Основные смолы для пластмасс
Для пластмасс применяются главным образом синтетические смолы, такие как феноло-формальдегидные, мочевино-формаль-дегидные, анилино-формальдегидные, эпоксидные, кремнийорга-нические (полисилоксановые), полиэфирные, политетрафторэтиленовые, полиакриловые, полиэтиленовые, полистироловые, полихлорвиниловые, полиамидные и многие другие.
Феноло-формальдегидные смолы (бакелиты) получаются в результате реакции конденсации между фенолом и формальдегидом и поэтому называются конденсационными. Эти смолы называются еще бакелитовыми, или бакелитами. Они получили широкое распространение в производстве пластмасс.
Процесс получения смолы ведется в котлах при температуре около 100°. Кроме исходных продуктов (фенола и формальдеги- 4 да) в котел вводится катализатор. В зависимости от соотношения количеств фенола и формальдегида и от свойств катализатора может быть получена смола с различной структурой молекулы и разными свойствами.
При избытке фенола и использовании кислого катализатора получается термопластичная новолачная смола с линейной структурой молекулы. Свойства термореактивности можно придать этой смоле добавлением к ней уротропина.
Избыток формальдегида и использование щелочного катализатора приводит к образованию термореактивной резольной смолы, имеющей молекулу с пространственной структурой. Резоль-ная Смола может существовать в трех модификациях:
1. Резол, или бакелит А, растворим в спирте, ацетоне и щелочи; термореактивен и при нагревании до 100° переходит в следующую модификацию. Раствор резола в спирте называется бакелитовым лаком.
2. Резитол, или бакелит В, представляет собой промежуточную форму резольной смолы. В органических растворителях и щелочах он не растворяется, а только набухает. При нагревании до 150° переходит в следующую, последнюю, модификацию.
3. Резит, или бакелит С, представляет собой твердый продукт, неплавкий и нерастворимый. При повышении температуры до 300° начинает обугливаться, не размягчаясь.
Переход резола в резитол и далее в резит объясняется изменением структуры молекул смолы в результате их усложнения и пространственного разветвления.
При изготовлении пластмасс термореактивность резольных смол, как и других подобных веществ, и способность их переходить из пластичного состояния в твердое используются для получения изделий, устойчиво сохраняющих заданную форму и обладающих высокими механическими свойствами и стойкостью к действию органических растворителей. При этом процесс горячего прессования проводится в стадии резола, когда смола находится в пластическом состоянии и легко принимает любую форс му, а последующая выдержка при повышенной температуре, или так называемая «выпечка», переводит смолу в состояние резита и сообщает материалу необходимые свойства.
Мочевино-формальдегидные смолы получаются в результате реакции конденсации мочевины (карбамида) и формальдегида в присутствии кислот и щелочей, выполняющих роль катализатора. Материалы на основе этих смол называются карбамидными пластмассами или аминопластами. Быстрое твердение карбамид-ных смол при нормальной температуре и хорошая сцепляемость их с другими материалами позволяет использовать эти смолы для приготовления клеев.
Анилино-формальдегидные смолы представляют собой продукты реакции конденсации анилина и формальдегида.Эти смолы в процессе производства получаются в виде порошка. Пластмассы на их основе обладают высокой тепло-,водо- и щелоче-стойкостью и имеют хорошие электроизоляционные свойства. Анилино-формальдегидные смолы применяются при производстве волокнистых и слоистых пластиков, а также электроизоляционных лаков.
и располагается на концах цепеобразных молекул смолы. В процессе отверждения посредством этих групп происходит присоединение аминов, фенолов или других веществ, имеющих подвижный атом водорода, в результате чего образуются высокомолекулярные полимеры.
Эпоксидные смолы легко совмещаются с другими смолами, например феноло-формальдегидными, полиэфирными и т. д. Такие совмещенные эпоксидные смолы имеют высокую адгезию по отношению к стекловолокну и к другим волокнистым наполнителям, а также к различным конструкционным материалам, в том числе и к металлам. Эпоксидные смолы очень прочны. Они стойки к действию кислот, щелочей и органических растворителей, обладают хорошей теплостойкостью и высокими диэлектрическими свойствами.
Кремнийорганические (полисилоксановые) смолы являются высокомолекулярными соединениями, получаемыми гидролизом водой метил-, этил- и фенилхлорсиланов как чистых, так и в виде смесей их с диметил- или диэтилдихлорсиланом. Они являются продуктами с окраской, меняющейся от бесцветной до темно-коричневой, хорошо растворяются в бензоле, толуоле и других органических растворителях, при нагревании переходят из плавкого и растворимого в неплавкое и нерастворимое состояние.
Свойства кремнийорганических смол можно варьировать в широких пределах изменением вида и числа радикалов R, связанных с кремнием, а также совмещением полисилоксанов с другими смолами. Это совмещение оказывается особенно эффективным в связи с тем, что кремнийорганические смолы имеют сравнительно невысокую механическую прочность, а после совмещения они приобретают значительно более высокие механические свойства.
Основными свойствами кремнийорганических смол являются их высокая теплостойкость, стойкость к действию низких температур, солнечного света, окислителей и других химических реагентов. Они не вызывают коррозии металлов.
На основе кремнийорганических смол изготавливаются многие конструкционные, теплозащитные и теплоизоляционные пластмассы, а также лаки и каучуки. Жидкие смолы успешно используются в качестве смазок и демпфирующих жидкостей в приборах, а также для водоотталкивающих покрытий на стекле. В качестве недостатка этой смолы следует указать на плохую адгезию ее к стекловолокну и металлам.
Полиэфирные смолы являются продуктами полимеризации сложных эфиров, получаемых при взаимодействии непредельных многоосновных кислот, например малеиновой, и многоатомных спиртов, например гликоля. Эти смолы имеют высокую поверхностную твердость, являются неплавкими и нерастворимыми.
Повышение пластичности смолы достигается введением в реакцию мономеров, например стирола. Для увеличения срока хранения смолы вводятся ингибиторы, а для ускорения отверждения — инициаторы и активаторы. Получаемые в результате полиэфирные смолы имеют высокую прочность и упругость.
Полиэфирные смолы, как и эпоксидные, относятся к группе контактных, т. е. процесс затвердевания их при высокой или при обычной температуре происходит за счет раскрытия двойных связей без выделения каких-либо побочных продуктов. Это значительно упрощает технологию изготовления пластмасс и получения изделий, в частности может быть снижено давление формования, процесс отверждения может быть проведен на холоду и т. д.
Политетрафторэтиленовые смолы (фторопласты) представляют собой продукты полимеризации тетрафторэтилена, получаемого пиролизом дифторхлорметана, являющегося, в свою очередь, результатом действия плавиковой кислоты на хлороформ. Полимеризация идет при температуре не выше +60° в присутствии водного раствора перекиси водорода. Строение политетрафторэтилена характеризуется линейной молекулой вида: …—CF2—CF2—CF2—… Он имеет вид рыхлого порошка или гранул белого цвета с удельным весом 2,1—2,3 г!см3.
Фторопласты, или тефлоны, практически совершенно инертны к действию различных агрессивных сред, в том числе таких сильных, как концентрированная азотная кислота, щелочи и окислители, не реагируют даже при температуре +100° с царской водкой, концентрированной серной кислотой, бромом, хлором и другими реагентами и имеют хорошую эластичность, высокую морозостойкость и хорошие электроизоляционные свойства, обладают практически постоянными физико-механическими свойствами при температурах от —60 до +300°. Пленки из фторопласта (тефлона) остаются эластичными до —100°.
Фторопласты применяются для изготовления сальников, манжет, прокладок, особенно при действии агрессивных сред, а также в качестве электроизоляционного материала.
Полиакриловые смолы являются продуктом полимеризации сложных эфиров акриловой и метакриловой кислот. В качестве пластификатора, или смягчителя, иногда в них вводят дибутил-фталат.
Полиакриловые смолы относятся к группе термопластичных материалов и размягчаются при нагревании, начиная с +60°, а значительную пластичность и легкую деформируемость приобретают при нагревании до 110—140°. Они обладают прозрачностью, хорошей светостойкостью и морозостойкостью, вследствие чего используются для изготовления органического стекла.
Полиэтиленовая смола представляет собой продукт полимеризации этилена, получаемого из этилового спирта дегидратацией. Процесс полимеризации идет при температуре 200° и давлении о000 атм.
В 1955 г. разработан новый способ полимеризации этилена при атмосферном давлении с применением в качестве катализа торов триэтилалюминия и хлоридов титана.
Полиэтилен является твердым полупрозрачным материалом белого цвета. При температуре 110° он размягчается. Полиэтилен имеет хорошие диэлектрические свойства, высокую химическую стойкость и морозостойкость.
Он применяется для изготовления химически стойких пластмасс, антикоррозионных покрытий, электротехнических изделий и электроизоляции.
Полистироловые смолы являются продуктами полимеризации стирола в присутствии катализатора. Стирол, или винилбензол, получается из этилбензола, являющегося, в свою очередь, продуктом конденсации бензола и хлористого этила в присутствии катализатора. Процесс полимеризации стирола ведется при температуре 70°.
В процессе полимеризации жидкий стирол переходит в твердый стекловидный полистирол с молекулярным весом до 1000000.
Полистирол имеет хорошие диэлектрические характеристики, достаточную прочность, стойкость к действию кислот и щелочей, водостойкость. Он широко используется для изготовления деталей электроприборов и радиоаппаратуры, особенно работающих при высоких частотах тока.
Полихлорвиниловые смолы представляют собой продукты реакции полимеризации хлорвинила (винилхлорида), являющегося, в свою очередь, продуктом реакции взаимодействия ацетилена и хлористого водорода в присутствии катализатора при температуре 210°.
Если хлорвинил как мономер представляет собой бесцветный газ, то полихлорвинил в результате укрупнения молекул при полимеризации является твердым и хрупким материалом, имеющим вид белого порошка. Полихлорвинил имеет высокую стойкость к действию агрессивных сред. Он применяется для изготовления пластиката, а также винипласта, идущего на коррозионностойкие и электроизоляционные изделия.
Полиамидные смолы (полиамиды) представляют собой продукты поликонденсации аминокислот или двухосновных карбоно-вых кислот с диаминами, а также продукты полимеризации лак-тамов аминокислот.
На основе полиамидных смол изготовляются капрон, нейлон и недавно разработанный энант. Капрон и нейлон имеют близкие строение и свойства. Энант может иметь различные свойства, поскольку он получается реакцией телемеризации, позволяющей точно ограничивать длину цепеобразных молекул полимеров.
Полиамидные смолы используются для производства волокон, тканей и полиамидных пластмасс. При этом используется высокая прочность полиамидных смол, хорошие электротехнические свойства, стойкость против износа и некоторые другие качества.
фуриловая смола представляет собой продукт переработки фурфурола, получаемого из сельскохозяйственных отходов (отруби, солома, жмыхи и т. д.). Фуриловая смола химически стойка против действия кислот, щелочей и органических растворителей, имеет повышенную теплостойкость, небольшую усадку и некоторые другие полезные свойства.
При комплексной конденсации фурфурола и формальдегида получаются фурило-формальдегидные смолы (ФФС), имеющие хорошую адгезию к металлам и стекловолокнистым материалам. Стеклопластики на основе этой смолы отличаются высокими физико-механическими свойствами, химической стойкостью и теплостойкостью.
Влияние функциональных групп смолы на свойства полимеров. Внутреннее строение молекул смолы оказывает большое влияние на основные свойства пластмасс. Свойства теплостойкости, адгезии и прочности при растяжении повышаются в присутствии таких функциональных групп как СООН, CONH2OH.
Группы NH2 и СН, повышая прочность полимеров при растяжении, снижают их теплостойкость и адгезионную способность. Группы С1 и F, повышая теплостойкость, снижают адгезию; прочность при растяжении в присутствии F повышается, а при наличии С1 понижается. Группа СНз понижает значение всех важнейших характеристик, но улучшает стойкость полимеров против водопо-глощения.
