Реферати українською » Химия » Структура і адгезионные властивості отверждённых эпоксидных смол


Реферат Структура і адгезионные властивості отверждённых эпоксидных смол

Страница 1 из 3 | Следующая страница

Структура і адгезионные властивості отверждённых

эпоксидных смол

 

СОДЕРЖАНИЕ

Запровадження…………………………….……………………………… ………….….…. 2

1. Структура і їхні властивості эпоксидных смол…………………………….……….….

3
1.1. Одержання эпоксидных смол ...…………….…………………………….…... 3
1.2. Структура й властивості неотверждённых смол……….………………….……. 7

2. Отверждение эпоксидных смол, їх структура і їхні властивості в отверждённом 

стані…………………………………………………………………………….

10
2.1. Оверждение эпоксидных смол………………………………………………... 10
2.2. Структура й властивості отверждённых эпоксидных смол……………………. 16

3. Теоретичні основи адгезії і експериментальні методи визначення

      адгезионной порочність……….……………………………......……….….……..

19
3.1. Теорії адгезії……….………………………………...……….……….…….. 19
3.2. Методи виміру адгезионной міцності………………………….……… 23
3.3. Характер руйнації адгезионных сполук……………………………. 30

4. Адгезионные властивості эпоксидных смол до субстратам різної природи

32
4.1. Адгезия эпоксидных смол до металам……………………………………….. 32
4.2. Адгезия эпоксидных смол до склу…………………………………………... 33
4.3. Адгезия эпоксидных смол до різним волокнам………………………….. 34

5. Растровая електронна мікроскопія як засіб дослідження

поверхонь адгезионного контакту і руйнувань……….………………….

42
5.1. Теоретичні основи методу……….……………………………….…….… 42
5.2. Пристрій і растрового електронного мікроскопа……………….. 43

5.3. Застосування растрової електронної мікроскопії в дослідженнях

         адгезионных сполук………………………………………………………

45
Укладання ………………………………………………………………………….. 47
Література…………………………………………………………………………… 49

ЗАПРОВАДЖЕННЯ

Метою згаданої роботи- вивчити структуру і адгезионные властивості отверждённых эпоксидных смол.

Эпоксидные смоли мають високої адгезией до різним матеріалам та тому використовують як клеёв, сполучних в композиційних матеріалах немає жодного як різних покриттів. Тому завдання цієї роботи у тому, щоб вивчити отримання эпоксидных смол, процес їх отверждения і адгезионные властивості до конкретних матеріалам різної природи.

Робота складається з п'ятьох основних розділів. У першому буде розглянуто питання отримання эпоксидных смол, їх структура і їхні властивості в неотверждённом стані.

У другому розділі йдеться про механізми отверждения смол, структурі та властивості після отверждения.

У третьому розділі розглянуті основні теорії адгезії полімерів, методи що використовуються виміру адгезионной міцності практично, і навіть можливий характер руйнації адгезионной системи.

Эпоксидные смоли мають різними адгезионными властивостями до матеріалів різної природи. Про це та розповідається в четвертому розділі.

П'ятий розділ розповідає про растрової електронної мікроскопії, про її ролі для дослідження адгезії.


1. Структура й поліпшуючи властивості эпоксидных смол

1.1. Одержання эпоксидиановых смол

Эпоксидиановые смоли виходять при взаємодії дифенилпропана з речовинами, що містять эпоксидную групу . Основним сырьём для смол є эпихлоргидрин і 4,4' дигидроксидифенилпропан (диан).

Эпихлоргидрин (3-хлор-1,2-эпоксипропан) є безбарвну рідина із ароматом хлороформу і кипить при 110 градусів, щільність d=1,1807 г/см3. Отримують його з аллихлорида по хлоргидринному методу:

Молекула эпихлоргидрина містить дві активні угруповання- эпоксидную і зв'язок С-Сl. Эпоксидный цикл є майже правильний трикутник зі значно деформованими валентными кутами (»600). Тому відбувається часткове перекриття атомних орбиталей і енергія зв'язків зменшується:

Эпоксидная угруповання полярна і має дипольный момент m=6,28 10 -30 Кл м (1,88 D). Причинами цього є полярність зв'язків С—О та її невеличкої кут SOS, тоді як і обыч ных простих ефірах кут СОС дорівнює 109 - 1120 і m==4-10-30...4,3-10-30 Кл м (1,2. . .1,3D).

Хімічні перетворення эпоксидов визначаються тим, що у молекулі є полярні зв'язку С—О і атом кисню з неподелёнными парами електронів. Зв'язок С—О в эпоксидах раз рывается легко, надто за умов кислотного каталізу.

 Дигидроксидифенилпропан (диан) є кристалічний речовина з температурою плавлення 156-157 оС:

Його отримують з фенолу і ацетону у присутності кислого каталізатора.

Эпихлоргидрин взаємодіє по эпоксидной групі з активним атомом водню. Образующийся хлоргидрин під впливом підстави піддається дегидрохлорированию із заснуванням нової эпоксидной групи в глицидиловом похідному, яка реагує з активним атомом водню інший молекули тощо; при дегидрохлорировании HCl пов'язується підставою (наприклад, NaOH, даючи у разі NaCl+H2O):

(Кат.- каталізатор, за який використовують підстави, кислоти, солі металів: n=0-3). Якщо реакцію проводять у присутності кислот, то, на кінцях молекул залишаються хлоргидриновые групи; для здійснення дегидрохлорирования додають щёлочь.

Молекулярна маса эпоксидиановых смол визначається співвідношенням вихідних сполук. Через перебігу побічних реакцій (гідроліз эпихлоргидрина до гліцерину і эпоксигрупп глицидиловых похідних до a-гликолевых груп, ізомеризація эпоксидных груп у карбонильные і зміцнити взаємодію перших з що утворюються гидроксильными, освіту кінцевих 1,3-хлоргидриновых груп , не замыкающихся в эпоксидный цикл) і через оборотності дегидрохлорирования, яка зумовлює наявність 1,2-хлоргидриновых груп, кількість эпоксидных груп у молекулі эпоксидиановой (чи эпоксидной) смоли завжди менше теоретичного (наприклад, у разі бифункциональных вихідних сполук 1,5 - 1,9).

При взаємодії дифенилпропана з эпихлоргидрином утворюється полімер з прямою ланцюгом, характеризується двома функціональними групами- эпоксидной і гидроксильной. Будова неотверждённых ароматичних эпоксидиановых смол може бути висловлено наступній формулою :

Вона має дві кінцеві эпоксидные групи, і тому її розглядають як диэпоксид.

 Уздовж ланцюга є гидроксильные групи, кількість яких залежить від молекулярного ваги смоли. Змінюючи співвідношення між кількістю эпихлоргидрина і дифенилпропана, можна отримати роботу смоли з ланцюгом різної довжини і з різними відсотковим співвідношенням эпоксидных і гідроксильних груп. Залежно від молекулярного ваги і відсоткового змісту функціональних груп ці смоли може бути як рідкими, і твёрдыми продуктами. Що молекулярний вага і менше відсотковий вміст эпоксидных груп, то вище температура плавлення цих смол. Розчинність смол також обумовлена величиною їх молекулярного ваги. Характеристики деяких эпоксидных смол вітчизняних і зарубіжних марок наведені у таблиці 1.

Таблиця 1

Характеристики эпоксидиановых смол [3].

Технічне найменування Температура розм'якання оС Молекулярний вагу Зміст эпоксидных груп %

ВІТЧИЗНЯНІ МАРКИ

ЭД-5 5-7 400 25
ЭД-6 3-5 550 18
ЭД-13 50-55 1500 8-10
ЭД-15 60-70 2200 5-7

ЗАРУБІЖНІ МАРКИ

Эпон 1064 40-45 ----- 12,5
Эпон 1001 64-76 900 8,6
Эпон 1004 97-103 1400 5,2
Эпон 1007 127-133 2900 2,0
Эпон 1009 145-155 3750 1,3

 При синтезі низькомолекулярних диановых эпоксидных смол ( мовляв. маса 350-450) зазвичай розчин дифенилолпропана (1 міль) в эпихлоргидрине (8-10 міль) нагрівають до кипіння та поступово (5-8 годин) додають щодо нього 40%-ный водний розчин NaOH (2,2 міль). У цьому безупинно відганяють води вигляді азеотропной суміші з эпихлоргидрином, який після відділення води повертають в реактор. Після закінчення процесу непрореагированный эпихлоргидрин відганяють під вакуумом, эпоксидиановую смолу розчиняють в толуоле, толуольный розчин промивають водою видалення NaCl. Потім толуолу відганяють, спочатку при атмосферному тиску, потім під вакуумом за нормальної температури до 140-150 оС.

Смоли з молекулярної масою 500-1000 отримують аналогічним чином, але за молярном співвідношенні дифенилолпропан : эпихлоргидрин, рівному 1: (1,5-1,9), причому процес ведуть у середовищі розчинника (ксиол, толуолу, їх суміші з бутиловым спирт або циклогексаном).

Смоли з молекулярної масою 1000-3500 синтезують взаємодією низкомолекулярной эпоксидиановой смоли з дифенилолпропаном в розплаві при 140-210 оС (каталізатори- третинні аміни, сечовина, Na2CO3) чи дифенилпропана з эпихлоргидрином у присутності щёлочи в гетерогенних умовах перетворюється на системах вода – органічний розчинник (зазвичай изопропанол чи бутанол) при 70-80 оС. У другий випадок меншою мірою протікають побічні реакції, одержувані эпоксидиановые смоли мають більш вузьке молекулярно-массовое розподіл, порівняно вузький інтервал эпоксидных чисел, відрізняються більш світлим кольором.

Серед інших эпоксидных смол, які у молекулі глицидиловые групи, найбільше практичне застосування отримали глицидиловые похідні феноло-формальдегидных новолачных смол(II) (тут і далі римськими цифрами зазначена нумерація эпоксидных смол в таблиці 2), продуктів конденсації фенолу з акролеином (III) і глиоксалем (IV), галогенированного дифенилолпропана (V), ароматичних моноаминов (VI) і диаминов (VII), аминофенолов (VIII), циануровой кислоти (IX), резорцина (X), гликолей (XI). Промислове значення отримали також олигомерные диглицидилуретаны - продукти взаємодії глицидола з олигомерными диизоцианатами, отриманими з урахуванням олигодиенидилов молекулярної масою 2000-4000, простих чи складних полиэфиров молекулярної масою 1000-2000. Эпоксидиановые смоли, містять эпоксидные групи в алифатических циклах чи ланцюгах, отримують эпоксидированием (зазвичай надуксусной кислотою) подвійних зв'язків ненасичених сполук; практичного значення мають диэпоксиды гексагидробензаль- 1,1-бис- (оксиметил) циклогексана (XIII), тетрагидробензилового ефіру тетрагидробензойной кислоти (XIV), дициклопентенилового ефіру (XV), дициклопентадиена (XVI), винилциклогексана(XVII), эпоксидированные олигомеры дивинила.

            Таблиця 2

Эпоксидные смоли [2].

 

 II

 III

 IV

 V

                                   VI

 VII

         VIII

                  IX

      X

 XI

                                                                                            XII

                      XIII

      XIV

                                    XV

                                                XVI

                                                XVII

1.2. Структура й поліпшуючи властивості неотверждённых смол

Эпоксидиановые смоли – грузлі рідини чи твёрдые тендітні речовини від светло-жёлтого до коричневого кольору. Розчиняються в толуоле, ксиоле, ацетоні, метилэтилкетоне, метилизобутилкетоне та його сумішах зі спиртами (наприклад, бутиловым, етил- і бутилцеллозольвами, диацетоновым). Характеристики эпоксидиановых смол наведені у таблиці 3.

       Таблиця 3

Склад і характеристика диановых эпоксидных смол[2].

Мовляв. маса


Зміст эпоксидных груп, % Зміст гідроксильних груп, % Зміст в смолі полимергомологов різного рівня полімеризації Агрегатное стан смоли
n=0 n=1 n=2

n>3

350-400 24,8-21,5 0,1-0,8 92-85 8-15 2-3 0 Рідина (в'язкість 800-2000 мн сек/м2, чи спз при 40 °З)
400-600 21,5-14,5 0,8-2,5 85-50 15-20 8-10 5-10 Вязкая рідина (в'язкість 20000-60000 мн сек/м2, чи спз при 40 °З)
600-800 14,5-10,0 2,5-4,6 50-20 12-16 8-11 45-50 Высоковязкая рідина (в'язкість близько 2000 мн сек/м2, чи спз при 100 °З)
800-1000 10,0-8,0 4,6-5,1 20-13 12-14 9-12 55-60 Твёрдая смола (температура розм'якання 50-55°С)
1000-1400 8,0-6,0 5,1-6,0 13-8 7-9 8-10 70-75 Твёрдая смола (температура розм'якання 55-70°С)
1400-1800 6,0-4,0 6,0-6,5 6-4 6-8 8-10 80-85 Твёрдая смола (температура розм'якання 70-85°С)
1800-3500 4,0-2,0 6,5-6,8 4-2 3-5 5-8 83-90 Твёрдая смола (температура розм'якання 85-100°С)

Низькою в'язкістю при 10-30°С мають эпоксидиановые смоли молекулярної масою < 400, смоли резорцин і диамин, диглицидиловые ефіри дикарбоновых кислот, наприклад, тетрагидрофталевой. Для отримання эпоксидиановых композицій зниженою в'язкості використовують також рідкі отвердители (наприклад, аминоэфиры, метилендиковый ангідрид, рідкий ізомер метилтерефталевого ангідриду) разом із хімічно активними разбавителями, що містять эпоксидные групи (наприклад, з глицидиловыми ефірами гликолей алкилфенолов, разветвлённых карбонових кислот, з эпоксидированными мастилами). Застосування эпоксидных і ненасичених мономерів (бутилаллил-, финил- і фурилглицидиловых ефірів, глицидилметакрилата, стиролу) утруднено вследствии їх токсичності і летючості.

Для збільшення в'язкості у композиції вводять високомолекулярні сполуки (наприклад, поливинилбутираль) чи дрібнодисперсні наповнювачі, наприклад аэросил (SiO2), у кількості 3—5% до звичайно застосовуваним наполнителям щоб надати композиції тиксотропных свойств[2].

Виготовлені у промисловості композиції з урахуванням эпоксидных смол характеризуються (дані наведено для композиції без наповнювача) життєздатністю від 1—2 хв до 2 років; їх можна переробляти при високих температурах від —20 до 180°С, тривалість гелеобразования за умов переробки від 30 сік до 100 год, об'ємна усадка 2—8%. При отверждении эпоксидиановых смол не виділяються леткі речовини, який визначає порівняльну простоту технології їхньої переробки. У эпоксидиановые смоли можна вводити різні наповнювачі: мінеральні, органічні, металеві порошки, волокна, тканини та інші.

Промисловість випускає эпоксидиановые смоли наступних марок: рідкі смоли ЭД-5 і ЭД-6, высоковязкую смолу ЭД-П і тверду смолу ЭД-Л (ГОСТ 10587—63). На основі виготовляють компаунды різних марок. Компаундом називають суміш, що складається із епоксидної смоли, наповнювача і пластификатора. У компаунд вводять отвердитель.

Смола ЭД-5 є в'язку рідина ясно-коричневого кольору, з щільністю 1,2—1,3 г/см3; зміст эпоксидных груп у ній менш 18%, летючих трохи більше 2,0%; в'язкість смоли при 40 °З, обумовлена методом падіння кульки в вискозиметре типу Гепплера, не вище 4500 спз; реакція смоли по фенолфталеину має бути нейтральною. Час отверждения за нормальної температури 120°С з отвердителем- гексаметилендиамином (10% ваги смоли) має не більше 10 хв.

Смола ЭД-6 є труднорастекающуюся рідина ясно-коричневого кольору; зміст эпоксидных груп 16%, летючих до 1%; молекулярний вагу 460—540.

Смоли ЭД-5 і ЭД-6 здатні тривалий час зберігатися без зміни показника в'язкості.

Смола ЭД-Л - тверда высокомолекулярная маса жовто-коричневого кольору, з змістом эпоксидных груп 11-8%. Температура розм'якання методом «каблучку й кулю» не більше 40-60 сік. Умовна в'язкість смоли з отвердителем, замеренная за нормальної температури 100° З через 2 год після змішання, мусить бути трохи більше 100 сік, по вискозиметру Гепплера.

Смола ЭД-П - высоковязкая рідина жовто-коричневого кольору, з змістом эпоксидных груп 14-11%. Умовна в'язкість смоли з отвердителем, замеренная за нормальної температури 100°С через 2 год після змішання, мусить бути трохи більше 35 сек по вискозиметру Гепплера[3].


2. Отверждение эпоксидных смол, їх структура і їхні властивості в отверждённом стані

2.1. Отверждение эпоксидных смол

Завдяки високої реакційної здібності эпоксидных і гідроксильних груп у ролі отвердителей эпоксидиановых смол можна використовувати мономерные, олигомерные і полімерні з'єднання різноманітних класів та в такий спосіб, широтою діапазону варіювати режими отверждения (температура, час) й властивості одержуваних трёхмерныx полімерів.

По механізму поліконденсації эпоксидиановые смоли отверждаются первинними і вторинними ді- і полиаминами, многоосновными кислотами та його ангідридами, феноло-формальдегидными смолами резольного і новолачного типів, многоатомными спиртами і фенолами у кількості 5—120% від безлічі эпоксидиановой смоли; за механізмом полімеризації — третичными амінами, аминофенолами зв їх солями, кислотами Льїса і їх комплексами з підставами у кількості зазвичай 5—15% від безлічі смоли.

Реакції поліконденсації і іонної полімеризації протікають одночасно при отверждении эпоксидиановой смоли дициандиамидом. Эпоксидиановые смоли здатні закаліть без підвода тепла (зокрема при високих

Страница 1 из 3 | Следующая страница

Схожі реферати:

Навігація