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