История эпоксидной смолы кратко
Обновлено: 05.07.2024
Что такое Эпоксидная смола и опасны ли изделия из неё?
Давайте же проясним эти важные вопросы! Пусть понимание природы этих красивейших изделий, развеют ваши сомнения и позволят наслаждаться их красотой!
Итак! Эпоксидная смола, — прочнейший клей, который склеит почти все, за исключением непористых эластичных материалов.
Смола является двухкомпонентным материалом. Это означает, что в свободном виде эпоксидка не применяется, только в сочетании с отвердителем, который дает возможность проявиться после реакции полимеризации ее уникальным свойствам.
Кто решил избавиться от неосведомленности о качествах этого материала, открывает для себя по-настоящему новые горизонты. Эпоксидная смола применяется на производстве и в быту, причем вторая сфера применения сопряжена не столько со строительством, сколько с дизайнерским искусством и творчеством.
Вредна ли смола для здоровья?
После застывания, эпоксидная смола абсолютно безвредна в эксплуатации, не имеет запаха и не выделяет токсичных элементов.
Посмотрите прямо сейчас, на разнообразие удивительных изделий, сделанных из жидкой смолы, но после застывания, получивших свою уникальную форму!
Вы вполне можете наливать воду в вазу из смолы.
В яркие, красивые блюда (конфетницы, фруктовницы), вы можете положить как фрукты с конфетами, так и выпечку, хлеб.
Единственное исключение, это горячая пища. Нагревать и помещать в микроволновку изделия из смолы нельзя!
Если вы любите всё красивое, необычное, выполненное вручную в единственном экземпляре, то это именно то, что вам нужно!
Благодаря многообразию форм и видов изделий из эпоксидной смолы, вы можете:
История эпоксидных соединений восходит к 1908 году, когда русский химик Н.А. Прилежаев открыл реакцию окисления алкенов надкислотами и образования указанных соединений. Получившийся продукт под действием отвердителей смог создавать полимеры, нашедшие применение во многих областях промышленности.
К тридцатым годам двадцатого столетия немецкий химик П. Шлак открыл возможность получения высокомолекулярных полиаминов, которые появляются при взаимодействии аминов с эпоксидными соединениями, содержащими в молекуле более одной эпоксидной группы. К тому времени в химической промышленности уже вовсю применялось патентное право, поэтому химик официально оформил свое соединение.
Во второй половине тридцатых эстафету получения новых соединений перехватили швейцарцы. Так, П. Кастан создал низковязкий материал, который мог переходить в неплавкое и нерастворимое состояние. Ученый предложил использовать новый материал для создания зубных протезов и тому подобных материалов.
Впрочем, в отличии от П. Шлака, П. Кастану не удалось запатентовать собственное изобретение. За него это сделала известная швейцарская компания Ciba.
Примерно в то же время аналогичные разработки проводились американцами. С. Гринли, совместно с Devoe-Reynolds, получил аналогичные соединения. Промышленный выпуск удалось наладить лишь к 1947 году, хотя за следующие пятнадцать лет объем производства увеличился более чем в три раза.
На сегодняшний день формула и вещество остаются такими же востребованными мировой промышленностью, как почти столетие назад.
В нашей стране
Удивительно, но несмотря на то, что первые шаги эпоксидная смола делала в нашей стране, СССР слегка запоздал с промышленным внедрением. Тому есть следующие причины:
- Отсутствие необходимой инфраструктуры для промышленного производства полимеров в тридцатые и сороковые годы.
- Отсутствие потребности в полимерах и необходимость восстанавливать страну после войны, для чего требовалось решать иные, более своевременные задачи.
Впрочем, к шестидесятым годам промышленный выпуск эпоксидной смолы сравнялся с западным, а затем и превысил. Материал производился в Ленинграде, Дзержинске, Уфе, Котовске и Сумгаите. Позже география промышленного создания указанных веществ расширялась, а сама номенклатура известных наименований увеличилась.
На сегодняшний день существует шесть основных классов эпоксидных смол:
Существует дополнительное деление на подклассы и типы. В зависимости от комбинаций смол получаются различные материалы среди которых камнеподобные или вязкие и полужидкие. Меняется и сфера применения указанных веществ.
Применение
Хотя эпоксидные смолы первоначально предполагалось использовать сугубо в промышленных производствах, на сегодняшний день они получили широкое применение у домашних мастеров.
В частности, популярностью пользуется эпоксидный клей. Причина — высокие потребительские свойства, качество склеивания, дешевизна при производстве, обилие возможностей для применения.
Другое использование — заливка материалов эпоксидными смолами. Хотя она трудно применима в обычных домашних условиях, технология востребована малыми предприятиями. Наиболее популярный тип заливки — янтарный, с помощью которой создаются долговременные копии и отпечатки.
В настоящее время эпоксидная смола - популярная смола, используемая во всем мире. Ее прочность в качестве клея хорошо известна практически каждому человеку, связанному с производством или строительством.
Словари определяют эпоксидную смолу как:
клей, пластик или другой материал, изготовленный из класса синтетических термореактивных полимеров, содержащих эпоксидные группы .
Его адгезионная способность была испытана и засвидетельствована миллионами людей на протяжении более чем 100 лет существования.
100 лет - это уже большая история.
ВСЕ НАЧАЛОСЬ В РОССИИ - С 1890-Х ПО 1930-Е ГОДЫ. и Связана эта история с химиком Н.А.Прилежаевым
Николай Александрович Прилежаев родился в Нижегородской губернии в семье бедного священника. Точная дата рождения неизвестна - по разным источникам 1872 или 1877г.
Отец направил его учиться в Нижегородскую духовную семинарию. Однако, после смерти отца, Николай решил посвятить себя изучению естественных наук. Получив аттестат зрелости и успешно сдав испытательные экзамены, Николай поступил на естественное отделение физико-математического отделения Варшавского университета. т.к. для выпускников духовных училищ для поступления в Российской империи были доступны только Варшавский и Томский университеты.
В скором времени Николай становится учеником знаменитого уже тогда русского химика Вагнера Е.Е.- профессора Варшавского университета.
После окончания Николаем университета, Е.Вагнер пригласил его к себе на должность "хозяйственного лаборанта" (ассистента) на кафедру органической химии.
Под руководством Е.Вагнера Н.Прилежаев много и активно работаетв в области исследования органических соединений. После смерти в 1909 г. своего наставника, Николай добивается первых успехов: он открывает реакцию, которая вошла в органическую химию под его именем - реакцию Прилежаева. Эта реакция заключается в образовании эпоксидов при действии на алкены пероксикарбоновых кислот.
В 1912г. Николай опубликовал монографию " Органические перекиси и применение их для окисления непредельных соединений. "
Свою работу Прилежаев посвятил своему учителю Е.Е.Вагнеру. За это научное открытие Н.А.Прилежаеву присуждается премия имени А.М.Бутлерова. В этом же, 1912 г. Николай Александрович защищает в Петербургском университете магистерскую диссертацию и избирается профессором на кафедру органической химии Варшавского университета.
В 1915 г. Н.А.Прилежаев приглашается в Киевский политехнический институт, в котором проработал до 1924г, а затем переводится в Минск.
В Минске он становится одним из создателей химического факультета БГУ, а с 1935 г. становится профессором Белорусского политехнического института.
В 1933 г. Н.А.Прилежаев был избран членом-корреспондентом АН СССР, в 1940г. - действительным членом АН БССР.
Во время Великой Отечественной войны Н.А.Прилежаев был эвакуирован в Москву, где продолжал активно работать в своей области.
Умер он 26 мая 1944 г. Похоронен на Армянском кладбище в Москве.
В 1980 г. в память о Н.А.Прилежаеве на фасаде химического факультета БГУ установлена мемориальная доска с барельефом ученого.
История эпоксидной смолы свое продолжение получила в других странах.
В середине 1930-х годов немец по имени П. Шалак получил патент, в котором он приготовил полиамин с высокой молекулярной массой. Шалак сделал это путем использования эпоксидных соединений, которые содержали эпоксидную группу, большую, чем одна.
Первая эпоксидная смола, которую мы знаем сегодня, была синтезирована в 1936 году. Как это не раз уже было в науке, первыми
изобретателями были Д-р Pierre Castan из Швейцарии
и д-р Sylvan Owen Greenlee из США. Они подавали заявки на различные патенты в конце 1930-х годов. [ DE 943195 C ] [NY SN502317]
Д-р Пьер Кастен разрешил свою работу лицензировать компании "Ciba" в Швейцарии. Таким образом, Ciba стала первой компанией, которая начала заниматься коммерциализацией производства эпоксидной смолы в 1946 году.
Д-р С.О. Гринли, с другой стороны, имел соглашение с американской фирмой "Дево-Рейнольдс". Затем эта фирма была продана компании "Shell Chemicals", которая сменила название на "Momentive Specialty Chemicals".
Аэронавтика была первой коммерческой областью, в которую эпоксидные смолы могли проникнуть в начале 1950 года.
Однако, вскоре было обнаружено, что эпоксидная смола может с успехом применяться и в других отраслях человеческой деятельности.
Это обстоятельство в главной мере и способствовало тому, что работы над созданием более совершенной формулы композиции велись на протяжении более 20 лет.
Научные умы и предприниматели работали вместе, чтобы сделать эпоксидную смолу одним из самых больших адгезивов сегодня.
Настоящая эпоксидная эпоха началась уже в наше время, когда составы эпоксидных материалов стали не только и не столько клеями, сколько материалами, способными обеспечить производство недорогих, прочных и легких корпусов лодок, летательных аппаратов, различных деталей, предметов декора и мебели, а также непревзойденную защиту полов самого разного назначения.
Три основных нововведения, которые привели к эволюции глобального рынка эпоксидных смол в последние годы, включают следующее:
- - КОМПОЗИЦИЯ ЛАКА ДЛЯ ЛАМИНАТОВ
"Nan Ya Plastics" владеет патентом на лак для эпоксидной смолы для ламинатов. Эта композиция имеет высокую температуру отверждения из-за увеличения плотности поперечного сшивания смолы, что существенно улучшит показатели механической прочности и термостойкости и особенно влагопоглощения, - - КОМПОЗИЦИЯ ЭПОКСИДНОЙ СМОЛЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СОЛЬВАТИРОВАННЫХ ТВЕРДЫХ ВЕЩЕСТВ
Сольватация поднимает процесс отверждения на следующий уровень, что позволяет получать класс композиционных материалов и композитных деталей, с новыми уровнями термической стойкости, механической прочности и набора химических свойств. Владелец патента -"Air Products and Chemicals Inc." - - ПОЛУЧЕНИЕ СТАБИЛЬНОЙ ВОДНОЙ ДИСПЕРСИИ ЭПОКСИДНОЙ СМОЛЫ
Этот способ, используемый "Dow Global Technologies", не содержит растворителей и включает получение стабильных водных дисперсий эпоксидной смолы с использованием поливинилового спирта в качестве первичного диспергатора. Такие свойства, как низкое содержание летучих органических соединений и низкая вязкость чрезвычайно желательны в промышленности покрытий и наливных полов.
И это не конец истории эпоксидных материалов. Все только начинается.
Сегодня использование эпоксидной смолы по-прежнему очень значительное и в ближайшие годы, нет сомнений, новые композитные материалы будут наряду с привычной уже сегодня эпоксидной смолой совершенствовать мир материалов.
Остается только напомнить имена тех, кому мир обязан эпоксидными материалами: наш соотечественник Николай Александрович Прилежаев , а также доктор Пьер Кастана и доктор С.О. Гринли.
С помощью эпоксидной смолы производят клей, лаки, заливочные компаунды и пластоцементы. Широко используется в рукоделии. Например, с помощью эпоксидной смолы делают украшения и интересное покрытие для картинок. Особую популярность материал приобрел в строительстве. Его используют для скрытия трещин на камне и слэбах.
Особенности разработки эпоксидной смолы
Один из ключевых компонентов производства эпоксида — биснефол — был получен в 1891 году. Его создал русский химик Александр Дианин. Однако в то время открытие современники не оценили. Ученые считали полимеры побочным и ненужным продуктом.
Интерес к эпоксиду возобновился в предвоенные годы. В 1930-х годах ученый Шпак создал способ получения высокомолекулярных полиаминов. Позже сфера заинтересовала швейцарцев. Химик Кастан создал материал, который отличался низкой вязкостью и со временем становился неплавким и нерастворимое состояние. Ученый планировал использовать его для создания зубных протезов.
Первый эпоксидный клей был разработан и запатентован в 1940-х годах компанией Ciba. Только промышленный выпуск удалось наладить спустя 7 лет. В последующее года объем производства стремительно возрастал.
Популярность продукта объяснялась просто: клей было легко использовать в быту. К тому же он был прозрачным, надежным и создавал прочное соединение. Araldite 1 работал с множеством материалов — металлами, композитами. Из-за универсальности он пользовался спросом в промышленности.
Отечественное производство
Несмотря на популярность в Европе в СССР эпоксидной смолы долгое время не было. Это можно объяснить двумя причинами:
- Отсутствие необходимых устройств для работы с полимерами.
- Необходимость восстанавливать страну после войны.
- Отсутствие потребности в полимерах.
Курс изменился в 1960-х годах. Тогда был дан указан на ускоренную химизацию СССР и поэтому ускоренно возводились специальные предприятия в разных городах. Также была разработан усовершенствованный эпоксидный клей — в него добавляли отвердитель полиэтиленполиамин. Упаковка выглядела неприглядно: баночка с малозаметной этикеткой. Но продукт быстро завоевал популярность среди потребителей и стал хитом.
Со временем СССР наладила химическую промышленность, которая почти ни в чем не уступала западной. Координатором научной работы сделали УКРНИИПМ — организация базировалась в Донецке. Всего за 20 лет институт разработал множество продуктов для разных сфер промышленности. Так, создали разные варианты клеев, компаунды, а также порошковую форму материала.
Однако работа шла не только в Донецке. В Москве в институте лакокрасочной промышленности активно разрабатывали лаки и краски на эпоксидной основе. Предполагалось, что новые продукты будут создавать прочное и стойкое покрытие. В планах у института была разработка порошковых красок, материалов для коррозионно- стойких и химстойких покрытий.
Разработка отвердителей
Эпоксидные смолы являются двухкомпонентными средствами. Второй участник композиции — отвердитель. Именно он обеспечивает быстрое и надежное застывание материала.
В конце 1950-х годов стали использовать полиэтиленполиамины. Их создавали на заводе пластмасс Нижнего Тагила. Вещество было нужно для обеспечения работы с ионнообменных смолах. Чуть позже было предложено использовать в качестве отвердителя гексаметилендиамин. Он придавал смолам глянцевый блеск и делал их эластичными.
Позже в качестве отвердителя стали применять амины. Они желтоватые и неприятно пахнут, поэтому их добавляют в небольшом количестве. Со временем ученые смогли разработать смесь из 25 видов аминов, что сделало отвердитель более удобным для использования. Также он усиливает адгезию (схватывание) смолы.
Современные эпоксидные смолы
Сегодня в химической промышленности выделяют шесть крупных классов смол. Внутри групп существуют десятки подвидов с разными свойствами. Одна из новинок XXI века — это смолы, которые можно разбавлять водой. Также есть материал, который обладает светоотвердаемость. Два последних типа очень дорогие, поэтому они практически не встречаются в бытовом использовании. Самый популярный класс эпоксидной смолы — на основе бисфенола А.
Современные материалы отличаются по форме: от твердой (каменной) до полужидкой. Благодаря этому можно добиваться определенных эффектов. Такое разнообразие продиктовано разными пропорциями смешивания смолы с отвердителем. К тому же материал может придавать камню дополнительный "стеклянный" эффект и блеск - это улучшает декоративные свойства поверхности.
У эпоксидной смолы есть недостатки. Она выдерживает небольшой диапазон температуры — до 150°С. Однако это критично только для промышленности, в быту такое ограничение не имеет значение. Также материал легко воспламеняется — эта проблема решается добавление стабилизаторов.
При использовании эпоксидной смолы важно соблюдать технику безопасности — иногда вещество вызывает отравление. Также изучите рекомендации по приготовлению раствора и строго соблюдайте пропорции. У нас можно купить необходимые материалы, а также все для работы с камнем.
Читайте также: