Эпоксидные смолы известны своей прочностью, устойчивостью к химическим воздействиям и хорошими электрическими свойствами. Такие полимеры используют в качестве основы красок, покрытий, клеев и изоляционных материалов. Однако их применение ограничено высокой вязкостью. Ученые ПНИПУ синтезировали низковязкую, но прочную эпоксидную смолу. Разработка откроет новые горизонты ее использования, избавит от потребности применять разбавители и станет модификатором более высоковязких существующих смол без понижения механических характеристик. Например, клей и краска станут более устойчивыми.
Статья опубликована в материалах конференции «Химия. Экология. Урбанистика», 2024 год. Исследование выполнено в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».
Эпоксидные смолы — это группа термореактивных полимеров, которые получают в результате реакции между эпоксидными соединениями и отверждающими агентами. Они представляют собой вязкие жидкости, которые после отверждения превращаются в жесткие и прочные материалы.
Такие полимеры применяются в различных отраслях народного хозяйства, что обусловлено сочетанием несложной технологии производства с высокими физико-механическими, диэлектрическими показателями, теплостойкостью и адгезией («прилипанием»), стойкостью ко многим агрессивным средам, а также способностью отвердевать при атмосферном давлении с малой усадкой. Эти полимеры предоставляют широкие возможности для создания долговечных материалов, что делает их незаменимыми в условиях современного производства и строительства.
Их используют для электроизоляции и герметизации в приборостроении и электротехнике, при изготовлении технологической оснастки и в качестве антифрикционных покрытий. Благодаря хорошей адгезии к стеклу, керамике, дереву, пластмассам и металлам такие полимеры применяют для изготовления клеев: клеевые швы устойчивы к действию воды, кислот, щелочей. Смолы необходимы для производства лакокрасочных покрытий, в качестве связующих для стеклопластиков и изолирующих материалов.
Для понижения вязкости эпоксидных смол используют пластификаторы и активные разбавители. При этом наряду с уменьшением вязкости, снижается ряд других характеристик: прочность и теплостойкость.
Ученые Пермского Политеха впервые разработали низковязкое эпоксидное связующее, которое обладает высокой температурой стеклования, превосходной условной прочностью — максимальное значение напряжения, которое смола может выдержать перед началом видимой деформации, а также адгезионной прочностью на отрыв — то, насколько она способна прилипать к другим материалам.
— У эпоксидных смол с низкой вязкостью есть несколько существенных преимуществ. Во-первых, повышение технологических свойств, например, более низкая температура переработки. А во-вторых, образование меньшего количества пузырей при смешивании с отвердителем. Это обеспечивает высокие физико-механические характеристики отвержденного связующего. Синтезированная нами смола может выступать в качестве модификатора более высоковязких эпоксидных смол, при этом в отличии от классических модификаторов вязкости ее использование не приводит к понижению качества, — поделилась студентка кафедры «Химические технологии» ПНИПУ Юлия Шутова.
Политехники синтезировали эпоксидную смолу двухстадийным способом. Первая стадия синтеза заключалась в добавлении к анилину в небольшом избытке эпихлоргидрина. В качестве растворителя использовался ацетон. Реакцию проводили при интенсивном перемешивании при температуре 70°С, в течение пяти часов. На второй стадии происходило образование новых эпоксидных колец в щелочной среде. Образовался диглицидиловый эфир анилина с новыми концевыми эпоксигруппами.
— Полученная нами эпоксидная смола имеет вязкость более чем в 50 раз ниже той, которую сейчас активно используют в РФ. При этом проведенные испытания показали высокую прочность: условная — 22 МПа, а адгезионная прочность на отрыв — 9,8 Мпа. Также мы определили температуру стеклования, при которой полимер переходит из твердого, стеклоподобного материала в нечто мягкое, похожее на резину, она составила 160°С. Для низковязких эпоксидных композиций это очень достойный показатель и означает, что композицию можно применять при температурах до 130 градусов без понижения прочностных характеристик, — дополнил кандидат технических наук, старший научный сотрудник ИТХ УрО РАН, доцент кафедры «Химические технологии» ПНИПУ Алексей Слободинюк.
Ученые ПНИПУ впервые синтезировали эпоксидную смолу, которая обладает низкой вязкостью, но при этом имеет высокую прочность и хорошую теплостойкость. Ее создали на базе материалов, производимых на территории РФ, а также дружественных стран. Разработка поможет расширить области применения таких полимеров и улучшит свойства существующих продуктов.