Применение полиэфирных смол для изготовления композиционных материалов

Полиэфирная смола представляет собой раствор низкомолекулярных линейных полимеров в мономере. Полиэфир является высокомолекулярным соединением, содержащим в большей мере полималеинат, который получают путем поликонденсации малеиновой кислоты с алифатическими гликолями.

Чтобы улучшить полималеинатные свойства, в поликонденсацию добавляют модифицирующие кислоты. К ним относят изофталевую и терефталевую кислоты, а также фталевый ангидрид.

Для изготовления полималеинатов чаще всего используются такие двухатомные спирты, как этилен, пропилен, диэтилен- или триэтиленгликоль и др. Добавление одноатомных спиртов и одноосновных кислот в состав повышает совместимость полиэфиров с сополимерами и увеличивает водостойкость последних [1].

При добавлении двухосновных кислот в реакцию синтез полималеинатов проходит в две стадии: присоединение ангидридов к гликолям с образованием кислых моно- и диэфиров и их поликонденсация.

Рисунок 1 - Химическая реакция, протекающая в процессе полимеризации

В процессе поликонденсации ангидриды реагируют только с кислыми эфирами и гликолями. Полималеинаты, в свою очередь, твердеют, происходит их совместная полимеризация с мономерами. Так полиэфирная смола ПН-1 сополимеризуется со стиролом. Мономер в этом случае не только растворяет полиэфиры, но и является склеивающим компонентом. Вследствие чего образуются трехмерные сополимеры. После твердения получают полимер, который имеет сетчатую структуру. Материал отличается высокими механическими свойствами, но обладает низкой химической стойкостью [2]. Для увеличения долговечности и термостойкости смолы марки ПН-1 необходимо, чтобы в состав молекулы полемалеината входили радикалы ангидридов. Их действие основано на перераспределении заряда между атомами и изменении порядка соединений отдельных цепей полимера.

Для улучшения физико-механических свойств и увеличения долговечности полиэфирных смол применяют различные инициирующие системы, состоящие из инициаторов и ускорителей [3]. Инициаторы в процессе разложения образуют активные радикалы, которые способствуют твердению ненасыщенных смол. Ускоритель представляет собой вещество, способное изменять скорость химической реакции. Для холодного отверждения используют перекись циклогексанона (инициатор) и диэтиламин и нафтенат кобальта (ускоритель), перекись метилэтилкетона (инициатор) и диэтиламин и нафтенат кобальта (ускоритель) и др. Для горячего отверждения применяют гидроперекись изопропил бензола (инициатор) и диэтиламин и нафтенат кобальта (ускоритель), перекись бензоила (инициатор) и диэтиламин (ускоритель).

Наибольшее распространение получила система из гидроперекиси изопропил бензола и нафтената кобальта, взятых в количествах 0,5 и 1,0% от массы смолы соответственно. При изготовлении полимербетона на основе полиэфирной смолы данные компоненты смешивают в равных долях отдельно, а после совместно. Для отверждения полиэфирных смол используют дисперсные порошки [4]. При содержании перекиси бария в 10% от массы смолы наблюдается улучшение показателей отверждения, а в 15%о - изменение характера разрушения от хрупкого к вязкоупругому (Рисунок 2). Однако при содержании химического соединения свыше 40% от массы смолы отверждение не происходит. Данному процессу способствует смесь димератриариламидазолила с димедоном и марганец.

Рисунок 2 - Образцы полимербетона

В настоящее время становится актуальным применение инициирующих систем на основе пероксида циклогексанона в качестве инициатора и 2-этилгексаноат.а кобальта в качестве ускорителя. УНК-2 взаимодействует со стиролом в любых пропорциях, не выпадая в осадок, а также вступает в контакт со всеми типами полиэфирных ненасыщенных смол. Данный ускоритель расходуется в несколько раз меньше, чем нефтенатный, при одинаковых условиях отверждении. Инициатор вводят в насыщенную полиэфирную смолу, уже смешанную с ускорителем. При этом количество пероксида циклогексанона может составлять от 1% до 3%, а УНК-2 - от 2% до 4%. Время отверждения смол зависит от соотношения инициатора и ускорителя и может составлять от 5 минут до нескольких часов.