11 июля 2016г.
Эпоксидные композиции холодного отверждения применяются во многих отраслях промышленности. Это связано с наличием у них комплекса технологических и физико-химических свойств, среди которых следует особо отметить высокую механическую прочность, хорошую адгезию к самым различным материалам, высокую химическую стойкость, термостойкость, а также низкую усадку.
К недостаткам эпоксидных составов холодного отверждения следует отнести удлиненный период гелеобразования и дальнейшего отверждения при комнатной и особенно пониженной температуре, что ограничивает их применение в условиях, требующих ускоренных режимов работы.
В качестве отвердителей при комнатной температуре наиболее высокую активностью по отношению к эпоксидным системам проявляют алифатичекские амины, а также производные насыщенных азотсодержащих гетероциклов, таких как морфолин, пиперидин и пиперазин.
Существенное ускорение гелеобразования может быть достигнуто путем введения в состав эпоксидной композиции многофункциональных акрилатов, таких как триметакрилат триметилолпропана, пентаакрилат дипентаэритрита и др. Эти производные, благодаря наличию двойных связей, легко вступают в реакцию с аминогруппами отвердителя, а являясь многофункциональными соединениями, способствуют ускоренному формированию полимерной сетки с образованием твердых, однородных продуктов. Кроме того, использование многофункциональных акрилатов с различной степенью разветвеленности и длинной цепей, можно в достаточно широких пределах влиять на физико- механические свойства отвержденных продуктов.
Целью исследования было изучение зависимости времени гелеобразования и механических свойств составов от содержания триакрилата. Были приготовлены смеси эпоксидной диановой смолы Epikote 828 с трехфункциональным акрилатом с соотношением этих компонентов от 90:10 до 70:30. Отверждение реакционноспособной смеси проводилось при комнатной температуре алифатическим аминным отвердителем, имеющим аминный эквивалент 94 г/моль. Для отверждения комбинированную смолу смешивали с отвердителем в мольном соотношении 2:1 в расчете на участвующие в реакции функциональные группы.
Изменение времени гелеобразования в зависимости от содержания триакрилата приведено в табл. 1. С увеличением содержания триакрилата до 30%, масс. время гелеобразования снижается с 900 с, для чистой эпоксидной смолы, до 85 с.
Полнота отверждения составов контролировалась методом ИК-Фурье- спектроскопии по исчезновению характерных полос поглощения участвующих в реакции отверждения функциональных групп: эпоксидных, первичных аминогрупп, двойных связей акриловых остатков. ИК-спектры исходных компонентов, неотвержденной эпоксидной смолы Epikote 828 и алифатического аминного отвердителя приведены на рис. 1 и 2 соответственно. ИК-спектр отвержденного продукта соответствующего составу № 2 приведен на рис. 3.
В ИК-спектре эпоксидной смолы идентифицируются характерные пики
деформационных колебаний связей оксиранового цикла С – О при 915 см-1, С– О – С при 831 см-1, С – Н при
3050 см-1.
В ИК-спектре аминного отвердителя идентифицируется широкая полоса
поглощения в области 650-900 см-1, соответствующая первичной аминогруппе. Кроме того, присутствуют характерные для первичных аминов
2 полосы
поглощения
в области 3300-3500 см-1.
В ИК-спектре образца отвержденного продукта не идентифицируется
характерный для эпоксидной группы пик деформационных колебаний при 915 см-1, а пик 831 см-1 имеет вдвое меньшую интенсивность по сравнению с
неотвержденной смолой Epikote 828. Также отсутствует
пик деформационных колебаний связи C – H оксиранового цикла при 3050 см-1. Широкая полоса поглощения в
области 3200-3500 см-1 свидетельствует о появлении вторичных гидроксо-групп и, возможно, указывает на появление вторичной аминогруппы. Характерные для первичной аминогруппы два пика в области 3200-3500 см-1 отсутствуют. Характерная полоса поглощения
двойной связи
при 1635 см-1 также не
идентифицируется. Все
это свидетельствует
о
полноте расхода
отвердителя
и
окончании
процесса
отверждения.
Полученные отвержденные образцы были выдержаны при комнатной температуре в течение 24 ч и подвергнуты механическим испытаниям. Показано, что с увеличением доли акрилового компонента наблюдается увеличение предела прочности при растяжении и ударной вязкости до
некоторого максимума, после
чего происходит снижение значений этих
свойств. Максимальные показатели прочности при растяжении и ударной вязкости наблюдаются при
содержании триакрилата от 15 до 20% по массе.
Результаты измерения времени гелеобразования и механических свойств
приведены в табл. 1.
Таблица
1 Зависимость времени гелеобразования и механических свойств от состава композиции
Состав
|
№ композиции
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
Смола Epikote
828, вес.ч.
|
100
|
90
|
85
|
80
|
75
|
70
|
Триметакрилат,
вес.ч.
|
0
|
10
|
15
|
20
|
25
|
30
|
Отвердитель,
г/100 г
комбинированной смолы
|
22
|
24
|
25
|
26
|
27
|
28
|
Время
гелеобразования,
с
|
900
|
465
|
278
|
170
|
117
|
85
|
Предел
|
55,4
|
65,8
|
71,4
|
65,6
|
58,1
|
60,8 |
прочности при
растяжении,
МПа
|
|
|
|
|
|
|
Ударная вязкость,
кДж
/ м2
|
3,3
|
13,3
|
25,8
|
55
|
49,2
|
42,5
|
Полученные результаты показывают, что введение в состав эпоксидной
композиции многофункционального акрилата значительно сокращает время
гелеобразования, позволяя использовать подобные комбинированные смолы в композициях ускоренного отверждения. При этом предел прочности при
растяжении достигает максимума при содержании триакрилата 15-20% по массе.
Ударная вязкость также проходит через максимум при содержании
триакрилата 20%.
Список литературы
1.
Gonzalez, M.G. Application of FTIR on Epoxy Resins – Identification,
Monitoring the curing process, Phase separation and Water uptake / J.C.
Cabanelas, J. Baselga // Infrared Spectroscopy – Materials science, engineering and technology,
Prof. Theophanides Theophile
(Ed.). - 2012