Свойства и области применения эпоксидных смол.
Эпоксидные смолы - олигомерные продукты поликонденсации эпихлоргидрина с многоатомными фенолами, спиртами, полиаминами, многоосновными кислотами, а также продукты эпоксидирования соединений, содержащих не менее двух двойных связей.
Их получают из дифенилолпропана (бисфенола А) и эпихлоргидрина в присутствии щёлочи. Технологический процесс включает стадии поликонденсации, осуществляемой при 60—100 °С, промывки водой (для удаления NaCI) и сушки под вакуумом (13,3—26,6 кн/м2) при 120— 140 °С. Молярную массу смолы регулируют соотношением исходных веществ.
Диановые эпоксидные смолы выпускают в виде вязких жидкостей жёлтого цвета (молекулярная масса 350—750), растворимых в ацетоне и толуоле, и твёрдых веществ жёлтого или коричневого цвета (молекулярная масса 800—3500), растворимых в смеси толуола и бутанола.
Эпоксидные смолы — одна из разновидностей синтетических смол, широко используемых при производстве лакокрасочных материалов, клеев, компаундов, а также абразивных и фрикционных материалов, используются как связующие при производстве слоистых пластиков на основе стеклоткани, таких как стеклотекстолит, трубки, цилиндры стеклотекстолитовые. Отрасли применения эпоксидных смол включают в себя электротехническую и радиоэлектронную промышленность, авиа-, судо- и машиностроение, а также в строительство, где они используются как компонент заливочных и пропиточных компаундов, клеев, герметиков, связующих для армированных пластиков.
Основное свойство эпоксидных смол — способность к полимеризации до твердого состояния в присутствии отвердителя. Отвержденные смолы характеризуются высокой адгезией к металлам, стеклу, бетону и другим материалам, механической прочностью, тепло-, водо- и химической стойкостью, хорошими диэлектрическими показателями. Эпоксидные смолы способны отверждаться в обычных условиях, а также при пониженных (до -15 °С) или повышенных (+60...+80 °С) температурах. В качестве отвердителей используются полиамины, многоосновные кислоты и их ангидриды, многоатомные фенолы, третичные амины. Отличительная особенность эпоксидных смол при отверждении — отсутствие выделения летучих веществ и малая усадка (0,1–3%).
Отверждённые смолы характеризуются высокой адгезией к металлам, стеклу, бетону и др. материалам, механической прочностью, тепло-, водо- и химстойкостью, хорошими диэлектрическими показателями. Технологические и физико-механические свойства композиций на основе Эпоксидные смолы регулируют в широком диапазоне совмещением смол с различными мономерами, олигомерами и полимерами, с минеральными и органическими наполнителями. Эпоксидные смолы используют как основу высокопрочных связующихих, клеев, заливочных и пропиточных электроизоляционных компаундов, герметиков, лаков, пенопластов.
В СССР промышленностью и опытными заводами институтов выпускалось около 150 марок эпоксидных смол и около 300 соединений, использовавшихся в качестве отвердителей, что позволяло создавать сотни тысяч составов от высокопрочных до резиноподобных для самых разнообразных областей применений. В настоящее время в России ассортимент выпускаемых смол и отвердителей уменьшился в десятки раз, однако, в основном сохранилась сырьевая база для их производства. Рассмотрим базовые марки отечественных и импортных эпоксидных смол, представленных на российском рынке.
Технические характеристики отечественных марок эпоксидных смол
В России выпускаются различные марки эпоксидных смол. Наиболее распространенными и востребованными являются эпоксидно-диановые смолы, в первую очередь ЭД-20. Эпоксидная смола данной марки занимает лидирующее место по объемам производства и потребления. Также в значительном количестве выпускаются смолы марок ЭД-16 и Э-40. Ниже приведены характеристики основных марок эпоксидных смол, выпускаемых в России.
1. ЭД-8
Смола эпоксидно-диановая неотвержденная (ОКП 22 2511, ГОСТ 10587-84).
Представляет собой растворимый и плавкий реакционно-способный олигомерный продукт на основе эпихлоргидрина и дифенилолпропана.
Используют в электротехнической, радиоэлектронной промышленности, авиа-, судо- и машиностроении, в строительстве в качестве компонента заливочных и пропиточных компаундов, клеев, герметиков, связующих для армированных пластиков.
Технические характеристики смолы ЭД-8
| Высший сорт | Первый сорт | |
| Внешний вид | Твердая, прозрачная | Твердая, прозрачная |
| Цвет по железо-кобальтовой шкале, не более | 2 | 6 |
| Массовая доля эпоксидных групп, % | 8.5 - 10 | 8 - 10 |
| Массовая доля иона хлора, %, не более | 0.001 | 0.003 |
| Массовая доля омыляемого хлора, %, не более | 0.2 | 0.3 |
| Массовая доля гидроксильных групп, %, не более | - | - |
| Массовая доля летучих веществ, %, не более | 0.2 | 0.3 |
| Температура размягчения по методу «кольцо и шар», °C, не выше | 65 | 65 |
| Время желатизации, часов, не менее | 3 | 2 |
2. ЭД-16
Смола эпоксидно-диановая неотвержденная (ОКП 22 2511, ГОСТ 10587-84).
Представляет собой растворимый и плавкий реакционно-способный олигомерный продукт на основе эпихлоргидрина и дифенилолпропана.
Используют в электротехнической, радиоэлектронной промышленности, авиа-, судо- и машиностроении, в строительстве в качестве компонента заливочных и пропиточных компаундов, клеев, герметиков, связующих для армированных пластиков.
Технические характеристики смолы ЭД-16| Высший сорт | Первый сорт | |
| Внешний вид | Высоковязкая, прозрачная | Высоковязкая, прозрачная |
| Цвет по железо-кобальтовой шкале, не более | 3 | 8 |
| Массовая доля эпоксидных групп, % | 16 - 18 | 16 - 18 |
| Массовая доля иона хлора, %, не более | 0.002 | 0.004 |
| Массовая доля омыляемого хлора, %, не более | 0.3 | 0.5 |
| Массовая доля гидроксильных групп, %, не более | 2.5 | - |
| Массовая доля летучих веществ, %, не более | 0.2 | 0.4 |
| Динамическая вязкость, Па*сек, при (25±0.1)°C при (50±0.1)°C | - 5 - 18 | - 5 - 20 |
| Температура размягчения по методу «кольцо и шар», °C, не выше | - | - |
| Время желатизации, час., не менее | 4 | 3 |
3. ЭД-20
Смола эпоксидно-диановая неотвержденная (ОКП 22 2511, ГОСТ 10587-84).
Представляет собой растворимый и плавкий реакционно-способный олигомерный продукт на основе эпихлоргидрина и дифенилолпропана.
Используют в электротехнической, радиоэлектронной промышленности, авиа-, судо- и машиностроении, в строительстве в качестве компонента заливочных и пропиточных компаундов, клеев, герметиков, связующих для армированных пластиков.
Технические характеристики смолы ЭД-20
| Высший сорт | Первый сорт | |
| Внешний вид | Вязкая, прозрачная | Вязкая, прозрачная |
| Цвет по железо-кобальтовой шкале, не более | 3 | 8 |
| Массовая доля эпоксидных групп, % | 20 - 22.5 | 20.2 - 22.5 |
| Массовая доля иона хлора, %, не более | 0.001 | 0.005 |
| Массовая доля омыляемого хлора, %, не более | 0.3 | 0.8 |
| Массовая доля гидроксильных групп, %, не более | 1.7 | - |
| Массовая доля летучих веществ, %, не более | 0.2 | 0.8 |
| Динамическая вязкость, Па*сек, при (25±0.1)°C при (50±0.1)°C | 13 - 20 - | 12 - 25 - |
| Время желатизации, час., не менее | 8 | 4 |
4. ЭД-22
Смола эпоксидно-диановая неотвержденная (ОКП 22 2511, ГОСТ 10587-84).
Представляет собой растворимый и плавкий реакционно-способный олигомерный продукт на основе эпихлоргидрина и дифенилолпропана.
Используют в электротехнической, радиоэлектронной промышленности, авиа-, судо- и машиностроении, в строительстве в качестве компонента заливочных и пропиточных компаундов, клеев, герметиков, связующих для армированных пластиков.
Технические характеристики смолы ЭД-22
| Высший сорт | Первый сорт | |
| Внешний вид | Низковязкая, прозрачная | Низковязкая, прозрачная |
| Цвет по железо-кобальтовой шкале, не более | 3 | 5 |
| Массовая доля эпоксидных групп, % | 22.1 - 23.6 | 22.1 - 23.6 |
| Массовая доля иона хлора, %, не более | 0.001 | 0.003 |
| Массовая доля омыляемого хлора, %, не более | 0.2 | 0.5 |
| Массовая доля гидроксильных групп, %, не более | 1.0 | - |
| Массовая доля летучих веществ, %, не более | 0.1 | 0.4 |
| Динамическая вязкость, Па*сек, при (25±0.1)°C при (50±0.1)°C | 8 - 12 - | 7 - 12 - |
| Температура размягчения по методу «кольцо и шар», °C, не выше | - | - |
| Время желатизации, час., не менее | 18 | 9 |
Смола эпоксидная неотвержденная. (ОКП 22 2512, ТУ 2225-154-05011907-97).
Представляет собой растворимый и плавкий полимерный продукт конденсации эпихлоргидрина с дифенилолпропаном в щелочной среде.
Используют для изготовления эмалей, лаков, шпатлевок, а также в качестве полуфабриката для производства других эпоксидных смол, заливочных масс и клеев.
Технические характеристики смолы Э-40
| Высший сорт | Первый сорт | |
| Внешний вид | Вязкая, прозрачная жидкость | Вязкая, прозрачная жидкость |
| Цвет по ИМШ, мг J2/100 см3, не более | 3 | 5 |
| Чистота раствора смолы, % светопропускания | 73 | 73 |
| Массовая доля нелетучих веществ, %, не менее | 94 | 94 |
| Условная вязкость раствора смолы по вискозиметру типа ВЗ-246 (ВЗ-4) с диаметром сопла 4 мм при температуре (20.0±0.5)°C с раствор 2:1 в толуоле | 25 - 40 | 25 - 40 |
| Массовая доля эпоксидных групп, % | 13 - 15 | 13 - 15 |
| Массовая доля хлор-иона, %, не более | 0.0035 | 0.0035 |
| Массовая доля омыляемого хлора, %, не более | 0.30 | 0.35 |
6. ДЭГ-1 и ТЭГ-1
Смолы эпоксидные алифатические (ОКП 22 2529, ТУ 2225-027-00203306-97).
Представляет собой продукт конденсации многоатомных спиртов с эпихлоргидрином с последующим дегидрохлорированием едким натром.
ДЭГ-1 - продукт конденсации диэтиленгликоля с эпихлоргидрином.
ТЭГ-1 - продукт конденсации триэтиленгликоля с эпихлоргидрином.
Смолы растворимы в воде, спиртах, ацетоне.
Применяют в качестве активных разбавителей и пластификаторов заливочных, пропиточных, клеевых и герметизирующих составов на основе эпоксидно-диановых смол, эпоксидных связующих для стеклопластиков, клеев, компаундов в электротехнической промышленности, авиа- и судостроении и т.д., а также для отделки тканей (придание эффектов несминаемости и безусадочности).
| ДЭГ-1 | ТЭГ-1 | |
| Внешний вид | Низковязкая жидкость от светло-желтого до коричневого цвета | |
| Массовая доля эпоксидных групп, % | 26 | 22 |
| Массовая доля иона хлора, %, не более | 0.04 | 0.05 |
| Массовая доля омыляемого хлора, %, не более | 1.4 | 1.5 |
| Массовая доля гидроксильных групп, %, не более | - | - |
| Массовая доля летучих веществ, %, не более | 1.5 | 1.5 |
| Динамическая вязкость, при (25±0.1)°C, Па*сек, не более | 0.07 | 0.09 |
| Растворимость в воде | - | полная |
7. КДА-7
Смола эпоксидная модифицированная (ОКП 22 2539, ТУ 2225-032-02003306-97).
Представляет собой эпоксидно-диановую смолу марки ЭД-20, модифицированную алифатической смолой марки ДЭГ-1.
Применяют в качестве заливочных, пропиточных, клеевых и герметизирующих составов в электро- и радиотехнике, приборостроении, авиационной промышленности.
Вследствие небольшой вязкости смол упрощается технология изготовления из них различных изоляционных деталей сложной конфигурации.
Свойства эпоксидных смол могут быть изменены при введении различных наполнителей, что приводит к уменьшению усадки при отверждении, повышению твердости, снижению температурного коэффициента линейного расширения и повышению теплостойкости.
Технические характеристики смолы КДА-7
| Внешний вид | Вязкая, прозрачная смола от светло-желтого до светло-коричневого цвета |
| Массовая доля эпоксидных групп, %, не менее | 21.5 |
| Массовая доля иона хлора, %, не более | 0.008 |
| Массовая доля омыляемого хлора, %, не более | 0.6 |
| Массовая доля летучих веществ, %, не более | 1.5 |
| Динамическая вязкость, Па*сек, при (25±0.2)°C, не более | 4.5 |
| Время желатизации при(20±2)°C, мин., не менее | 70 |
| Пористость отвержденного продукта | отсутствие |
Технические характеристики некоторых марок импортных эпоксидных смол
1. D.E.R. 331 (изготовитель “Dow Chemical Company”)
Технические характеристики смолы D.E.R. 331 (изготовитель “Dow Chemical Company”)
Показатель | Пределы | Размерность | Методика |
| Эпоксидный эквивалентный вес | 182-192 | RPM 101A | |
| Вязкость при 25°C | 11.000-14.000 | сПа | ASTM D445 |
| Цвет по APHA, макс. | 125 | ASTM D1209 | |
| Гидролизуемый хлорид, макс. | 500 | ppm | RPM 105D |
| Эпихлоргидрин, макс. | 5 | ppm | RPM 900A |
| Вода, макс. | 700 | ppm | KF; GC |
Недостатки: кристаллизуется при хранении.
2. YD-128 (изготовитель – компания “Kukdo Chemical” (Южная Корея)
Технические характеристики смолы YD-128 (изготовитель “ Thai Organic Chemicals Co., Ltd.”)
Показатель | Методика | Размерность | Пределы |
| Эпоксидный эквивалентный вес | DIN 16945/4, 15B(89) TEC-AS-C-002 | г/экв. | 184 - 189 |
| Цвет | ASTM D-1544 (89) ASTM D-1209 (88) TEC-AS-P-006 | по Гарднеру Pt/Co | max 0.5 - |
| Вязкость при 25°C | ASTM D-2393 (86) | Па*с | 12.000 - 14.500 |
| Hydrolysable chlorine | ASTM D-1726 (87) TEC-AS-C-007 | wt % | max 0.1 |
Аналог смолы ЭД-22.
3. CHS-Epoxy 520 (изготовитель “Spolchemie”, Чехия)
Данная смола является аналогом ЭД-20.
Технические характеристики CHS-Epoxy 520 (изготовитель “Spolchemie”, Чехия)
Содержание эпоксидных групп | 5.34 - 5.50 | eg/kg | CSN EN ISO 3001 |
| Эпоксидный эквивалентный вес | 182 - 187 | g/mol | CSN EN ISO 3001 |
| Вязкость, при 20°C | 10 - 12 | Pa*s | CSN 640349 |
| Содержание хлора | 0.08 - 0.18 | % | CSN 640338 |
| Цветность | Max 100 | Hazen | CSN 650340 |
C текущей ситуацией и прогнозом развития российского рынка эпоксидных смол можно познакомиться в отчете Академии Конъюнктуры Промышленных Рынков «Рынок эпоксидных смол в России».
Об авторе:
Академия Конъюнктуры Промышленных Рынков оказывает три вида услуг, связанных с анализом рынков, технологий и проектов в промышленных отраслях - проведение маркетинговых исследований, разработка ТЭО и бизнес-планов инвестиционных проектов.
• Маркетинговые исследования
• Технико-экономическое обоснование
• Бизнес-планирование
Академия Конъюнктуры Промышленных Рынков
Тел.: (495) 918-13-12, (495) 911-58-70
E-mail: mail@akpr.ru
WWW: www.akpr.ru