Ученые ПНИПУ (Пермский национальный исследовательский политехнический университет) синтезировали низковязкую, но прочную эпоксидную смолу. Ожидается, что разработка откроет новые горизонты ее использования, избавит от потребности применять разбавители и станет модификатором более высоковязких существующих смол без понижения механических характеристик, сообщается в пресс-релизе университета.
Низковязкое эпоксидное связующее впервые разработано с высокой температурой стеклования, и превосходной условной прочностью — максимальное значение напряжения, которое смола может выдержать перед началом видимой деформации, а также адгезионной прочностью на отрыв — то, насколько она способна прилипать к другим материалам.
Здание Пермского национального исследовательского политехнического университетаИзображение: пресс-служба ПНИПУ
«У эпоксидных смол с низкой вязкостью есть несколько существенных преимуществ. Во-первых, повышение технологических свойств, например более низкая температура переработки. А во-вторых, образование меньшего количества пузырей при смешивании с отвердителем. Это обеспечивает высокие физико-механические характеристики отвержденного связующего. Синтезированная нами смола может выступать в качестве модификатора более высоковязких эпоксидных смол, при этом, в отличие от классических модификаторов вязкости, ее использование не приводит к понижению качества», — поделилась студентка кафедры «Химические технологии» ПНИПУ Юлия Шутова.
Политехники синтезировали эпоксидную смолу двухстадийным способом. Первая стадия синтеза заключалась в добавлении к анилину в небольшом избытке эпихлоргидрина. В качестве растворителя использовался ацетон.
Реакцию проводили при интенсивном перемешивании при температуре 70 °С в течение пяти часов. На второй стадии происходило образование новых эпоксидных колец в щелочной среде. Образовался диглицидиловый эфир анилина с новыми концевыми эпоксигруппами.
«Полученная нами эпоксидная смола имеет вязкость более чем в 50 раз ниже той, которую сейчас активно используют в РФ. При этом проведенные испытания показали высокую прочность: условная — 22 МПа, а адгезионная прочность на отрыв — 9,8 Мпа. Также мы определили температуру стеклования, при которой полимер переходит из твердого, стеклоподобного материала в нечто мягкое, похожее на резину, она составила 160 °С. Для низковязких эпоксидных композиций это очень достойный показатель и означает, что композицию можно применять при температурах до 130 °С без понижения прочностных характеристик», — дополнил кандидат технических наук, старший научный сотрудник ИТХ УрО РАН, доцент кафедры «Химические технологии» ПНИПУ Алексей Слободинюк.
Ученые ПНИПУ впервые синтезировали эпоксидную смолу, которая обладает низкой вязкостью, но при этом имеет высокую прочность и хорошую теплостойкость. Ее создали на базе материалов, производимых на территории России, а также дружественных стран. Разработка поможет расширить области применения таких полимеров и улучшит свойства существующих продуктов.
Эпоксидные смолы применяются в различных отраслях народного хозяйства, что обусловлено сочетанием несложной технологии производства с высокими физико-механическими, диэлектрическими показателями, теплостойкостью и адгезией («прилипанием»), стойкостью ко многим агрессивным средам, а также способностью отвердевать при атмосферном давлении с малой усадкой. Эти полимеры предоставляют широкие возможности для создания долговечных материалов, что делает их незаменимыми в условиях современного производства и строительства.
Благодаря хорошей адгезии к стеклу, керамике, дереву, пластмассам и металлам такие полимеры применяют для изготовления клеев: клеевые швы устойчивы к действию воды, кислот, щелочей. Смолы необходимы для производства лакокрасочных покрытий, в качестве связующих для стеклопластиков и изолирующих материалов. Для понижения вязкости эпоксидных смол используют пластификаторы и активные разбавители. При этом наряду с уменьшением вязкости снижается ряд других характеристик: прочность и теплостойкость.
Статья опубликована в материалах конференции «Химия. Экология. Урбанистика», 2024 год. Исследование выполнено в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет-2030».