Структура и адгезионные свойства отверждённых эпоксидных смол

СОДЕРЖАНИЕ

| Введение…………………………….……………………………… ………….….…. |2 |
|1. Структура и свойства эпоксидных смол…………………………….……….…. |3 |
| Получение эпоксидных смол ...…………….…………………………….…... |3 |
| Структура и свойства неотверждённых смол……….………………….……. |7 |
|2. Отверждение эпоксидных смол, их структура и свойства в | |
|отверждённом |10 |
|состоянии……………………………………………………………………………. | |
| 2.1. Оверждение эпоксидных смол………………………………………………... |10 |
| 2.2. Структура и свойства отверждённых эпоксидных |16 |
|смол……………………. | |
|3. Теоретические основы адгезии и экспериментальные методы | |
|определения |19 |
|адгезионной порочности……….……………………………......……….….…….. | |
| 3.1. Теории адгезии……….………………………………...……….……….…….. |19 |
| 3.2. Методы измерения адгезионной прочности………………………….……… |23 |
| 3.3. Характер разрушения адгезионных соединений…………………………….|30 |
|4. Адгезионные свойства эпоксидных смол к субстратам различной |32 |
|природы | |
| 4.1. Адгезия эпоксидных смол к металлам……………………………………….. |32 |
| 4.2. Адгезия эпоксидных смол к стеклу…………………………………………... |33 |
| 4.3. Адгезия эпоксидных смол к различным |34 |
|волокнам………………………….. | |
|5. Растровая электронная микроскопия как метод исследования | |
|поверхностей адгезионного контакта и разрушения……….…………………. |42 |
| 5.1. Теоретические основы метода……….……………………………….…….… |42 |
| 5.2. Устройство и работа растрового электронного |43 |
|микроскопа……………….. | |
|Применение растровой электронной микроскопии в исследованиях |45 |
|адгезионных соединений……………………………………………………… | |
| Заключение ………………………………………………………………………….. |47 |
| Литература…………………………………………………………………………… |49 |

ВВЕДЕНИЕ

Целью данной работы- изучить структуру и адгезионные свойства отверждённых эпоксидных смол.

Эпоксидные смолы обладают высокой адгезией к различным материалам и поэтому используются в качестве клеёв, связующих в композиционных материалах и в качестве различных покрытий. Поэтому задача этой работы заключается в том, чтобы изучить получение эпоксидных смол, процесс их отверждения и адгезионные свойства к конкретным материалам различной природы.

Работа состоит из пяти основных разделов. В первом будут рассмотрены вопросы получения эпоксидных смол, их структура и свойства в неотверждённом состоянии.

Во втором разделе речь идёт о механизмах отверждения смол, структуре и свойствах после отверждения.

В третьем разделе рассмотрены основные теории адгезии полимеров, методы которые используются для измерения адгезионной прочности на практике, а также возможный характер разрушения адгезионной системы.

Эпоксидные смолы обладают разными адгезионными свойствами к материалам различной природы. Об этом и рассказывается в четвёртом разделе.
Пятый раздел рассказывает о растровой электронной микроскопии, о её роли при исследовании адгезии.

1. Структура и свойства эпоксидных смол

1.1. Получение эпоксидиановых смол

Эпоксидиановые смолы получаются при взаимодействии дифенилпропана с веществами, содержащими эпоксидную группу [pic]. Основным сырьём для производства смол являются эпихлоргидрин и 4,4' дигидроксидифенилпропан
(диан).

Эпихлоргидрин (3-хлор-1,2-эпоксипропан) представляет собой бесцветную жидкость с запахом хлороформа и кипит при 110 0С, плотность d=1,1807 г/см3.
Получают его из аллихлорида по хлоргидринному методу:

[pic]

Молекула эпихлоргидрина содержит две активные группировки- эпоксидную и связь С-Сl. Эпоксидный цикл представляет собой почти правильный треугольник со значительно деформированными валентными углами ((600).
Поэтому происходит только частичное перекрывание атомных орбиталей и энергия связей уменьшается:

[pic]

Эпоксидная группировка полярна и имеет дипольный момент (=6,28 10 -30
Кл м (1,88 D). Причинами этого являются полярность связей С—О и небольшой угол СОС, тогда как в обычных простых эфирах угол СОС равен 109 - 1120 и
(==4-10-30...4,3-10-30 Кл м (1,2. . .1,3D).

Химические превращения эпоксидов определяются тем, что в молекуле имеются полярные связи С—О и атом кислорода с неподелёнными парами электронов. Связь С—О в эпоксидах разрывается легко, особенно в условиях кислотного катализа.

Дигидроксидифенилпропан (диан) представляет собой кристаллическое вещество с температурой плавления 156-157 оС:

[pic]
Его получают из фенола и ацетона в присутствии кислого катализатора.

Эпихлоргидрин взаимодействует по эпоксидной группе с активным атомом водорода. Образующийся хлоргидрин под действием основания подвергается дегидрохлорированию с образованием новой эпоксидной группы в глицидиловом производном, которая реагирует с активным атомом водорода другой молекулы и так далее; при дегидрохлорировании HCl связывается основанием (например,
NaOH, давая в этом случае NaCl+H2O):

[pic]
(Кат.- катализатор, в качестве которого используют основания, кислоты, соли металлов: n=0-3). Если реакцию проводят в присутствии кислот, то на концах молекул остаются хлоргидриновые группы; поэтому для осуществления дегидрохлорирования добавляют щёлочь.

Молекулярная масса эпоксидиановых смол определяется соотношением исходных соединений. Из-за протекания побочных реакций (гидролиз эпихлоргидрина до глицерина и эпоксигрупп глицидиловых производных до (- гликолевых групп, изомеризация эпоксидных групп в карбонильные и взаимодействие первых с образующимися гидроксильными, образование концевых
1,3-хлоргидриновых групп [pic], не замыкающихся в эпоксидный цикл) и из-за обратимости дегидрохлорирования, обуславливающей наличие 1,2-хлоргидриновых групп, количество эпоксидных групп в молекуле эпоксидиановой (или эпоксидной) смолы всегда меньше теоретического (например, в случае бифункциональных исходных соединений 1,5 - 1,9).

При взаимодействии дифенилпропана с эпихлоргидрином образуется полимер с прямой цепью, характеризующийся двумя функциональными группами- эпоксидной и гидроксильной. Строение неотверждённых ароматических эпоксидиановых смол может быть выражено следующей формулой :