно может быть выполнено в домашних условиях, так как происходит при комнатной температуре или при температуре равной 70°C градусам.
В зависимости от типа отверждения и от отвердителя, получают смолы разной консистенции.
Свойства материала
Эпоксидная смола обладает рядом специфических особенностей, позволяющих использовать ее в самых разнообразных сферах. В зависимости от модификации, производитель имеет возможность выделить те или иные показатели для повышения эффективности практического применения.
Если описывать особенности каждой модификации, то получится некая таблица внушительных размеров.
Учитывая то, что наша аудитория желает познать качества эпоксидной смолы, как материала для строительства или прикладного искусства, выделим основные достоинства, характерные для всех видов смол.
Прежде всего, следует отметить, что застывшая эпоксидка сохраняет форму и объем. Это качество позволяет создавать изделия и использованием молдов. Причем смола после отверждения практически не дает усадки, то есть, объем застывшей заготовки не изменится.
Большинство марок достаточно устойчиво к воздействию абразивных веществ. Заметим, что при эксплуатации изделий из эпоксидной смолы (наливных полов, предметов мебели, ювелирных украшений) определены правила ухода. В них предписано бережное отношение. Тем не менее, гладкую глянцевую поверхность можно обслуживать практически любыми материалам.
Устойчивость к химически агрессивным средам позволяет домохозяйкам использовать различные чистящие средства. Даже если поверхность получила мелкие повреждения, то при наличии запаса смолы все погрешности реально исправить.
Эпоксидную смолу часто используют в качестве материала для гидроизоляции. Водонепроницаемость оказывает решающее значение при выборе способов отделки мебели или полов в помещениях повышенной влажности. Например, кухонные столы из эпоксидки имеют длительный срок эксплуатации, в то время как мебель из ламинированного ДСП приходит в негодность после воздействия влаги.
Глянец покрытия не боится ультрафиолетового излучения. Во время всего срока службы изделия из эпоксидки не теряют своей прозрачности и не выцветают. Некоторые марки смол обладают повышенными показателями прочности, что позволяет их использовать для покрытия полов в цехах и ремонтных мастерских.
Виды и марки
Существует несколько классификация эпоксидной смолы. Различные марки объединяются в группы по определенному признаку, параметру. Но большинство из этих классификаций носит чисто технический характер. Например, различают смолы Бисфеноловые, Алифатические, Новолачные, Глицидиловые и Аерилэпоксидные.
Читателю же интересна градация материала в плане его применимости. Приведем примеры конкретных марок, которые можно встретить в продаже. Отметим, что вся продукция отечественного производства сертифицирована по ГОСТ, поэтому имеет строго определенную маркировку, независимо от изготовителя. Исключение составляют импортные смолы.
Эпоксидные модифицированные смолы:
Смолы специального назначения:
Применение
По областям применения смолы тоже можно разделить на группы. В строительстве смола широко применяется при нанесении разметочных полос на трассах, изготовлении плит для полов и для наливных полов. Эпоксидка, как материал для покрытия, востребована в декоративных и отделочных работах. В составе стеклопластика и углепластика она встречается в ремонте аэродромов, дорог и железобетонных конструкций. Проводятся даже такие сложные и ответственные ремонтные работы, как склеивание конструкций мостов.
Из смолы изготавливают гребные винты судов, а также лопатки компрессоров. Эпоксидка является основным материалом для производства газовых и жидкостных сосудов, резервуаров. В машиностроении полимер может исправить дефекты литья, используется для штампов и форм. Из смолы делают даже некоторые инструменты. Прочность материала позволяет изготавливать рессоры и пружины. Из стеклопластика на основе смолы делают антифрикционные накладки.
Широко применяется полимер и в авиастроении. Например, обшивки крыльев, на которые приходится большая нагрузка, сделаны из композитного материала на основе эпоксидных смол. Полимер встречается в таких узлах, как обшивка фюзеляжа, конуса сопел, оперение и детали реактивного двигателя. Лопасти вертолета, корпус двигателей в ракете и топливные баки сделаны из эпоксидки. Подводя итог, следует отметить, что смола применяется в таких отраслях, как строительство, электротехника, машиностроение, самолетостроение, ракетостроение и судостроение.
В быту
Экологическая безопасность материала позволяет использовать эпоксидные смолы в быту без каких-либо ограничений. Правилами техники безопасности определено, что работать с жидкими составами следует при наличии средств индивидуальной защиты. Особенное внимание следует уделить защите органов дыхания, так как до отверждения материал выделяет токсины. Но в твердом состоянии эпоксидка безопасна для человека.
Та смола, которая используется в промышленности, при кристаллизации дает золь-фракции. Это побочный продукт, обусловленный разрывом цепочки полимера. Если он в растворенном виде попадет в организм, то может причинить ущерб здоровью. Но в действительности на производстве все процессы автоматизированы, и вредное воздействие побочных продуктов на человека исключено.
В быту же ситуацию удалось исправить, благодаря современным технологиям. Те модели смол, которые сейчас продаются, безопасны для организма, как в виде компонентов, так и в виде готовой смеси.
Зачастую в смолу приходится вносить дополнительные компоненты. Речь идет не о модификации. Эти компоненты способны изменить внешний вид застывшего массива. Примером могут служить различные красители, блестки, люминофор. Все компоненты сначала смешиваются с основным составом, а только потом с отвердителем. Высокие показатели адгезии позволяют наполнять растворы практически любыми наполнителями. Играя цветом, дизайнер может создавать настоящие шедевры при оформлении напольного покрытия или при заливке столешницы, причем порой даже не требуется дополнительного декорирования.
Эпоксидная смола для творчества, производства и ремонта
Что такое смола эпоксидная
Наверняка, первое ваше знакомство с выражением «эпоксидная смола» сопровождалось чьим-то положительным отзывом или рекомендацией. И это правда. Об уникальности и универсальности этого вещества рассказывают, если не легенды, то настоящие поэмы. А между тем для многих оно остается до сих пор тайной. Приоткрыть завесу над ней или «познакомиться» с этим продуктом строительной химии ближе и постарается данная статья.
Смола для творчества
История происхождения
История возникновения этого вещества началась в начале прошлого века. Так в 1906 году в лаборатории русского ученого-химика Н. А. Прилежаева был получен низковязкий материал, способный при добавлении отвердителя переходить в нерастворимое состояние с изменением своей структуры. Шло время, а с ним совершенствовалась и технология получения вещества, и, как следствие, его характеристики. В этом была заслуга в свое время и немецких, и швейцарских и американских ученых.
Промышленное производство эпоксидной смолы было начато в середине сороковых годов сначала за океаном, а затем и в странах Европы. Российскую прописку вещества из эпоксидной смолы получили лишь в конце шестидесятых годов, но уже через несколько лет объемы их выпуска стабильно стали занимать лидирующие позиции в мире.
Эпоксидная смола в наши дни
В настоящее время существует пять классов и более десятка подклассов и типов данных смол. Из наиболее популярных можно выделить:
Данная информация большинству людей не добавит полезной информации, а вот для профессионалов и тех, кто применяет ее в промышленных масштабах — наверняка не является пустым звуком.
Основные формы выпуска вещества — камнеподобные, полужидкие и вязкие. Помимо чисто промышленного применения «эпоксидка» сегодня активно используется домашними мастерами и строителями, художественными и модельными студиями, а также реставраторами. Активно используется она при строительстве судов и лодок самой разной вместимости.
Сегодня трудно представить отсутствие эпоксидки в производстве клеев и герметиков. Практически ни один масштабный по площади наливной пол не обходится без этого вещества.
Большая доля производимых смол находит применение при производстве лаков и красок. Эффективность их при ремонтно-восстановительных работах была давно отмечена и широко применяется бригадами в ЖКХ и практически на каждом рем участке предприятий.
Классическая (стандартная) эпоксидная смола представляет собой прозрачную желтоватую жидкость, по консистенции напоминающую всем известный мед.
На заметку В чистом виде эпоксидная смола используется разве что в лабораториях. В строительстве, быту и промышленности применяют растворы, качественный состав которых определяется целевым предназначением.
Смола для заливки — прозрачная
Самое популярное ее применение — в составе смесей, растворов и композиций, где на долю добавок может приходиться до 40% общей массы.
Помимо основного вещества (эпоксида) в рецептуре рабочих растворов могут находится:
Эпоксидка — очень стойкое вещество. Она абсолютно инертна к воздействию щелочей и может «уступить» только сильным кислотам (серной, соляной, азотной и т. п.). При этом она прекрасно взаимодействует с такими веществами как:
На адгезии смолы и других материалов основано широкое ее применение в качестве универсального клея. Технические характеристики смол имеют достаточно широкий диапазон даже для одной марки. Они зависят от качественного состава каждой партии. Приведем для примера некоторые показатели из паспорта качества для одной из самой популярной ее марки — ЭД-20.
И тем не менее, есть у эпоксидных смол общее — все они состоят из основного вещества и двух компонентов отвердителя. Именно от последних — смолы подразделяются на холодное и горячее отверждение.
Застывание состава под воздействием высоких температур применяется тогда, когда подразумевается работа готового изделия в таких агрессивных средах или экстремальных условиях как:
Производство
Само понятие «эпоксидная смола» пошло от названия технологического процесса получения данного продукта. Суть его заключается в поликонденсации (выделения жидкой фракции) методом осадки смеси эпихлоргидрина и фенола. Иногда фенол может быть замещен органическими маслами. В химии такой процесс называется «эпоксидирование».
В итоге получается продукт весьма устойчивый к затвердеванию (процесс высыхания может растянуться на месяцы). Ускорить данную стадию становления призваны отвердители. Их роль при работе со смолой играют амины, различные ангидриды или специальные кислоты. Таким образом, соединение смолы с отвердителем является единственным основанием для получения практически нерастворимого состава с достаточной пластичностью, минимальной гигроскопичностью и отменной прочностью.
На сегодняшний день на территории России существует целый ряд достаточно мощных производителей данного продукта неорганической химии. Среди них назовем наиболее крупные:
Сегодня, в эпоху активного развития внешней торговли на рынке можно встретить образцы эпоксидной смолы импортного или совместного производства.
На заметку Мнение экспертов сводится к тому, что для достаточно точных и ответственных работ (реставрация, ювелирное производство, электроника) как раз импортные образцы остаются в приоритете.
Области применения
Стол из эпоксидной смолы
Именно такие свойства эпоксидной смолы, как текучесть, пластичность и стойкость к внешним воздействиям, основанная на твердости и предопределили основные области ее применения:
Ко всему вышесказанному нельзя не упомянуть эстетическую составляющую данного вещества. Если кто видел трехмерные наливные полы — здесь явно не обошлось без участия именно эпоксидной смолы. Природный цвет, сопоставимый с блеском янтаря, дарит изделиям с ее участием неповторимость, ощущение тепла и уюта.
Безусловно, большая доля славы, как незаменимого помощника в домашнем хозяйстве пришла к эпоксидке через клей. Было время, когда у каждого хозяина тюбик этого вещества был обязательным атрибутом мастерской, кладовки или чемоданчика с инструментами. Наряду с классическим (двухкомпонентным) сегодня можно встретить уже готовый состав (два в одном). Его легко приобрести практически в любом строительном магазине. Готовая субстанция потребует от обывателя только аккуратности, а качество и возможности — обязательно вызовут желание хозяина склеить и то, и это.
Как с ней работать
Как уже было отмечено, главный секрет успеха применения эпоксидных смол кроется в четкой пропорции ее с отвердителем. В домашних условием самой большой сложностью соблюсти ее представляется найти подходящий дозатор.
Оптимальным вариантом здесь может выступить медицинский шприц объемом 5-10 мл. Отмеривание смолы лучше производить без иглы (вещество достаточно вязкое). Отвердитель в силу своей текучести, можно дозировать вместе с иглой.
Удобство использования шприца обосновано:
При смешивании компонентов существует незыблемое правило — отвердитель добавляется в смолу, а не наоборот!
При работе с «эпоксидкой» можно выделить несколько стадий вещества:
Украшение из эпоксидной смолы
На заметку В данном состоянии смола еще способна возвращаться в исходное состояние. В данной ситуации необходима фиксация изделия в специальных формах или приспособлениях.
Формы выпуска
Как уже было отмечено, применение эпоксидной смолы не ограничилось промышленностью и строительством. Можно долго перечислять сферы, где можно гарантированно надеяться на данное творение химии и в быту.
Это и точечный ремонт всевозможной бытовой утвари, и более объемные работы по художественной отделке интерьера. Данная смола незаменима для тех, кто любит моделировать и тех, кто привык ремонтировать один раз и навсегда. В данном случае можно привести пример использования эпоксидной смолы для ремонта кровли или при строительстве бассейнов. Пропитанная эпоксидной смолой, ткань может стать отличным материалом для герметизации балкона или лоджии, емкости для воды или крыши какой-либо хозяйственной постройки.
В этой связи разнообразие форм выпуска данного вещества по объему начинается от 20 граммов и заканчивается 200-литровыми емкостями. Логично, что под отвердители предусмотрена иная (обычно стеклянная) тара значительно меньших объемов.
Вспоминая факт, того, что на сегодня существует масса марок и классов эпоксидной смолы, следует отметить, что ассортимент отвердителей к ним — не меньше. Это означает, что и рецептура приготовления рабочих растворов отличается друг от друга. Так, например, соотношение отвердителя к основному веществу может быть и 1/20, и 1/1. Нарушение пропорции, а именно превышение содержания отвердителя — чревато получением в итоге хрупкого состава, прошедшего стадию полимеризации и диффузии и тем самым ослабившим соединение.
Недостаточное количество — обычно приводит к ситуации, где вместо надежного полимера имеем липкий состав со слабыми прочностными показателями и чрезмерно долгим временем становления.
На заметку
Существует мнение, что превышение концентрации отвердителя — существенно ускоряет процесс становления. Однако это не так. Даже кратковременное нарушение пропорции приведет к вспениванию раствора и быстрой потери им своих кондиций. Единственным ускорителем здесь может быть только температура. Так повышение ее на 10 градусов — гарантирует ускорении процесса, как минимум, в двое от паспортных значений.
Чтобы не обмануться в ожиданиях и, чтобы не испытать разочарование от результата — рекомендуется строго придерживаться рецептуры, рекомендуемой производителем.
Меры предосторожности
Воздействие эпоксидной смолы на человеческий организм можно отнести к еще одной уникальной особенности данного вещества. Так, после затвердевания, она считается абсолютно безвредной, однако на стадии, когда эпоксидные смолы находится в двух-трёхкомпонентном (жидком) состоянии, они весьма опасна.
Так содержащиеся фенолы, хлориды и прочие химические соединения очень опасны при вдыхании. Пренебрежение даже элементарными правилами безопасности с токсичными веществами — чревато весьма серьезными последствиями для человеческого организма.
В этой связи настоятельно рекомендуется при работе даже с небольшими количествами смолы не ограничивать доступ свежего воздуха. При масштабных работах (заливка пола, формование объемных конструкций из стекловолокна и тому подобное) — пользование индивидуальными средствами защиты — обязательно!
Хранение и перевозка
По отдельности (смола и отвердитель) данные вещества могут храниться очень долго. Производитель в зависимости от марки своей продукции гарантирует соблюдение ей своих свойств и качеств на срок от 6 месяцев до двух лет.
На заметку Данный период хранения относится в первую очередь к отвердителям. Сама же смола в герметичной таре и при отсутствии нагрева выше 60 градусов может быть пригодна к использованию и через пять, и даже через десять лет.
Условия хранения — самые демократичные:
На заметку Химический состав «эпоксидки» дает право говорить только о верхней границе температуры ее хранения. Отрицательные температуры — ей безразличны.
Эпоксидная смола для заливки в жидком состоянии опасна для здоровья
На заметку Присутствие воды в эпоксидной смоле неизменно приведет к помутнению и потере кондиций последней, за исключением марок, где вода является рекомендуемым средством для разбавления.
Перевозка и транспортировка эпоксидной смолы разрешена всеми видами наземного и водного транспорта. Единственное ограничение — он должен быть крытый — тент или контейнер.
Говоря о данном веществе, трудно удержаться от эпитетов «самый» и «очень». И все же. Вещества из эпоксидной смолы многоликие и могущественны. Они могут по вашему желанию быть жидкостью и «камнем». Способны стать подобием пластилина и соперничать по крепости со сталью.
С первого дня она в активных помощниках у ювелиров, работающих с микроскопом и строителей, заливающих многотонный пол в гипермаркете. С ее помощью чинят обувь и строят самолеты. О ее способностях слагают легенды, и она каждый день на виду и везде под рукой. В ней есть недостатки, но за достоинствами о них просто не хочется вспоминать. Ведь это — Ее Величество — смола эпоксидная.
