К термореактивным полимерам относится широкий класс синтетических смол и пластмасс на их основе, получаемых в результате поликонденсации или полимеризации исходных продуктов.
Наиболее широко распространены резольные фенолоформальдегидные, карбамидные, эпоксидные термореактивные смолы, обычно отверждающиеся в присутствии кислых и щелочных катализаторов или отвердителей при нормальной или повышенной температуре. Остановимся на некоторых из таких полимеров.
Фенолоформальдегидные смолы — продукты поликонденсации (реакции присоединения с отщеплением простых молекул, в данном случае — воды) фенола с формальдегидом. В качестве фенольного сырья используют фенол, крезолы, ксиленолы, резорцин, анилин. Формальдегид используется в виде 37%-ного водного раствора формалина или его полимера — параформальдегида (параформа).
Фенолоформальдегидные смолы и пластмассы на их основе наиболее распространены и освоены промышленностью. На их основе выпускается большой ассортимент клеев, лаков, химически стойких композиций, прессовочных материалов. В зависимости от соотношения исходных продуктов фенолоформальдегидные смолы делятся на новолачные (новолаки) и резольные. Новолаки — хрупкий, твердый продукт, получаемый в присутствии кислого катализатора при избытке фенола (на 1 моль фенола 0,8—0,9 моля формальдегида). Общая формула новолачной смолы
Молекулы новолачных смол не содержат метилольных групп и поэтому не способны вступать в реакцию поликонденсации. Эти смолы могут быть переведены в нерастворимое состояние путем отверждения гексаметилентетрамином, формальдегидом и др. при повышенных температурах.
Резолы — термореактивный продукт, образующийся в присутствии щелочных катализаторов при избытке формальдегида (на 1 моль фенола 1,2—2,5 моля формальдегида). Общая формула резольной смолы
Резольные смолы содержат метилольные группы, благодаря чему они могут вступать в дальнейшую реакцию поликонденсации, приводя к образованию полимера пространственной структуры — резита. В присутствии кислых катализаторов поликонденсация (отверждение) происходит с большой скоростью. Смолы в стадии резита неплавки, нерастворимы и обладают довольно высокой теплостойкостью (начинают деструктироваться при 280° С).
В отвержденном состоянии все фенолоформальдегидные смолы представляют собой весьма хрупкие продукты, обладающие довольно высокой прочностью, химической стойкостью, высокими электроизоляционными свойствами. Они нашли широкое применение в производстве пластмасс, синтетических клеев, лаков, пенопластов.
Мочевиноформальдегидные (карбамидные) смолы получают поликонденсацией мочевины CO(NH)2 с формальдегидом HCOН в присутствии щелочных или кислых катализаторов.
На первой стадии реакции образуются оксиметильные соединения
Дальнейшая поликонденсация приводит к образованию линейных и сшитых полимеров пространственного строения:
Отверждение ускоряется в присутствии кислых катализаторов (соляной, серной, уксусной, щавелевой, фосфорной кислот, солей сильных кислот) и при нагревании.
Используемая для производства смол мочевина (карбамид) представляет собой бесцветное кристаллическое вещество с плотностью 1,3 г/см3 и температурой плавления 133° С. Хорошо растворяется в воде и жидком аммиаке. В промышленности часто применяется гранулированная мочевина. Отвержденные карбамидные смолы обладают достаточно высокой теплостойкостью, хорошими диэлектрическими показателями. Преимуществами по сравнению с фенолоформальдегидными смолами являются их бесцветность, светостойкость и значительно меньшая токсичность.
На основе карбамидных смол получают ряд технически важных продуктов: клеи, лаки, пропиточные составы, прессовочные порошки, вспененные массы. Разнообразный характер применения карбамидных смол объясняется их дешевизной и доступностью сырья, простотой технологии изготовления. Основным недостатком карбамидных, как и фенолоформальдегидных, пластмасс является значительная усадка при отверждении и хрупкость отвержденного продукта.
Эпоксидные смолы являются низкомолекулярными олигомерами, в промышленном производстве чаще всего получаемыми в результате реакции поликонденсации эпихлоргидрина
с фенолом. В качестве отвердителей применяют амины, ангидриды кислот, многоатомные спирты. Отверждение эпоксидных смол может происходить при нормальной и повышенной температурах в зависимости от вида отвердителя. Отвержденные полимеры обладают высокими прочностными показателями, водостойкостью, хорошей адгезией к металлу, дереву, керамике, стойкостью к действию воды, щелочей и ряда растворителей.
Эпоксидные смолы широко применяются в качестве синтетических универсальных клеев, лаковых покрытий, связующих для стеклопластиков, пластмасс. К числу недостатков эпоксидных смол следует отнести их довольно высокую стоимость, дефицитность и токсичность.
Полиуретаны — гетероцепные высокомолекулярные соединения, содержащие в основной цепи макромолекулы повторяющиеся уретановые группы
Образование этих соединений проходит при полимеризации ди- или полиизоцианатов с полиэфирами или гликолями, т. е. с соединениями, содержащими две или несколько гидроксильных групп. Кроме уретановых, в макромолекулах могут быть амидные, мочевинные, аллофанатные, эфирные и другие функциональные группы, что обусловливает исключительное разнообразие структуры и свойств полимеров. Следствием разнообразия свойств является возможность получения из полиуретанов практически всех ценных типов полимерных материалов — каучуков и пластиков, обычных и эластополимерных волокон, клеев И покрытий, герметиков и пенопластов.
Полиуретаны характеризуются высокой адгезией практически ко всем материалам, повышенными прочностью и стойкостью к истиранию, долговечностью, однако стоимость их в настоящее время довольно высока, исходные вещества дефицитны.
Полиэфиры в зависимости от строения подразделяются на простые и сложные.
Простые полиэфиры — высокомолекулярные соединения, макромолекулы которых содержат эфирные связи. Наибольшее значение среди простых полиэфиров имеют полиоксиметилен (полиформальдегид) и пентол (или пентапласт). Простые полиэфиры применяются в производстве конструкционных материалов, в качестве пленкообразующих веществ, эмульгаторов, диэлектриков и др.
Сложные полиэфиры — высокомолекулярные соединения, получаемые поликондансацией многоосновных кислот или их ангидридов с многоатомными спиртами. Это алкидные смолы, полиэтилентерефталат, полиакрилаты, поликарбонаты и др. Сложные полиэфиры широко используются в качестве пленкообразующих веществ, синтетических волокон в электро- и радиотехнике, как вяжущее в производстве стеклопластиков, каучуков и др.
Кроме упомянутых здесь, в промышленности нашли широкое применение также другие термореактивные смолы: меламино-формальдегидные, фурановые и др. Представляет интерес класс так называемых элементоорганических соединений, в которых полимерная макромолекула непосредственно связывает атомы углерода с атомами элементов, в частности металлов, кремния, фосфора. Таким путем получаются металлоорганические (магнийорганические, алюминийорганические), кремнийорганические, фосфорноорганические и некоторые другие качественно новые полимерные соединения.
- Противодействие агрессивным средам
- Адгезионная способность полимерных материалов
- Износостойкость полимерных материалов
- Демпфирование колебаний. Усталостная прочность
- Вязкоупругие свойства полимерных материалов
- Деформативные возможности полимеров
- Структурные особенности высокомолекулярных соединений
- Требования к материалом горно-шахтного оборудования
- Агрессивность шахтной среды
- Материалоемкость шахтного оборудования и сооружений