Полиэстеровая смола что это
Что такое полиэфирная смола, ее свойства и применение
Развитие химической промышленности является следствием индустриального прогресса, развитие которого приходится еще на начало 20 века. Этот период знаменит не только вытеснением мануфактуры фабричным производством и повышением значимости машинного труда. Постепенно закладывались основы для создания качественных синтетических материалов. К середине столетия перед человечеством открылись технологии производства полиэфирных смол. Если изначально область их применения была весьма ограничена, то в настоящее время они составляют костяк в промышленности и строительстве.
Полиэфирные смолы можно назвать продуктом нефтехимической переработки. Их получают при смешивании и поликонденсации многоатомных спиртов, кислот и ангидридов.
В результате сложного химического процесса получается материал с уникальными свойствами. Он необычайно востребован, благодаря своей относительно низкой стоимости. Изначально лидером по производству полиэфирных смол являлись США. К началу 60-х годов в Америке было налажено производство экологически чистых аналогов на основе растительных масел, однако рост нефтедобычи существенно повлиял на вектор развития нефтехимической промышленности.
Состав
Полиэфирные смолы имеют сложный состав. Все компоненты можно разбить на отдельные группы, которые выполняют вполне определенную функцию.
Как было указано выше, основной компонент полиэфир состоит из спиртов, кислот и ангидридов. Обычно в качестве спиртов выступает этиленгликоль, пропиленгликоль, диэтиленгликоль, дипропиленгликоль или глицерин. Остальными компонентами выступают фумаровая кислота, малеиновый ангидрид, адипиновая кислота и фталевый ангидрид.
После смешивания компонентов до наступления реакции отверждения полиэфир обладает относительно небольшой молекулярной массой. В процессе полимеризации молекулы образуют трехмерную сетчатую структуру, а их масса стремительно растет. Образование связанной структуры повышает прочность и плотность конечного материала.
Все растворители являются мономерами, они доводят консистенцию смолы до требуемой нормы, снижая ее вязкость. Без этого вещества подготовить смолу невозможно, так как изначально она слишком густая. К тому же растворитель участвует в процессе полимеризации, увеличивая скорость и глубину отверждения. Без растворителя смола «застывает», но очень медленно.
В подавляющем большинстве случаев на производстве полиэфирных смол используют стирол в качестве растворителя. Он имеет высокую эффективность наряду с низкой стоимостью, однако требует осторожного обращения. Стирол токсичен и горюч, что создает потенциальную опасность отравления или взрыва.
Инициатор нужен компонентам смолы, чтобы началась реакция отверждения. Перекись и гидроперекись, являясь инициаторами, взаимодействуют с ускорителем. В результате реакции они образуют свободные радикалы, которые, в свою очередь, превращают молекулы полиэфира также в свободные радикалы, в чем и заключается процесс полимеризации. Он сопровождается повышением температуры материала. После добавления инициатора в состав смолы необходимо произвести заливку в течение суток.
Ускоритель может добавляться в полиэфир еще на стадии изготовления, ведь реакция начнется только после его соединения с инициатором. Наиболее популярным веществом-ускорителем является соль кобальта (нафтенат кобальта или октоат кобальта). Они выпускаются не только в составе полиэфира, но и отдельно, их марки содержат литеры «НК» или «ОК».
Ингибиторы замедляют реакцию полимеризации. Дело в том, что многие смолы даже без ускорителей и инициаторов способны образовывать свободные радикалы. Такие вещества, как фенол, трикрезол, некоторые кислоты и хиноны могут быть добавлены в полиэфиры в небольшом количестве. Обычно их доля не превышает 0,05%.
Изготовление
В процессе перегонки нефти образуются такие продукты, как бензол, этилен и пропилен. На их основе производятся ангидриды, многоосновные кислоты и гликоли. При соединении всех компонентов образуется базовый состав полиэфира. Его еще называют базовой смолой. Для получения готовой полиэфирной смолы базовый состав смешивают с растворителем.
В принципе, уже после их взаимодействия получается состав с характерными свойствами. Он поступает в продажу и может быть использован на производстве. Тем не менее, возможен переход процесса на второй этап. В смолу вводятся различные добавки. Их содержание и дозировка зависит от назначения. Примером служат пластификаторы, пигменты и связующие компоненты.
После того, как полиэфирная смола поступила в продажу, на реализацию отводится ограниченное время. Причина заключается в том, что процесс полимеризации и отверждения начинается самопроизвольно.
Со временем качество основного состава постепенно ухудшается. Для увеличения срока хранения приходится понижать температуру, поэтому рекомендуется смолу хранить в холодильниках.
Перед непосредственным применением все компоненты разогреваются до комнатной температуры, основной состав смешивается с отвердителем, активатором и катализатором согласно инструкции от производителя. После смешивания всех компонентов смола приобретает характерные показатели влагостойкости, плотности и прочности. В продаже встречаются однокомпонентные материалы, это означает, что дополнительные компоненты придется докупать отдельно.
Свойства и характеристики
Полиэфирная смола в готовом к применению виде по своей консистенции похожа на жидкий мед. Она может принимать разные оттенки, от желтого до темно-коричневого. Несмотря на наличие окраса, смола прозрачная. После того, как в основной состав добавляется отвердитель, прозрачность снижается, а сам материал густеет. В промежуточном состоянии он похож на резину, а по завершении отверждения становится твердым. На затвердевшую полиэфирную смолу хорошо наносится лак и различные краски.
Для полиэфирных смол можно сформулировать целый ряд уникальных свойств. Именно они играют определяющую роль в определении сферы применимости материала. Опишем кратко свойства и применение полиэфирной смолы.
Есть у полиэфирных смол и характерные минусы. Материал считается опасным для здоровья человека. В основном, источником этой опасности является стирол, которым можно надышаться в процессе приготовления состава.
В застывшем виде полиэфирная смола не причиняет вреда, тем не менее, изделия не рекомендуется использовать в пищевой промышленности.
Также смола подвержена усадке. По сравнению с эпоксидными смолами, полиэфирные в данном отношении существенно проигрывают.
Современные технологии позволили существенно снизить класс опасности материала. Сейчас в продаже можно встретить полиэфиры без содержания стирола. Его заменили растительные масла (касторовое, рапсовое, соевое). Масла используются не в чистом виде. Из них получают полиолы, которые являются базовыми компонентами для смол. Такой материал, безопасный для человека, имеет более расширенную область применения.
Применение
Как было уже указано, сфера применимости полиэфирной смолы необычайно широка. Благодаря невысокой стоимости и способности менять свои свойства при наличии наполнителей, материал задействован практически в каждой отрасли промышленности. В сочетании со стеклотканью полиэфир образует прочный и прозрачный стеклопластик. Изделия из такого стеклопластика широко применяются в сантехнике. Примером могут служить душевые кабины, которые по своей прочности не уступают «собратьям» из других материалов, но, в то же время, отличаются малой массой.
На основе полиэфирных смол изготавливаются лаки, клеевые составы и краски, а в области электроники смола является средством электро- и теплоизоляции. Мастики, замазки и наполнители отлично проявляют себя в изготовлении изделий галантереи, статуэток, наливных полов и подиумов. В быту полиэфиркой пропитывают пористые вещества, она способна стабилизировать древесину и является прекрасным грунтом или герметиком. Перечень стройматериалов на основе смолы можно дополнить сотопластами, пластмассами, волокнистыми древесными и асбоцементными плитами.
Широкое применение полиэфирная смола нашла в области кораблестроения. Из нее изготавливают несущие детали, элементы соединения. В качестве герметика смола востребована не только для небольших катеров, но и кораблей. Она обеспечивает герметичность корпусов, люков и иллюминаторов. Мастера кузовного ремонта используют смолу в качестве несущего материала при ремонте бамперов авто, а пластик на основе полиэфирки поставляется на заводы-изготовители.
Автомобильные грунтовки и шпатлевки в своем составе имеют смолы. Смола в чистом виде используется для заливочных работ. Примером служит литье подоконников, кровли, карнизов, а также плафонов осветительных приборов. При добавлении колеров и наполнителей полиэфирная смола служит сырьем для производства плиток декоративного камня.
Популярные марки
На рынке стройматериалов можно встретить полиэфирные смолы от отечественных и импортных поставщиков. В связи с большим расходом, фасовка материала производится в различные тары, вместимостью от 1 литра и выше.
Отвердитель Бутанокс добавляется в компонент «А» (основной состав). Точное его количество определено производителем. Среднее значение доли отвердителя составляет 2,5%. Отвержденный полиэфир поддается обработке. Его можно шлифовать и покрывать лаком или красками.
Влияние на здоровье человека
Практически все синтетические материалы содержат вещества, так или иначе, оказывающие влияние на здоровье человека. Стирол, на основе которого создан растворитель, огнеопасен и токсичен, поэтому при работе со смолой предъявляются самые жесткие меры безопасности.
Необходимо защищать глаза от случайных брызг, а органы дыхания от паров. Если материал случайно попал на кожу, следует безотлагательно предпринимать меры. Лучше всего использовать специальный состав для очищения от полиэфира, но если его нет под рукой, то место соприкосновения со смолой промывается теплой мыльной водой. Помещение должно быть оборудовано вытяжкой и приточной вентиляцией.
Запрещено проводить работы в непосредственной близости к источникам открытого огня. В случае возгорания пожар тушится огнетушителем или песком. Водой тушить стирол нельзя.
Технология производства материалов не стоит на месте, поэтому был разработан альтернативный метод получения смол. Речь идет о натуральных полиолах, созданных на основе растительных масел. По своим характеристикам они нисколько не уступают смолам на основе стирола, а в некоторых случаях даже превосходят.
Уменьшая вредное воздействие на человека, удается добиться негативного влияния на экологию в целом, ведь при этом снижаются объемы добычи нефти. Во-первых, экономятся невосполняемые ресурсы. Во-вторых, цена на такие смолы не зависит от курсов на нефтяном рынке.
Чем отличается полиэфирная смола от эпоксидной смолы
Развитие производства пластиков, стекловолокна и композитных материалов явилось неким стимулом для активизации работы химической промышленности, а современные запросы и требования к компонентам материалов привели к тому, что в настоящее время используется просто огромное количество смол. Их разнообразие позволяет получать материалы с теми или иными техническими показателями. Зачастую тонкости химического состава и свойств этих смол знают только специалисты. Рядовой же потребитель наслышан всего о двух видах полимеров: эпоксидная смола и полиэфирная. Но даже при таком небольшом познании актуальным остается вопрос, чем отличается полиэфирная смола от эпоксидной смолы?
Сложность заключается в том, что эти два вещества с точки зрения химии не имеют общего друг с другом. Тем не менее, они проявляют одинаковые физические свойства и применяются в одних и тех же сферах с небольшим отличием по направлениям.
Резонно перед потребителем возникает второстепенный вопрос. Ему необходимо определить, какому типу смолы следует отдать предпочтение. Если бы ответ был однозначным, то опыт передавался от поколения к поколению, и второй вопрос был бы снят. Но оказывается, что полиэфирная смола и эпоксидная смола имеют некий паритет, лишь иногда нарушая равновесие в той или иной сфере применения.
Чтобы понять, в чем разница между полимерами, необходимо рассмотреть их отличие по химическому составу, указать область применения, а также сравнить достоинства и недостатки. Именно в таком порядке и подойдем к изучению проблемы.
Эпоксидка
Эпоксидная смола, впрочем, как и полиэфирная, относится к классу термореактивных материалов. Процесс отверждения является необратимым. В отвержденном состоянии смола не плавится и не растворяется. Высокая стоимость эпоксидных смол накладывает ограничение на ее распространенность. Тем не менее, некоторые уникальные свойства говорят о ее незаменимости.
Смола состоит из двух компонентов, одним из которых служит основной состав. Ни практического, ни производственного интереса он не представляет. Только в сочетании со вторым компонентом – отвердителем, вещество превращается в полимер с характерным свойствами. Доля отвердителя в составе эпоксидки существенно превышает долю катализатора в полиэфирных смолах. Если первая составляет от 20 до 50%, то вторая не превышает 1%.
Профессиональные специалисты могут получать материалы с различными характеристиками, комбинируя марки смол, модели отвердителей и их процентное соотношение. Практика показывает, что подобные эксперименты рядовым пользователям не удаются, поэтому при использовании смолы в быту рекомендуется следовать инструкции, разработанной производителем.
Химический состав эпоксидных смол позволяет образовывать связанные полимеры из олигомеров и полиаминов. Олигомеры, содержащие эпоксидные группы, образуются в результате поликонденсации эпихлоргидрина с фенолами. Отверждение смолы происходит только при взаимодействии компонентов. Основной компонент (компонент «А») может храниться длительное время, так как полимеризации не происходит.
Полиэфирка
Многие считают, что физико-химические характеристики полиэфирных смол несколько хуже, чем эпоксидных, хотя это утверждение – лишь результат субъективной оценки. Полиэфирная смола приобрела популярность, благодаря своей низкой стоимости. С ней удобно работать, так как отверждение происходит с кратчайшие сроки, причем при комнатной температуре.
Полиэфиры являются нефтесодержащими продуктами, они образуются в процессе перегонки углеводородов. В качестве базового материала выступает бензол, этилен и пропилен. Из них получаются гликоли, стирол и многоосновные кислоты, которые впоследствии перемешиваются в специальных емкостях. Так образуется «Базовая» смола. Для доведения до нужной консистенции в нее добавляют стирол, играющий роль растворителя. Доля стирола может составлять от 30 до 50% от объема конечного продукта. В таком виде смола поступает в продажу. Для использования материала необходимо внести добавки, перечень которых определяется спецификой применения.
Готовая полиэфирная смола, которая встречается в продаже, находится на начальной стадии процесса полимеризации. Внося добавки, в частности, инициатор и катализатор, можно ускорить процесс отверждения. Но даже и без этих веществ смола постепенно примет желеобразный вид, а затем станет твердой. Именно поэтому срок хранения полиэфирных смол ограничен. При добавлении ингибиторов он несколько увеличивается, но полностью остановить процесс полимеризации невозможно.
Применение
И тот и другой тип смол нашел свое применение, как в промышленности, так и в быту. В силу специфики материала, сферы применения несколько разнятся, но в тех областях, где они пересекаются, как раз и возникает сложность выбора. Приходится сравнивать остальные характеристики смол.
Эпоксидная смола выступает в роли пропитки для стекловолокна и стеклоткани. Ее высокие показатели адгезии используются при склеивании деталей. Эпоксидка не пропускает влагу. Ею в целях гидроизоляции покрывают поверхности стен, полов, бассейнов, а также обрабатывают подвальные помещения. Устойчивость к химически активным средам позволяет применять эпоксидные смолы в изготовлении отделочных материалов для внутренних и наружных работ. Полимер добавляют в деревянные и даже бетонные конструкции с целью повышения их прочности.
Наконец, эпоксидка служит сырьем для заливочных работ. Заготовки подвергаются обработке и шлифовке. Заливка встречается в производстве мебели, дизайнерском искусстве, в строительстве.
Сфера применения полиэфирных смол затрагивает такие отрасли, как химическая индустрия, машиностроение, строительство. В сочетании со стеклотканями смола дает прочные материалы – стекловолокно и стеклопластик, обладающие высокими показателями прочности. Из стеклопластика делают корпуса лодок, бамперы автомобилей, душевые кабинки, бассейны, крыши и стены. Полимер является незаменимым компонентом в изготовлении искусственного камня. Изделия на основе полиэфиров отличаются низкой себестоимостью и относительно простой технологией обработки материала.
Плюсы и минусы
Профессиональный подход в сравнении двух материалов сводится к анализу их технических характеристик. Однако «голые» показатели едва ли станут полезными для мастера-любителя, поэтому постараемся дать оценку этим показателям, условно разделив их на плюсы и минусы. Сначала рассмотрим эпоксидную смолу. Недостатков у нее мало, по сравнению с достоинствами, но не стоит делать поспешных выводов в плане выбора.
Есть у полимера и определенные минусы. Некоторые из них можно минимизировать, но чаще всего приходится мириться и ставить в приоритет другие показатели. Одним из самых существенных недостатков отмечается длительность процесса полимеризации. Первый этап длятся около часа. В течение этого времени изделие приобретает способность сохранять свою форму. В следующие 24 часа происходит отверждение смолы. Ее прочность составляет до 70% от максимального показателя. Полное отверждение наступает спустя 6-7 суток после заливки.
Второй недостаток – относительно высокая стоимость. Если речь идет о производственных масштабах, то расходы на материал достаточно велики. Использование эпоксидки в быту оправдывает финансовые расходы при условии, что получен качественный результат.
В случае с полиэфирной смолой ситуация обстоит с точностью до наоборот. У нее недостатков больше, чем достоинств, однако то малое количество положительных факторов имеет определяющее значение. Начнем с достоинств.
Отрицательные качества у полиэфирных смол не только присутствуют, они по своей численности превосходят количество достоинств.
Сравнение материалов
По приведенным данным нетрудно оценить применимость того или иного материала в зависимости от поставленных целей. Очевидно то, что мы не дадим однозначного ответа на вопрос, какая смола лучше, так как у каждой есть свои плюсы и минусы. Однако ничто не мешает сравнить полимеры по одним и тем же характеристикам.
Характеристики эпоксидной смолы:
Характеристики полиэфирной смолы:
Приведенный анализ решает все вопросы. Пользователю остается только сравнить интересующие его характеристики и сделать для себя правильный выбор.
Полиэфирная и эпоксидная смола — основные характеристики, отличия и сферы применения
В судостроении, машиностроении, химической промышленности и ряде других отраслей применяются смолы. Материалы требуются для пропитки в процессе производства, улучшают свойства древесных материалов, стекловолокна, углеволокна. В чем отличие полиэфирной и эпоксидной смолы — самых популярных средств группы? Стоит подробнее рассмотреть их сферу применения, плюсы и минусы.
Эпоксидка — достоинства и недостатки
Материал эпоксидного типа имеет несколько синтетических компонентов в составе и обычно реализуется в форме двухсоставных средств. Отличается от иных наличием основной смеси и отвердителя — последний добавляют для застывания перед использованием.
В результате после отверждения получаются изделия или покрытия высокой прочности, обладающие стойкостью к действию агрессивных факторов. При попадании ацетона или ряда других растворителей покрытие портится.
Преимущества применения эпоксидных материалов:
Где чаще всего используется эпоксидка? Вот основные сферы:
Недостатков у средства только два. Довольно высокая стоимость, особенно если выбирать между эпоксидкой или полиэфиркой. Период полимеризации зависит от типа отвердителя и может быть довольно неудобным. Использование высококачественных отвердителей вызовет значительное удорожание работ.
Полиэфирная смола — плюсы и минусы
В основе средств всегда есть полиэфир, иные компоненты могут различаться: растворители, ингибиторы химических реакций, ускорители. Если дополнительно покрыть поверхность специальным составом (гелькоутом), прочность покрытия возрастет.
Сферы применения полиэфирки:
В чем разница полиэфирных смол с эпоксидными? Свойства последних серьезно превышают физико-химические показатели первых. Для получения более прочного покрытия приходится использовать гелькоуты: в сухих помещениях — ортофталевые, во влажных — изофталевые, неопентиловые.
К минусам можно отнести однокомпонентность состава. Химическая реакция в полиэфирке уже запущена, и старый материал будет затвердевшим, непригодным для работы. Эпоксидку можно разбавить, материал годится для нанесения на любые поверхности, срок годности не принципиален. Недостаток в огнеопасности из-за наличия некоторых растворителей, низкая огнестойкость — смола горит как древесина.
В сравнении с эпоксидкой можно указать такие минусы материала:
Иные виды смол
Существуют иные типы материалов, которые могут заменить описанные выше. Они менее популярны, но все-таки используются в промышленности.
Винилэфирные смолы
Это современные виды материалов, принцип образования которых схож с таковым у полиэфирных. Винилэфирные смолы более прочные — это свойство придают им входящие в состав эпоксидные молекулы. Усадка выше чем у эпоксидки, но ниже чем у полиэфирки.
Прочие характеристики материала:
К сожалению, такие материалы содержат вредные вещества (стиролы), хотя ряд современных модификаций не включает этих элементов. Минусом можно назвать плохую полимеризацию при обычных температурах. Цена средств высока, чуть ниже стоимости эпоксидных смол.
Во время эксплуатации надо соблюдать осторожность: при нанесении на разнородные поверхности есть риск отслойки наружной части покрытия. Наилучшую адгезию материал показывает к стекловолокну, хуже его сцепление с углеволокном, кевларом.
Бакелитовая смола
Бакелит — продукт поликонденсации фенола с формальдегидом при участии щелочного катализатора. Материал относится к термореактопластам, формируется на начальном этапе производства фенолформальдегидной смолы. На вид бакелитовая смола — вязкая жидкость светло-желтого, темно-желтого цвета.
Материал применяется как связующее звено при выпуске абразивных изделий горячего, холодного прессования и вальцевания. Свойство бакелита переходить в нерастворимую форму при долгом нагревании применяется для приготовления пластмасс. Растворы на спирту эксплуатируются как лаки.
Эпоксивинилэфирные смолы
Такие материалы отличаются высочайшей химической стойкостью, могут защищать изделия от коррозии. Особенно популярны на производстве, где необходимы антикоррозионные свойства стеклопластика.
Благодаря таким качествам эпоксивинилэфирные смолы могут использоваться в ряде отраслей промышленности:
Нанесение химстойких смол делает изделия защищенными и от растворителей, окислителей, хлоридов, щелочей. Некоторые типы эпоксивинилэфирных смол выдерживают температуры до +315 градусов, но большая часть их может длительно эксплуатироваться до +175 градусов. Срок службы стеклопластика составляет несколько десятилетий. Стоимость материала умеренная — ниже чем у эпоксидных смол.
Изофталевая смола
Этот тип материала относится к полиэфирам, разница только в специфике процесса производства. Изофталевая смола отличается от стандартной полиэфирной молекулярной массой, строением. Это обуславливает несколько иные свойства готового стеклопластика.
Изофталевые материалы имеют сложную структуру. Прочие их свойства:
Ортофталевые смолы
По сравнению с изофталевыми смолами ортофталевые имеют менее сложное строение. В составе есть специальные добавки, которые улучшают экологические показатели, снижают вредность испарений. Некоторые вовсе не содержат стирола и признаются безопасными.
В составе ряда смол есть парафин, и они предназначаются для создания поверхностной пленки на ламинате. Ортофталевые смолы быстро отвердевают, работать с ними надо в течение короткого промежутка времени.
Отличия полиэфирной и эпоксидной смол
Полиэфирка и эпоксидка сочетают достоинства и недостатки, поэтому их применяют в зависимости от потребностей. Материалы серьезно различаются по ряду показателей.
Полимеризация
Эпоксидные смолы полимеризуются более длительно, чем полиэфирные. Утрачивают вязкость при повышении температуры, поэтому могут возникать неприятности при работе на вертикальных основаниях. Полиэфирные смолы вязкости не теряют: с ними может работать человек даже без специальной подготовки.
Термопоказатели
Слишком высокие температуры быстро приводят эпоксидку в негодность, материал закипает. Полиэфирные смолы лучше выдерживают нагревание, не кипят.
Эксплуатационные качества
Оба вида материала характеризуются прочностью готового покрытия, имеют хорошую адгезию. Усадка эпоксидки намного ниже, материал служит дольше, поэтому используется для изготовления износостойких деталей. Для работы требуются определенные навыки. Полиэфирная смола используется там, где не требуется сверхвысокая износостойкость, материал достаточно долговечен, получаются качественные стеклопластиковые изделия.
Гелеобразование
Процесс гелеобразования эпоксидки — 30 минут, полиэфирного материала — от 2–3 минут.
Стоимость
Цена будет зависеть от конкретной марки и разновидности средства, но в любом случае эпоксидка на порядок дороже.
Взаимодействие между собой
Не рекомендуется наносить полиэфирку на эпоксидку — материал быстро отслоится. Виной этому служат эфиры, парафины, которые есть в составе полиэфирной смолы. Эпоксидка на зашкуренную полиэфирку ляжет отлично и будет долго служить.
Токсичность и запах
Эпоксидные смолы не имеют резкого запаха, не токсичны. Полиэфирка имеет более неприятный запах, но токсичность тоже отсутствует. Работать с обоими видами материалов надо в перчатках.
Сравнивать разные виды смол сложно, ведь каждый имеет свое предназначение. В целом можно сделать такой вывод: эпоксидка намного прочнее, долговечнее, зато дороже, полиэфирка менее крепка на износ, но дешева и отлично подойдет для изделий, не подверженных высоким нагрузкам.