В ПНИПУ синтезировали новый тип эпоксидной смолы с пониженной вязкостью
Низковязкую, но прочную эпоксидную смолу синтезировали специалисты Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ), 26 июля сообщает портал «Научная Россия» со ссылкой на пресс-службу ПНИПУ.
Эпоксидные смолы давно и широко используются в различных областях из-за своей прочности, устойчивости к химическим воздействиям и хороших электрических свойств. Эти полимеры служат основой для красок, покрытий, клеев и изоляционных материалов.
Однако ограничением для их применения является высокая вязкость. Решая эту проблему, ученые ПНИПУ разработали низковязкую, но прочную эпоксидную смолу, которая откроет новые горизонты ее использования, избавив от необходимости применять разбавители, и может служить модификатором для более высоковязких существующих смол без понижения их механических характеристик.
Статья «Низковязкое эпоксидное связующее» с результатами исследования нового типа эпоксидной смолы была опубликована в материалах конференции «Химия. Экология. Урбанистика» 2024 Том 2.
Эпоксидными смолами называют группу термореактивных (то есть разлагающихся при определенной температуре) полимеров, которые синтезируются в ходе реакции между эпоксидными соединениями и отверждающими агентами. Это вязкие жидкости, нагревание которых приводит к их превращению в жесткие и прочные материалы.
Такие полимеры используют в приборостроении и электротехнике для электроизоляции и герметизации, при изготовлении технологической оснастки и в качестве антифрикционных покрытий. Также эти смолы применяются при производстве лакокрасочных покрытий и как связующее для стеклопластиков и изолирующих материалов.
Хорошая адгезия эпоксидных смол к стеклу, керамике, дереву, пластмассам и металлам используется для изготовления клеев на их основе. Клеевые швы в этом случае устойчивы к действию воды, кислот и щелочей.
При этом для понижения вязкости эпоксидных смол применяют пластификаторы и активные разбавители. Однако в этом случае происходит снижение прочности и теплостойкости полимера.
Разработанное учеными Пермского политеха низковязкое эпоксидное связующее обладает высокой температурой стеклования. Его условная прочность (максимальное значение напряжения, которое смола может выдержать перед началом видимой деформации), а также адгезионная прочность на отрыв при склеивании с другими материалами также очень высоки.
Студентка кафедры «Химические технологии» ПНИПУ Юлия Шутова пояснила:
«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 отличие от классических модификаторов вязкости, ее использование не приводит к понижению качества».
Синтез улучшенной эпоксидной смолы проходит за две стадии. На первой к анилину добавляется в небольшом избытке эпихлоргидрин. При этом растворителем служит ацетон. Реакция идет в течение пяти часов с интенсивным перемешиванием при температуре 70 °С.
На второй стадии, идущей в щелочной среде, происходит образование новых эпоксидных колец и создается диглицидиловый эфир анилина с новыми концевыми эпоксигруппами.
«Полученная нами эпоксидная смола, — рассказал старший научный сотрудник Института технической химии УрО РАН, доцент кафедры „Химические технологии“ ПНИПУ кандидат технических наук Алексей Слободинюк, — 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».
Кроме того, исследователи Пермского Политеха определили, что температура стеклования, соответствующая переходу этого полимера из твердого, стеклоподобного материала в мягкий, похожий на резину, составляет 160 °С. Это означает, что такую композицию можно применять при температурах до 130 °С без опасения понижения прочностных характеристик.
Таким образом, в ПНИПУ впервые была синтезирована эпоксидная смола, обладающая низкой вязкостью, но высокой прочностью и хорошей теплостойкостью. Она была создана из материалов, которые производятся на территории РФ и дружественных стран. Разработка пермяков поможет расширить области применения таких полимеров и улучшить свойства существующих продуктов.
