Производство, свойства и порядок работы с полиэфирными смолами

В последнее время на Российском рынке всё больше набирают популярность прозрачные изделия из эпоксидных и полиэфирных смол. Чаще всего от наших клиентов мы слышим вопросы, касающиеся изготовления прозрачных столешниц, внутри которых размещаются декоративные элементы

.

Безусловно, наиболее популярным материалом для работы с прозрачной смолой является массив дерева, особенно благородных пород, но и прочие натуральные элементы декора тоже встречаются, например, ракушки, небольшие камни, листья и подобное. Тут на вкус и цвет у всех свои предпочтения. Порой встречаются и более уникальные запросы, например, прозрачные скульптуры из смолы различного размера, элементы светового оборудования.

Конечно, мы не можем обойти все эти запросы стороной и активно изучаем данное направление

композитного бизнеса.

Изготовление смол

Полиэфиры — продукты нефтехимии, которые берут свое начало в ходе перегонки нефти. Производство начинается именно с нефтепереработки, в итоге выделяются такие компоненты: бензол, этилен, пропилен. Далее эти вещества подвергаются различным химическим реакциям для изготовления гликолей, многоосновных кислот, антигидридов. Ингредиенты соединяют и уваривают вместе, в результате получается базовая смола.

Получение готовой полиэфирки включает разведение базовой смолы растворителем — стиролом. Это вещество имеет высокую токсичность, в готовом продукте способен составлять до 1/2 .

Указанный этап производства может быть конечным, и продукт поступает на реализацию. Но чаще всего схема переходит на второй этап, где в состав вводится ряд добавок в зависимости от назначения материала. Дополнительные компоненты обеспечат нужные свойства. Это могут быть пластификаторы, связующие добавки, пигменты (колеры) и т. д.

С момента окончания производства срок годности смеси ограничен. Дело в том, что после окончательной укомплектации начинается постепенная полимеризация материала или отверждение. Чем дольше хранится средство, тем хуже его качество. Для замедления полимеризации используют хранение в холодильниках.

Перед непосредственным нанесением смолы ее надо в определенных пропорциях разбавлять отвердителем, смешивать с активатором, катализатором, которые обеспечат нужную химическую реакцию с выделением тепла, поэтому масса обретет нужные характеристики — плотность, прочность, влагостойкость.

Производители выпускают однокомпонентные средства — к ним надо дополнительно покупать отвердители, двухкомпонентные материалы. Последние включают два флакона — смолу и отвердитель.

Глифталевые смолы (немодифицированные)

Глифталевые смолы представляют собой продукты конденсации глицерина с фталевым ангидридом.

Процесс образования смолы протекает по схеме, изображенной на рис. 1.

Рис. 1.

При получении глифталевых смол в начале процесса образуются кислые моноэфиры глицерина, при этом кислотность смеси сильно снижается. Затем образуются диэфиры глицерина. Кислые эфиры глицерина реагируют далее и образуют смесь полимеров с различными молекулярными массами. Процесс образования смолы сопровождается уменьшением кислотного числа и числа гидроксильных групп продукта реакции, повышением температуры размягчения, увеличением скорости полимеризации и уменьшением растворимости. Глифталевые смолы готовят в соотношении: глицерин — 29,2%, фталевый ангидрид — 70,8%.

Эта рецептура соответствует молярным соотношениям между глицерином и фталевым ангидридом 2:3, то есть число гидроксильных групп глицерина равно числу карбоксильных групп кислоты. Однако в процессе варки не наступает полной нейтрализации, то есть получения нейтральных эфиров (кислотное число 40 мг/КОН), так как есть опасность перехода смолы из жидкой и текучей в нерастворимый трехмерный полимер. Поэтому процесс заканчивают значительно раньше в зависимости от назначения смолы. Процесс варки глифталевых смол контролируют чаще всего по скорости полимеризации (на электрической плитке при 250 °С). Скорость полимеризации смолы должна быть установлена для каждой партии смолы.

Для изготовления смолы применяют котлы небольшой емкости из алюминия или нержавеющей стали. Технологический процесс изготовления смолы № ГФ-1350 состоит в следующем: в котел загружают глицерин, который нагревают до 120 °С. Затем вводят фталевый ангидрид и расплавляют при перемешивании. По расплавлении фталевого ангидрида массу в котле нагревают до 190–200 °С и выдерживают при этой температуре до получения готовой смолы, которую сливают в противни через нижний спускной кран. По охлаждении смолу размалывают в тонкий порошок на дробилке.

Готовая глифталевая смола по внешнему виду представляет собой твердую хрупкую массу от желтого до темно-коричневого цвета, прозрачную в тонком слое (таблица 1).
Таблица 1

Смола должна быть твердой, в изломе зеркально гладкой, однородной по цвету и не должна содержать никаких посторонних примесей. Смола третьей группы может иметь губчатое строение.

Для получения лаков смолу растворяют в спиртотолуольной смеси (1:1). Глифталевые лаки готовят с различным содержанием смолы. Лаки обладают высокой клеящей способностью, довольно быстро высыхают на воздухе с образованием клейкой лаковой пленки, размягчающейся при нагревании. Пленка лака при нагревании медленно переходит в неплавкое и нерастворимое состояние. Глифталевые смолы и лаки применяют для формующихся и твердых слюдяных материалов и изделий.

Характеристики материала

Насыщенные полиэфирные смолы на вид представляют собой медоподобную жидкость темно-коричневого, желтого цвета. Как правило, она прозрачная, не имеет посторонних включений. После смешивания с отвердителем материал густеет, переходит в желеобразное состояние, потом становится похожим на резину и, наконец, твердеет. Окончательно затвердевший материал может подвергаться окрашиванию — хорошо ложится краска и лак.

Полиэфирные смолы отличаются такими свойствами:

• низкая теплопроводность;
• высокая влагостойкость;
• долгий срок эксплуатации готовых изделий;
• стойкость к перепадам температур, УФ-излучению и механическому воздействию;
• противодействие влиянию химических веществ;
• универсальность, широкая сфера применения;
• отличная адгезия к стекловолокну, стеклоткани, бумаге, металлу;
• электроизоляционные свойства.

К минусам материала можно отнести большую, по сравнению с эпоксидной смолой, усадку, высокий класс опасности для человека. Материал токсичный, работа требует осторожности.

Сейчас выпускаются современные полиэфирные смолы без стирола. В отличие от неорганических смесей, в них нет опасных компонентов. В составе живица, растительные масла (рапсовое, соевое, касторовое). Из масел добывают экологически чистые полиолы — базовые компоненты для изготовления двухкомпонентных полиэфирных смол. Из полиолов готовят вспененный полиуретан.

Свойства и характеристики

Полиэфирная смола в готовом к применению виде по своей консистенции похожа на жидкий мед. Она может принимать разные оттенки, от желтого до темно-коричневого. Несмотря на наличие окраса, смола прозрачная. После того, как в основной состав добавляется отвердитель, прозрачность снижается, а сам материал густеет. В промежуточном состоянии он похож на резину, а по завершении отверждения становится твердым. На затвердевшую полиэфирную смолу хорошо наносится лак и различные краски.

Для полиэфирных смол можно сформулировать целый ряд уникальных свойств. Именно они играют определяющую роль в определении сферы применимости материала. Опишем кратко свойства и применение полиэфирной смолы.

• Низкая теплопроводность. Теплоизоляционные свойства смолы востребованы в промышленности и строительстве. Даже относительно небольшой слой способен служить неплохим изолятором.
• Влагостойкость. В затвердевшем виде полиэфирная смола не пропускает влагу. Она может использоваться даже в условиях повышенной влажности в качестве гидроизоляции.
• Повышенное время эксплуатации. Изделия из полиэфиров устойчивы к внешним воздействиям климатического и техногенного характера. Это позволяет эксплуатировать их в течение длительного времени, причем за весь период материал практически не теряет своих основных характеристик.
• Широкий температурный диапазон. Применение смолы в быту практически не ограничено температурными критериями. Материал абсолютно инертен и к ультрафиолетовому излучению, то есть, внешний вид изделий со временем не изменяется, равно как и оптические характеристики.
• Устойчивость к химии. Устойчивость к воздействию химически активных веществ позволяет применять различные средства по уходу за изделиями из полиэфирных смол.
• Универсальность. Сфера применимости материала охватывает многие отрасли промышленности, от производства машин до электроники. Востребована смола и в домашних условиях, несмотря на вредность некоторых ее компонентов.
• Хорошая адгезия. Высокий показатель адгезии только подчеркивает универсальность материала. Смола отлично сочетается с древесиной стеклом, пластиком и металлом.
• Диэлектрик. Диэлектрические свойства полиэфира позволяют одновременно использовать его, как строительный материал и как изолятор.

Полезно узнать > Универсальный эпоксидный клей ЭДП и его применение

Есть у полиэфирных смол и характерные минусы. Материал считается опасным для здоровья человека. В основном, источником этой опасности является стирол, которым можно надышаться в процессе приготовления состава.

В застывшем виде полиэфирная смола не причиняет вреда, тем не менее, изделия не рекомендуется использовать в пищевой промышленности.

Также смола подвержена усадке. По сравнению с эпоксидными смолами, полиэфирные в данном отношении существенно проигрывают.

Современные технологии позволили существенно снизить класс опасности материала. Сейчас в продаже можно встретить полиэфиры без содержания стирола. Его заменили растительные масла (касторовое, рапсовое, соевое). Масла используются не в чистом виде. Из них получают полиолы, которые являются базовыми компонентами для смол. Такой материал, безопасный для человека, имеет более расширенную область применения.

Сфера применения

Что можно сделать на основе полиэфирных смол? Сфера их применения очень широка. В комбинации со стеклотканью они позволяют получить стеклопластик нужной степени прозрачности. Изделия из него есть в любом магазине сантехники, например, душевые кабины. Смолы входят в состав лакокрасочных материалов, клеевых смесей, компаундов — полимеров для изготовления радиодеталей, электротехнического оборудования. Их вводят в мастики, замазки, композиции для наливного пола, для подиумов.

Стеклопластик применяется в отливке статуэток, галантереи. Полиэфиркой пропитывают пористые материалы для их герметизации, например, для стабилизации древесины. Полиэфирная смола может участвовать в процессе изготовления сотопластов, иных пластмасс, волокнистых плит из дерева, асбоцементных плит.

В кораблестроении использовать смолы можно для:

• соединения деталей кораблей, катеров;
• придания герметичности лодкам;
• уплотнения иллюминаторов;
• обработки корпусов.

Полиэфирная смола применяется для ремонта бамперов авто, пластик на ее основе служит базой для изготовления деталей автомобилей. С добавлением полиэфирок делают автомобильные грунтовки и шпаклевки. Стеклопластик вкупе с красителями применяют для литья осветительных приборов, подоконников, карнизов, кровель. Литьевой метод используется для создания искусственного камня.

Пентафталевые смолы

Пентафталевые смолы являются продуктами реакции конденсации пентаэритрита и фталевого ангидрида. Широкое применение в промышленности нашли пентафталевые смолы, модифицированные маслами.

Процесс изготовления пентафталевых смол аналогичен процессу изготовления глифталевых. Растительное масло подвергается процессу переэтерификации с пентаэритритом при 220–230 °С до получения растворимого в спирте продукта, затем производится этерификация этого продукта с фталевым ангидридом при 240–255 °С.

Процесс реакции контролируется по вязкости раствора смолы в скипидаре. Затем готовая основа разбавляется растворителем. Процесс смолообразования при применении пентаэритрита благодаря его большой реакционной способности (при наличии четырех гидроксильных групп) происходит значительно быстрее. По этой причине получение пентафталевых смол с малой жирностью очень затруднительно.

Пентафталевые лаки по сравнению с глифталевыми той же жирности обладают рядом преимуществ: повышенной скоростью сушки, дают более твердую пленку с большей влагостойкостью и блеском, имеют более длительный срок службы и обладают хорошими электроизоляционными свойствами. Объясняется это строением пентафталевых смол, которые имеют более жесткую пространственную структуру по сравнению с глифталями.

Марки и производители

Выпускаются разнообразные полиэфирные смолы отечественных и импортных производителей. Упаковки большинства смол — от 1 килограмма и более.

Neon S-1

Neon S-1 от Ремполимер — предускоренная тиксотропная смола, которая обладает низкой вязкостью, средним уровнем химической активности. В составе присутствует стирол, наполнители высокого качества. Средство считается одним из лучших для ремонта лодок, катеров, автотюнинга. Дает минимальную усадку, после разбавления его надо наносить в течение 15 минут. Время полимеризации — 45 минут.

Рефлекс

Reoflex Repair Resin или полиэфирная смола Рефлекс — средство для ламинирования, имеет ортофталевую основу и пониженное количество стирола. В описании указано, что смола обладает высокой адгезией к металлу, лакокрасочным покрытиям, древесине, ламинату, грунтам.

Полученное покрытие имеет высокую прочность к механическому повреждению, вибрации, стойкое к перепадам температур, влиянию смазок, бензина, масел. Добавление специальных компонентов позволяет пластифицировать материал и применять для ремонта бамперов, заполнения щелей в металле.

Смола для литья Norsodyne O-12335 AL

NorsodyneO-12335 AL — предускоренная прозрачная смола, имеет высокую стойкость к ультрафиолету. Отличается довольно большим временем желатинизации — 16 – 22 минуты. Разводить ее нужно отвердителем Бутанокс в объеме 0,03 % от общей массы. Используется для обработки пористых материалов, как клей для резиновых лодок, ремонта автомобилей. Допускается применение при температуре от +15 градусов.

Novol Plus 720

Новол Плюс 720 (Novol Plus 720) — еще одно популярное средство, которым можно клеить резиновые изделия, заделывать дыры, отверстия, усиливать пластиковые конструкции. С его помощью ремонтируются кемпинговые прицепы, яхты, автомобильные кузова.

Как отвердитель применяется Бутанокс, его можно заменить 50 % пастой перекиси бензоила. Полиэфирная смола имеет высокую прочность, отлично шлифуется, может покрываться полиэфирными шпаклевками. Расход 1м2 при использовании в качестве клея небольшой, средство может применяться со стекломатом.

Другие марки

Склеивать различные поверхности, проводить их ламинирование можно при помощи смолы полиэфирной Eskim ES-1060. Состав менее вязкий, чем большинство материалов, поэтому отличается легкостью нанесения.

Особое свойство — низкая чувствительность к количеству растворителя и температуры для отверждения. Легко добавить в смолу любую колеровку своими руками, смола сочетается с большинством пигментов. К средству можно досыпать цемент, тальк, гипс и применять для изготовления наливных полов.

Полиэфирная смола Polipol 3401-А — ортофталевый материал с низкой усадкой, практически не деформируется после отверждения. Широко используется для производства химически стойкой тары, деталей катеров, аттракционов, бассейнов. Сколько сохнет средство? Время гелеобразования — 30 минут, дальнейшее отверждение зависит от температуры в помещении.

Состав

Полиэфирные смолы имеют сложный состав. Все компоненты можно разбить на отдельные группы, которые выполняют вполне определенную функцию.

• Полиэфир или полиэфирный олигомер содержится в количестве 65-70%. Это основное вещество, подвергающееся полимеризации.
• Растворитель. Его объем составляет до 30%. Вещества, являющиеся растворителями, способны снижать вязкость материала, вступая в реакцию сополимеризации основного компонента.
• Инициатор – вещество, которое способствует началу реакции. Доля его содержания составляет 1,8%.
• Ускоритель играет роль катализатора. С его помощью существенно увеличивается скорость реакции. В смоле содержится около 1,5% ускорителя.
• Ингибитор. Добавляется в основной состав для хранения. Именно он не дает смоле самостоятельно подвергаться полимеризации.

Как было указано выше, основной компонент полиэфир состоит из спиртов, кислот и ангидридов. Обычно в качестве спиртов выступает этиленгликоль, пропиленгликоль, диэтиленгликоль, дипропиленгликоль или глицерин. Остальными компонентами выступают фумаровая кислота, малеиновый ангидрид, адипиновая кислота и фталевый ангидрид.

После смешивания компонентов до наступления реакции отверждения полиэфир обладает относительно небольшой молекулярной массой. В процессе полимеризации молекулы образуют трехмерную сетчатую структуру, а их масса стремительно растет. Образование связанной структуры повышает прочность и плотность конечного материала.

Все растворители являются мономерами, они доводят консистенцию смолы до требуемой нормы, снижая ее вязкость. Без этого вещества подготовить смолу невозможно, так как изначально она слишком густая. К тому же растворитель участвует в процессе полимеризации, увеличивая скорость и глубину отверждения. Без растворителя смола «застывает», но очень медленно.

В подавляющем большинстве случаев на производстве полиэфирных смол используют стирол в качестве растворителя. Он имеет высокую эффективность наряду с низкой стоимостью, однако требует осторожного обращения. Стирол токсичен и горюч, что создает потенциальную опасность отравления или взрыва.

Инициатор нужен компонентам смолы, чтобы началась реакция отверждения. Перекись и гидроперекись, являясь инициаторами, взаимодействуют с ускорителем. В результате реакции они образуют свободные радикалы, которые, в свою очередь, превращают молекулы полиэфира также в свободные радикалы, в чем и заключается процесс полимеризации. Он сопровождается повышением температуры материала. После добавления инициатора в состав смолы необходимо произвести заливку в течение суток.

Ускоритель может добавляться в полиэфир еще на стадии изготовления, ведь реакция начнется только после его соединения с инициатором. Наиболее популярным веществом-ускорителем является соль кобальта (нафтенат кобальта или октоат кобальта). Они выпускаются не только в составе полиэфира, но и отдельно, их марки содержат литеры «НК» или «ОК».

Полезно узнать > Двухкомпонентный эпоксидный клей Poxipol и его применение

Ингибиторы замедляют реакцию полимеризации. Дело в том, что многие смолы даже без ускорителей и инициаторов способны образовывать свободные радикалы. Такие вещества, как фенол, трикрезол, некоторые кислоты и хиноны могут быть добавлены в полиэфиры в небольшом количестве. Обычно их доля не превышает 0,05%.

Особенности ненасыщенных полиэфирных смол

Основное отличие ненасыщенных смол от насыщенных — в составе, точнее, в количестве определенных компонентов. Ненасыщенные средства более популярны, ведь для их полимеризации не нужна высокая температура, составы отвердевают даже при +23 градусах. Плюсом можно назвать меньший вред для здоровья — отсутствует выделение побочных продуктов.

Материал используется для изготовления армированного пластика, литой изоляции, стеклопластикового покрытия, радиоприборов, электроприборов. Подойдет и для корпусов лодок, катеров, яхт, применяется в авторемонте и автомобильной промышленности.

Глифталевые смолы (модифицированные)

Кроме чистых (немодифицированных) глифталевых смол широко применяются также смолы, модифицированные растительными маслами или жирными и смоляными кислотами.

Модифицированные глифталевые смолы представляют собой продукты реакции конденсации глицерина, фталевого ангидрида и растительных масел или жирных кислот.

Процесс образования модифицированных глифталевых смол изображен на рис. 2 (R — радикал жирной кислоты).

Рис. 2.

В этом случае начальная стадия смолообразования проходит через моноглицерид с образованием кислого эфира, который, имея свободными одну гидроксильную и одну карбоксильную группы, может вступать в дальнейшую конденсацию как с подобными соединениями, так и с молекулами глицерина и фталевого ангидрида, в результате чего получаются продукты преимущественно линейного строения с высокой эластичностью и малой кислотностью. При дальнейшем нагревании эти смолы могут переходить в пространственный трехмерный полимер за счет двойных связей непредельных жирных кислот. Введение жирных кислот при изготовлении модифицированных глифталевых смол улучшает их свойства: увеличивается влаго-, водостойкость и термоэластичность, уменьшается кислотность, улучшаются электрические свойства. Кроме того, увеличение жирности композиции приводит к удлинению процесса смолообразования и уменьшению скорости полимеризации, снижению твердости лаковых пленок и повышению растворимости в нефтяных углеводородах.

В промышленности модифицированные глифталевые смолы получают следующими способами:

1. расщеплением растительных масел в чистом виде с последующей их переэтерификацией методом алкоголиза;
2. с применением свободных жирных кислот;
3. с применением касторового масла.

Первый способ более сложен и требует особо тщательного контроля. При втором способе процесс идет более просто, легче поддается контролю и качество смол получается более высоким. В производстве электроизоляционных лаков применяются оба способа.

Синтез модифицированных глифталевых смол способом алкоголиза (вытеснение спиртового остатка сложного эфира другим спиртом) заключается в том, что растительное масло подвергается предварительной переэтерификации с глицерином, которая производится обычно в присутствии катализатора — свинцового глета (РbО) в количестве 0,05–0,1%.

Схема реакции переэтерификации представлена на рис. 3.

Рис. 3.

При взаимодействии растительного масла и глицерина образуются смеси неполных эфиров моно- и диглицеридов. Алкоголиз проходит при 220–240 °С, а иногда и выше. Это первая стадия процесса. При избытке глицерина получаются моноглицериды. Об окончании процесса переэтерификации судят по растворимости пробы смеси в этиловом спирте (1:1).

На второй стадии процесса происходит реакция взаимодействия этерифицированных моно- и диглицеридов c фталевым ангидридом при температуре 240–250 °С и выше. Реакция протекает с выделением воды и образованием смешанных глицериновых эфиров фталевой и жирной кислот глифталевой смолы.

При применении свободных жирных кислот реакция взаимодействия между глицерином, фталевым ангидридом и жирными кислотами происходит одновременно при 180 °С. Процесс сопровождается сильным вспениванием вследствие выделения воды. Температура повышается до 250 °С, и масса выдерживается в котле до получения смолы с требуемыми свойствами: вязкостью, кислотным числом и скоростью полимеризации.

По окончании процесса жидкую смолу переводят в смеситель. После охлаждения масса растворяется в соответствующих растворителях.

В некоторые рецептуры глифталевых лаков вводятся в качестве модифицирующих добавок смоляные кислоты (канифоль).

Широкое применение имеют глифталевые модифицированные смолы на основе рицинолевой кислоты (касторового масла), глицерина и фталевого ангидрида. Касторовое масло благодаря наличию оксикислоты (рицинолевой кислоты) легко этерифицируется фталевым ангидридом согласно схеме, изображенной на рис. 4.

Рис. 4.

Процесс образования глифталевых смол, модифицированных касторовым маслом, сопровождается процессом дегидратации касторового масла, которая протекает при 260–270 °С в присутствии катализатора — фталевого ангидрида. В этом случае рекомендуется применять рафинированное касторовое масло или его дистиллированные кислоты. Температурный режим процесса в зависимости от условий и назначения смол может быть в пределах 200–260 °С. При 200–220 °С получают невысыхающие смолы, а при 260–270 °С — высыхающие.

Для модификации глифталей применяют также синтетические оксикарбоновые кислоты, получаемые окислением парафина и других нефтяных фракций. В этих случаях гидроксильные группы оксикислот заменяют глицерин.

При синтезе глифталевых смол выделяется большое количество реакционной воды и при высоких температурах получаются большие потери фталевого ангидрида. Схема установки для синтеза глифталевых (полиэфирных) смол изображена на рис. 5.

Рис. 5.

Введение синтетических жирных кислот или насыщенных жирных кислот (например, стеариновой) повышает теплостойкость лаковых пленок, однако замедляет скорость их высыхания. Это в значительной мере устраняется путем введения в состав лаковой основы меламиноформальдегидной смолы в виде раствора в бутаноле. Увеличение жирности композиции влечет за собой изменение растворимости в тех или иных растворителях. Так, например, смолы немодифицированные или тощие смолы, модифицированные жирными кислотами, растворимы в спиртотолуольной смеси. Жирные смолы, модифицированные растительными маслами, растворимы в смеси нефтяных и ароматических углеводородов.

Растворители, ускорители и ингибиторы

Обязательный компонент смолы — растворитель-мономер. Нужен для разведения, снижения вязкости (сам полиэфир очень густой), как участник сополимеризации. Для перевода материала из жидкого состояния в твердое применяются катализаторы, например, гидроперекись (позволяет полиэфирке обрести конечные свойства).

Ускоритель вводят в состав сразу либо добавляют, чтобы стабилизировать массу, в процессе эксплуатации. Обычно в качестве ускорителя выступают соли кобальта. Без последовательного применения таких веществ процесс отверждения будет происходить медленно или преждевременно, готовое изделие будет испорчено.

Основные достоинства

Полиэфирные смолы в отверждённом состоянии являются замечательными конструкционными материалами. Для них характерны твёрдость, высокая прочность, прекрасные диэлектрические свойства, износостойкость, химическая стойкость. Не стоит забывать о том, что в процессе эксплуатации изделия из полиэфирной смолы безопасны с экологической точки зрения. Определённые механические качества смесей, которые используются совместно со стеклотканями, по своим показателям напоминают параметры конструкционной стали (в некоторых случаях даже превышают их). Технология изготовления дешева, проста, безопасна, поскольку вещество отверждается при обычной комнатной температуре, не требуется даже приложение давления. Выделения летучих и иных побочных продуктов не происходит, наблюдается разве что небольшая усадка. Таким образом, чтобы изготовить изделие, не нужны дорогостоящие громоздкие установки, нет необходимости и в тепловой энергии, благодаря чему предприятия быстро осваивают как крупнотоннажное, так и малотоннажное производство продукции. Не стоит забывать о низкой стоимости полиэфирных смол — этот показатель в два раза ниже, чем у эпоксидных аналогов.

Работа с полиэфирной смолой

Вначале следует точно отмерить объем смолы и ускорителя, пропорции всегда указываются в инструкции. Рекомендуется начинать работу с минимального количества материалов — не более 0,5 – 1 литра. Ускоритель добавляют постепенно, после тщательно размешивают смолу. Быстрые движения недопустимы — так в массу попадет много воздуха.

При введении раствора возможна смена оттенка жидкости (становится синего цвета), сильное нагревание. Если температура полиэфирки повысилась, это означает начало процесса полимеризации.

Когда требуется замедлить отверждение, можно поставить емкость с массой в таз с холодной водой. Переход жидкости в желатинообразное состояние означает окончание периода ее использования. Обычно такой процесс занимает 20 – 60 минут. Склеить изделия или нанести смолу на поверхности надо раньше, после желатинизации перемещать материал уже нельзя. Далее надо дождаться полной полимеризации — от нескольких часов до 2 суток, но окончательные свойства полиэфирка обретет через 1 – 2 недели.

Исходные смолы

Что собой представляет данный материал в исходном состоянии? Это медоподобная, вязкая жидкость, цвет которой может варьироваться от тёмно-коричневого до светло-жёлтого. Когда вводят некоторое количество отвердителей, полиэфирная смола сначала слегка густеет, потом обретает студнеобразное состояние. Чуть позже консистенция напоминает резину, потом — вещество твердеет (становится неплавким, нерастворимым).

Такой процесс принято называть отверждением, так как он происходит за несколько часов при обычной температуре. Когда смола в твёрдом состоянии, она напоминает жёсткий прочный материал, который легко окрасить в самые разные цвета. Как правило, его используют в комбинации со стеклотканями (полиэфирными стеклопластиками), он выполняет функцию конструкционного элемента для изготовления различных изделий — такова полиэфирная смола. Инструкция при работе с подобными смесями очень важна. Необходимо соблюдать каждый её пункт.

Полиэфирные смолы и стекломаты

Стекломаты — стекловолокно, нарубленное мелкими кусками (до 5 см). Их соединяют между собой и используют подобно стеклоткани. Для изготовления стекломатов применяется полиэфирка. Их прочность ниже, чем у стеклоткани из-за более коротких волокон, зато в работе они намного легче.

После пропитывания смолой материал становится похожим на губку, хорошо сгибается и обретает нужную форму. Существуют тонкие стекломаты (стекловуаль) и очень толстые, как одеяло.

Состав смол

Если рассматривать состав полиэфирных ненасыщенных смол, здесь можно отметить многокомпонентную смесь химических элементов разной природы — каждый из них выполняет определённые задачи. Главными компонентами являются полиэфирные смолы, они выполняют разные функции. К примеру, полиэфир — это главный компонент. Он является продуктом реакции поликонденсации многоатомных спиртов, которые взаимодействуют с ангидридами или многоосновными кислотами.

Если говорить о многоатомных спиртах, то здесь востребованы диэтиленгликоль, этиленгликоль, глицерин, пропиленгликоль, дипропиленгликоль. В качестве ангидридов применяют адипиновую, фумаровую кислоты, фталевый и малеиновый ангидриды. Литьё полиэфирной смолы вряд ли было бы возможным, если бы полиэфир в состоянии готовности для переработки обладал невысокой молекулярной массой (около 2000). В процессе формования изделий он превращается в полимер, обладающий трехмерной сетчатой структурой, высокой молекулярной массой (после того, как вводят инициаторы отверждения). Именно такая структура обеспечивает химическую стойкость, высокую прочность материала.

Изготовление искусственного камня

Кроме прямого предназначения, полиэфирка широко применяется для изготовления искусственного камня. Для этого смола смешивается с наполнителями, минеральной крошкой, красителями, полимерами, стеклом.

Чтобы сделать крупные изделия (столешницы, карнизы), применяют метод литья — укладывают наполнитель в форму, заливают полиэфирной смолой. Так своими руками делают изделия из мрамора — смешивают полиэфирку и крошку искусственного мрамора, заливают в нужную форму. Сушат изделие в сушильном шкафу под действием горячего воздуха.

Полиэтилентерефталатные смолы

Полиэтилентерефталатные смолы получаются в результате реакции конденсации терефталевой (парафталевой) кислоты и этиленгликоля.

Процесс образования смолы протекает по схеме, изображенной на рис. 6.

Рис. 6.

Особенностью этого процесса является то, что терефталевая кислота не плавится и не растворяется в этиленгликоле, и реакция проходит в гетерогенной среде. Поэтому для ускорения процесса реакции и избежания перегрева массы необходимо энергичное перемешивание и постепенное введение терефталевой кислоты в реакцию.

В реактор загружают этиленгликоль и часть терефталевой кислоты, которые нагревают до 200–210 °С при энергичном перемешивании. Затем постепенно добавляют остальное количество кислоты.

Дальше конденсацию ведут при 200–250 °С при систематическом контроле кислотного числа смолы. Синтез смол проводится в аппаратах, аналогичных применяемым для получения глифталевых смол.

Промышленный способ получения полиэтилентерефталатной смолы заключается в переэтерификации диметилового эфира терефталевой кислоты этиленгликолем с последующей конденсацией получающихся при переэтерификации низкомолекулярных эфиров по схеме, изображенной на рис. 7.

Рис. 7.

Полученные полиэтилентерефталатные смолы имеют линейное строение, обладают высокой степенью кристалличности и высокой температурой плавления (220–240 °С).

Эти смолы широко применяются для изготовления искусственных волокон и пленок: лавсан (экс-СССР), терилен (Англия), хостафан (Германия). Пленки и волокна из этой смолы обладают высокой механической прочностью, эластичностью и стойкостью к растворителям. Электрические свойства пленок из лавсана высоки, а по теплостойкости относятся к классу изоляции «Е».

Однако благодаря своим термопластичным свойствам полиэтилентерефталат не может использоваться без дополнительной обработки для изготовления лаков, применяющихся для эмалирования проводов, склеивания слюды, пропитки обмоток электрических машин и т. п.

Для изготовления лаков необходимо получить полиэтилентерефталатную смолу с боковыми разветвленными группами, дающими трехмерный пространственный полимер. С этой целью наряду с гликолями применяют и многоатомные спирты (глицерин). Дополнительную конденсацию смолы ведут или прогревом смолы под вакуумом или в среде растворителя, например, трикрезола. В этом случае получают лак 45-процентной концентрации в растворителе (трикрезоле), применяющийся для эмалирования проволоки.

Опасность и вред для человека

Вредные компоненты присутствуют в составе практически всех материалов неорганического происхождения. Особенно токсичен стирол, это вещество весьма огнеопасно. Работать с полиэфиркой надо всегда с соблюдением мер защиты. Глаза предохраняют от паров и брызг специальными очками, органы дыхания защищают респиратором.

Чем отмыть материал, если состав попал на кожу? Надо сразу же тщательно промыть это место с мылом, но лучше использовать особый состав для очищения полиэфиров. Помещение должно хорошо проветриваться, исключается работа рядом с источниками огня. Тушение при возгорании запрещено проводить водой, надо применять огнетушитель или песок.

Влияние на здоровье человека

Практически все синтетические материалы содержат вещества, так или иначе, оказывающие влияние на здоровье человека. Стирол, на основе которого создан растворитель, огнеопасен и токсичен, поэтому при работе со смолой предъявляются самые жесткие меры безопасности.

Необходимо защищать глаза от случайных брызг, а органы дыхания от паров. Если материал случайно попал на кожу, следует безотлагательно предпринимать меры. Лучше всего использовать специальный состав для очищения от полиэфира, но если его нет под рукой, то место соприкосновения со смолой промывается теплой мыльной водой. Помещение должно быть оборудовано вытяжкой и приточной вентиляцией.

Запрещено проводить работы в непосредственной близости к источникам открытого огня. В случае возгорания пожар тушится огнетушителем или песком. Водой тушить стирол нельзя.

Технология производства материалов не стоит на месте, поэтому был разработан альтернативный метод получения смол. Речь идет о натуральных полиолах, созданных на основе растительных масел. По своим характеристикам они нисколько не уступают смолам на основе стирола, а в некоторых случаях даже превосходят.

Уменьшая вредное воздействие на человека, удается добиться негативного влияния на экологию в целом, ведь при этом снижаются объемы добычи нефти. Во-первых, экономятся невосполняемые ресурсы. Во-вторых, цена на такие смолы не зависит от курсов на нефтяном рынке.

Общая информация

Существует три главных метода проведения поликонденсации: в расплаве, на поверхности раздела двух фаз и в растворе. В современной промышленности наиболее распространен первый способ. Для него характерна атмосфера инертного газа (азота), повышенная температура (180-260? C) и пониженное давление. В расплав добавляются различные катализаторы и ингибиторы окисления. Образующаяся в процессе поликонденсации вода удаляется. Степень этерификации регулируется с помощью азеотропной или вакуумной дистилляции, применяемой на завершающей стадии реакции.

Готовность расплава определяется по кислотному числу: чем оно меньше, тем ближе реакция к завершению. Результатом всего этого процесса становится полиэфирная смола, которую можно смешивать с органическим растворителем сразу же по завершению синтеза. Либо же отложить смешивание до момента непосредственного производства лакокрасочных материалов.

Практика использования

Работа с любыми полиэфирным смолам заключается в точном отмеривании смолы и акселератора, количество которых в процентном или объемной соотношении всегда указывается в инструкциях. Лучше начинать с небольшого объема материала, от 0,5 до 1 литра. Затем постепенно добавляется ускоритель и смола очень тщательно перемешивается.

Во время замешивания быстрых движений не делать , от них образуются воздушные пузырьки, а так как время желатинизации полиэфирных смол после введения в них отвердителя крайне мало, то эти пузырьки могут не успеть покинуть толщу полиэфирки.

После введения катализатора-отвердителя смола меняет цвет и начинает нагреваться, что свидетельствует о начале запуска процесса полимеризации. Если вы считаете, что процесс идет слишком быстро, можно поместить емкость с полиэфирной смолой в таз или ведро со льдом, это увеличит время схватывания смолы.

Полная полимеризация происходит в интервале времени от 2 часов до 2 суток. Но окончательная только на исходе недели, а то и двух. Впрочем, застывшая смола будет уже достаточно твердой и стойкой для многих механических воздействий.

Например, для производства искусственного поделочного камня уложенные в формы мраморную крошку, гранулы пластмассы, имитирующей камни, стеклянные осколки прочие наполнители заливают полиэфирной смолой и сушат под воздействием горячего воздуха. Работа требует мощной вытяжки и возможности быстро охладить форму, что особенно важно при большой толщине отливок, так как чем больше толщина, тем выше саморазогрев массы.

Полезно узнать > Как и чем выполняется шлифовка и полировка эпоксидной смолы

В случае возникновения загорания полиэфирной смолы ни в коем случае нельзя тушить ее водой, только забрасывая возгорание песком или применяя углекислотное огнетушение.

Безвредной для здоровья полиэфирной смолы не существует. Поэтому нужно обезопасить себя при работе с этим веществом: на глаза надевать защитные изолирующие очки, на органы дыхания респиратор, руки защищаются перчатками.

При попадании полиэфирки на кожу, нужно промыть это место с мылом, хотя лучше использовать специальный состав для смыва, который можно приобрести в тех же магазинах, где смола покупалась.