Традиционные лакокрасочные материалы (ЛКМ), такие как глинфталивые (ГФ), пентафталивые (ПФ), а то и вообще «древние» масляные образуют твердый, нерастворимый в обычном состоянии слой от 2 до 20 суток. Процесс застывания таких лаков и красок на плоских поверхностях происходит благодаря испарению летучих веществ, содержащихся в растворителях пигментов этих красок. Попутно с этим процессом идет и активная усадка этих ЛКМ.
Получается, чтобы материалы на таких основах перешли в твердое состояние, необходимо, чтобы они:
- Существенно уменьшились в объеме, потеряв летучую составляющую, благодаря которой они существовали в жидком состоянии.
- Для окончательного отверждения необходимо очень длительное время.
Ведь те же материалы на основе ПФ и ГФ, схватившись и даже застыв в верхнем, граничащем с воздухом, слое, внутри, под верхней окисленной пленкой, долгое время остаются в гелеобразном виде.
Но такая ситуация не может устроить ни ремонтников, ни строителей, которых торопят заказчики. Поэтому за последние десятилетия все большее распространение получили лаки и краски на основе полиэфирных смол. Которые высыхают в считанные часы. Для этого в основную массу полиэфирной смолы вводятся отвердители, которые, вступая в реакцию с уже содержащимся в полиэфирке другими веществами, запускают процессы полимеризации материала.
Физические и химические аспекты процесса отверждения
С полиэфирными смолами отлично соединяются многие окрашивающие пигменты, как искусственного, так и естественного происхождения. К первым можно отнести анилиновые красители, ко вторым металлы и их соли: кадмий, кобальт, хром. Сама полиэфирная смола – субстанция довольно густая и вялотекущая, поэтому, чтобы привести ее в пригодное к использование состояние, чаще всего в нее вводят стирол, вещество агрессивное и даже довольно ядовитое. Ну, или, по крайней мере, очень вредное для вдыхания.
В стирол перед смешиванием его с полиэфирной смолой добавляется также кобальтовое соединение, эо октоат (ОК) или нафтенат (УНК) кобальта. Их действие очень интересно: они выступают инициатором процесса ускорения полимеризации полиэфирных смол, поэтому смесь полиэфирки с ОК или УНК называется предускоренной полиэфирной смолой.
Введены ли в такую смолу пигменты-красители, здесь неважно. Никакого влияния на скорость отверждения или застывания смолы они не оказывают, это застывание будет идти своим чередом, медленно, но верно. Уже после 6-10 месяцев стояния на полке в магазине при температуре 18-24°C градуса, смола, скорее всего, уже критически загустеет и не будет годной для какого бы то ни было использования. Так как же тогда ею пользоваться?
Полезно узнать > Какая теплопроводность и электропроводность у эпоксидной смолы
Где используется
Как мы уже сказали, полиэфирную смолу купить в специализированных магазинах можно с разными свойствами, отличающуюся спектром применения. Скажем, производятся варианты общего назначения, подходящие только для создания искусственного камня, стеклопластика, служащие армированием в акриловом листе. Полиэфирки берет на вооружение автомобильная промышленность, они необходимы при изготовлении древесноволокнистых плит, различных пластиковых комплектующих. Кроме того, активно задействуются также в судостроении, обеспечивают герметичность лодкам и катерам, защищают дерево от воды, выступают соединителем отдельных деталей.
Инициация отверждения
И вот тут на авансцену выходит третья сила, вещество-отвердитель, которое ускоряет процесс сначала желатинизации (приведения полиэфирной смолы в не текучее, гелеподобное состояние), а потом и застывания, отвердения смолы, превращения ее в твердую монолитную массу.
Самыми часто используемыми для этого компонентами являются:
- диамины карбоновых кислот H2N(CH2)8NH2;
- их ангидриды (CH3CO)2O;
- сами карбоновые кислоты, например C5H9COOH – циклопентанкарболовая.
Разные группы добавок смешивать между собой категорически запрещено.
Имеются в виду кобальтовые предускорители и карбоновая составляющая, потому что соединение этих веществ вызывает бурную экзотермическую реакцию. Настолько бурную, что речь может идти не только о самопроизвольном их возгорании, но и инициированном ими взрыве. Поэтому кобальтовые соединения в смеси со стиролам вводятся в полиэфирку заранее, а отвердитель в виде поликарбонатных соединений, в уже эту смесь.
Что такое полиэфирные смолы?
- Полиэфирная смола – это уникальный по своим свойствам продукт, который получают в результате сложного процесса смешивания и переработки (так называемой поликонденсации) многоатомных спиртов, которые являются продуктом нефтехимической переработки, многоосновных кислот, а также ангидридов и растительных масел
Эти смолы находят широкое применение практически во всех отраслях промышленности (машиностроение, судостроение), в строительстве, в производстве спортивного снаряжения (шлемы, доски для серфинга) и во многих других сферах. Это обусловлено уникальными свойствами, которыми обладают конечные продукты на основе полиэфирных смол. Если речь идет о корпусах водного транспорта, литьевых формах или каких-либо других деталях, для изготовления которых применяются литьевые смолы, то это легкость и прочность, если об утеплении (вспененный полиуретан или твердые пенопласты), то это минимальные показатели теплопроводности, долговечность и надежность.
Полиэфирные смолы не боятся влаги, устойчивы к перепадам температуры и к механическим воздействиям, устойчивы к воздействию химических веществ (за исключением промышленных растворителей). Они долговечны (эксплуатационный срок вспененных полиуретанов превышает 50 лет), универсальны.
Уже в 50-е годы прошлого века США являлись лидером по объемам производства полиэфирных смол на основе гликолей, ксилита, глицерина и кислот. И уже к концу 50-х годов определенную долю производства занимали экологически чистые полиэфирные смолы, основой для изготовления которых становились растительные масла (касторовое, подсолнечное, соевое, рапсовое). Однако в силу определенных причин (больших объемов нефтедобычи и доступности нефтепродуктов, вектора развития нефтехимической промышленности) производство экологически чистых смол получало меньшее распространение.
Сегодня ситуация меняется в диаметрально противоположном направлении. Экологическое состояние планеты все больше заботит умы не только ученых или представителей экологических организаций, но и рядовых граждан. Однако даже в Европе, страны которой позиционируют себя как лидеров производства экологически чистого сырья и продукции, доля изготовления натуральных полиолов составляет около 2-3% от объема производства полиэфирных смол на основе нефтепродуктов. А вот в России становится настоящим новатором, открывая производство натуральных полиэфирных смол на основе полиолов, полученных из растительных масел.
Повышенная температура
Но даже и так реакция между этим веществами не заставляет себя ждать. Изотермичность этой реакции, то есть активное выделение тепла во время ее протекания, является важнейшим условием дальнейших превращений смолы, перехода ее агрегатного состояния из жидкого сначала в желеобразное, а затем и твердое.
Температура при активном взаимодействии этих веществ может иногда подниматься до 100°C и более градусов. Особенно это проявляется в больших массах разводимой отверждаемой полиэфирной композиции, будь то объемная отливка или слой напольного покрытия. В объемных отливках температура понимается выше всего, в площадных, напольных и им подобных не так высоко из-за большой площади охлаждения при контакте с воздухом.
Если же температура после смешивания предускоренной полиэфирной смолы с отвердителем становится выше критической, то в случае с объемной отливкой тару или форму с ней можно поместить в холодную воду. Но тогда пониженная температура снизит и скорость протекания реакции отверждения.
Температура нагрева выше комнатной наоборот, ускоряет реакции сначала желатинизации, а потом и отверждения. Отверждение проходит сначала резиноподобную фазу, когда застывающая масса прогибается при надавливании на нее, но потом сразу возвращается в исходное положение. Такая фаза наступает обычно через полтора-два часа после того, как в полиэфирку с предускорителем ввели отвердитель.
Для горячих процессов в качестве такого вещества лучше использовать 50% перекись бензоила на дибутилфталате. При вымешивании массы ее температура может повыситься до 100-130°C градусов, что гораздо выше температуры кипятка, поэтому производить такие действия нужно, максимально защитившись от возможных последствий. Если отвердителем работает раствор перекиси дикумила (C6H5C)CH3)2O2, (или кумила пироксида), температура может повысится и до 160°C градусов.
Полезно узнать > Почему эпоксидная смола состоит из двух компонентов, как проходит ее полимеризация
Меры безопасности при работе со смолами
Чтобы не навредить себе, нужно работать с описанными химическими веществами в перчатках, плотной одежде. При попадании на кожу ее промывают с мылом, если есть вещество для очистки смол – протирают кожу им, после моют. Органы дыхания защищают респиратором, этот пункт является обязательным! Из-за горючести веществ важно полностью исключить контакт с огнем. При возгорании не применяют воду, надо использовать песок или огнетушитель. Хранят смолу при температуре +20…+23 градуса без доступа тепла в проветриваемом помещении.
Комнатная температура
Рекомендованная температура для работы с полиэфирной смолой бытового назначения должна быть, как правило, не ниже 23°C градусов. Отдельные виды смол, особенно продукция, выпускаемая в виде лакокрасочных материалов, допускают их эксплуатацию и от 15°C, но тогда данные об этом указываются на банке, флаконе, канистре или той таре, в которой такая полиэфирная краска продается в рознице.
По логике вещей, эти ЛКМ или другая продукция в виде смолы должны застывать очень долго, до месяца. Но для подгонки к потребительским запросам завод-изготовитель продукции на основе полиэфирки в таких случаях подбирает компоненты для ускорения и отверждения таким образом, чтобы, смешивая их даже при низкой температуре, запускаемая ими экзотермическая реакция вызывала саморазогрев смеси, и, таким образом, процесс шел с ускорением.
Для холодных процессов без подогрева смесей в качестве отвердителей в подавляющем большинстве случаев применяют раствор перекиси метилэтилкетона CH3-C(O)-CH2-CH3 (торговое название «Бутанокс») или раствор перекиси циклогексанона C6-H11-OH (ПГЦ).
Время высыхания можно варьировать путем изменения пропорций внесения ускорителя в виде октоата кобальта или его нафената, но только не увеличением навески отвердителя. Нужно внимательно читать инструкции, строго следовать им. Выбирая предускоренную производными кобальта смолу, иметь в виду, что чем больше этого вещества введено в полиэфирный компонент уже на стадии производства, тем быстрее и при более низкой температуре окружающей среды возможно застывание ЛКМ или объемных отливок.
Порядок смешивания компонентов полиэфирной смолы:
- Отмеряется необходимое количество полиэфирки и ускорителя, если его нет в составе смолы, информацию об этом смотрите на этикетке, она есть там обязательно.
- Соединить два этих вещества и хорошо вымешать в течение 3-5 минут, не прилагая энергичных усилий, чтобы избежать образования пузырьков воздуха в массе смолы.
- Добавить инициатор-отвердитель, снова перемешать, не выходя за временные пределы в 3 минуты, но чем выше температура окружающей среды, тем это время короче.
- Залить полиэфирку в формы или разлить ее по площади, и успеть сделать это за 10-12 минут, до наступления стадии желатинизации.
- Если наступление этой стадии требуется побыстрее, увеличьте температуру окружающей среды. Если нужно медленнее, можно попытаться ее понизить.
- Первичное отвердевание наступает через 14-24 часов, именно столько сохнет полиэфирная смола.
Полезно узнать > Вредна ли эпоксидная смола для здоровья человека, есть ли в ней какая-то токсичность
Растворители, ускорители и ингибиторы
Обязательным является добавление в состав растворителя, он служит для уменьшения густоты продукции, а также для замедления процесса полимеризации, чтобы полиэфирное вещество слишком быстро не затвердело. Чтобы осуществить переход в твердое состояние используются катализаторы, разделителем может служить гидроперекись. Ускоритель может добавляться сразу, либо для стабилизации во время эксплуатации, в качестве него стандартно применяется соль кобальта. Если не добавить данные элементы, то процесс отверждения будет проходить в медленном темпе, или наоборот слишком быстро.
Обязательным является добавление в состав растворителя, он служит для уменьшения густоты продукции, а также для замедления процесса полимеризации.
Источник: