Наполнители для эпоксидной смолы

Химический состав и компоненты для эпоксидной смолы

Как уже было написано выше, эпоксидная смола является синтетическим материалом, изготавливаемым на основе олигомерных соединений. Для её грамотного использования, особенно при выполнении творческих замыслов, необходимо владеть информацией об отвердителях и пластификаторах, наполнителях и растворителях, используя которые, можно расширить возможности применения этого материала, а также обезопасить выполнение работ с его использованием.

Отвердители

Отвердитель служит для полимеризации состава, под его воздействием смола приобретает стабильную структуру. В качестве отвердителя могут выступать карбоновые кислоты и их ангидриды, а также диамины. Отвердители классифицируются как:

• кислотные – при их использовании полимеризация происходит при значительной температуре, составляющей +100−200°С;
• аминные – затвердевание осуществляется при комнатной температуре.

FCR-22 с отвердителем FCH-T имеет низкую усадку при использовании

эпоксидная смола FCR-22

Аминные − это наиболее востребованный вид отвердителей, отличающийся простотой использования и отсутствием необходимости в специальном оборудовании для приготовления состава. Наиболее востребованными считаются отвердители марок: «ПЭПА» и «ДЭТА», «CHS-Hardener P-11» и «RC-19», а также «Epilox H 10-40».

Пластификаторы

Добавление пластификатора придаёт создаваемому составу пластичность и способность выдерживать внешние механические нагрузки в виде удара или воздействия на излом. Наиболее распространёнными пластификаторами являются:

• ДБФ (дибутилфталат) − добавляется в эпоксидную смолу в небольших количествах, он предохраняет состав от растрескивания. Недостатками этого пластификатора являются: плохо смешивается со смолой, и при использовании необходимо длительное перемешивание, а также нагрев;
• ДЭГ-1 − легко перемешивается со смолой, но имеет оранжевый цвет, что ограничивает его использование, в случае необходимости создать прозрачную конструкцию.

Пластификаторы для эпоксидных смол:

пластификатор ДЭГ-1

пластификатор ДБФ (дибутилфталат)

Наполнители

Наполнители бывают технического и декоративного предназначения. Технические обеспечивают необходимую вязкость создаваемому составу, что требуется при выполнении шпатлевания и заполнения пустот в строительных конструкциях. Наиболее востребованными в этой группе материалов являются «Аэросил» и «Микросфера».

Декоративные − придают создаваемому изделию определённый цвет и фактуру. Это может быть кварцевый песок или крошка различного цвета. Особенно востребованы цветные наполнители при творческом подходе к изготовлению изделий, вне зависимости, что это предметы мебели или декора, заливные полы или ювелирные украшения.

Декоративные наполнители, используемые при изготовлении различных изделий

Растворители

Бывают случаи, что при изготовлении чего-либо смола попадает на уже готовое изделие или одежду, и её необходимо удалить, при этом она успевает засохнуть. В этом случае на помощь приходят растворители, в качестве которых можно использовать ацетон, толуол, этилацетат, бутилацетат или жидкость для снятия лака. Кроме этого, растворители используются для снижения вязкости смолы, что необходимо при выполнении некоторых операций с её использованием.

При применении растворителей необходимо помнить, что:

• даже малое количество растворителя способно значительно уменьшить вязкость приготавливаемого состава;
• использование растворителя снижает прочность конечного изделия и срок его застывания;
• растворитель вызывает усадку и может привести к изменению цвета конечного продукта.

Преимущества и недостатки материала

Эпоксидка отличается большим количеством плюсов в сравнении этого материала с иными аналогами. А именно:

• особо высокая надежность и эластичность склейки;
• повышенная стойкость к действию абразивных веществ;
• отличные показатели по длительности эксплуатации;
• высокие гидроизоляционные свойства;
• отсутствие усадки, малый удельный вес;
• легкость в финишных обработках (полировке и шлифовании);
• возможность использования в различных сферах промышленности.

К минусам такого материала относится слишком быстрое отвердевание. Смола разрешает успешно работать с ней до 1–1,5 часов, затем наступает активный процесс полимеризации и последующее отвердение. Причем уже на этапе добавления к ней отвердителя происходит бурный процесс с выделением тепла.

Технологический процесс изготовления эпоксидной смолы

В реактор из нержавеющей стали с пароводяной рубашкой и мешалкой загружают эпихлоргидрин и нагревают до 40–50 °С. При работающей мешалке постепенно вводят дифенилолпропан. После растворения дифенилолпропана и получения однородного раствора тонкой струей из мерника добавляют раствор едкого натра и при 60–70 °С проводят процесс конденсации, который продолжается 1,5–2 ч. Все это время мешалка должна работать. После этого выключают обогрев аппарата, загружают воду, продолжая перемешивание. После прекращения перемешивания образовавшейся смоле дают отстояться. Разделение слоев происходит быстрее при 40–50 °С. Отстоявшийся водный слой (сверху) отделяют, а оставшуюся смолу промывают теплой водой при 40–50 °С. Количество воды определяется по объему (обычно двух-, трехкратное). Промывка (перемешивание, отстаивание с последующим отделением водного слоя) продолжается до полного удаления поваренной соли, образовавшейся при реакции. Промывка контролируется пробой (промывных вод) на присутствие хлора и щелочи.

Сушка смолы производится в том же аппарате. Для этого смолу нагревают до 40–50 °С, подключают холодильник по прямой схеме (с вакуумом) и сушат до прекращения конденсации воды в холодильнике и вспенивания смолы. Сушку смолы производят и без вакуума — при атмосферном давлении и температуре около 120 °С. Сушка смолы продолжается до получения прозрачной пробы смолы при 20–25 °С. Готовая смола сливается в алюминиевую тару.

В зависимости от молярного соотношения исходных компонентов конечные продукты могут быть жидкими, вязкими и твердыми.

В связи с тем, что промывку жидкой (низкомолекулярной) смолы производить значительно легче, чем вязкой (высокомолекулярной), сначала получают низкомолекулярные смолы, которые затем сплавляют с необходимым по расчету количеством дифенилолпропана и при этом получают необходимые высокомолекулярные смолы.

Области применения эпоксидной смолы для творчества

Эпоксидная смола – это универсальный материал, который позволяет изготавливать красивые изделия в различных областях использования: украшения и бижутерия, элементы декора помещений и предметы мебели. Для разных целей используются разные виды эпоксидной смолы – прозрачная или цветная, различающиеся по виду наполнителя, добавляемого в состав пред использованием.

Прозрачная

Прозрачная эпоксидная смола используется при производстве рекламных и сувенирных, декоративных и ювелирных изделий, а также при создании полимерных полов с 3D эффектом.

Кроме этого, прозрачная эпоксидка используется на разных этапах выполнения строительно-монтажных работ при сооружении объектов различной направленности. Промышленностью выпускается эпоксидная смола в жидком и твёрдом состоянии, определяющем последовательность выполнения работ с её использованием.

«Magic Crystal-3D» идеально подходит для создания ювелирных изделий и бижутерии

Наиболее востребованными среди пользователей являются следующие марки прозрачной эпоксидной смолы:

• «Magic Crystal-3D» − используется для изготовления ювелирных изделий и бижутерии, а также при заливке глянцевых и 3D-покрытий; Magic Crystal-3D
• «Epoxy CR 100» − используется при изготовлении полимерных полов; Epoxy CR 100
• «ЭД-20» − является одним из видов эпоксидно-диановых смол, используемых при создании заливочных и пропиточных составов для строительных работ, а также при производстве герметиков и клеевых составов. ЭД-20

Цветная

Данный вид эпоксидной смолы отличается от прозрачной лишь тем, что при его приготовлении используются специальные наполнители, придающие конечному продукту определённый цвет.

Цветная эпоксидка для изготовления ювелирных изделий

Наполнители (поверхностно активные вещества) могут продаваться отдельно от эпоксидки, что позволяет выбрать краситель в соответствии с требуемым цветом или быть в заводской комплектации готовой для дальнейшего использования.

Аминные отвердители

1. Взаимодействие кислоты с эпоксидной группой.

Процесс отверждения проходит с раскрытием эпоксигруппы и образованием сначала гидроксильной группы, а затем эфирной группы, то есть происходит процесс этерификации смолы и образования трехмерного полимера.

2. Применение аминных отвердителей.

Амины также реагируют с раскрытием эпоксигруппы и образованием гидроксила, а затем образуют более сложные пространственные полимеры. Амины реагируют со смолой довольно активно, поэтому добавление их должно производиться незадолго перед употреблением смолы. Количество вводимых отвердителей в эпоксидную смолу определяется в зависимости от содержания эпоксигрупп или от эпоксидного числа согласно формуле

где А — количество отвердителя на 100 г смолы;

М — молекулярная масса отвердителя;

М, — молекулярная масса эпоксигруппы, равная 43;

К— эпоксидное число данной смолы.

В случае применения аминных отвердителей в эту формулу вводится поправочный коэффициент n (количество активных атомов водорода, содержащихся в аминных группах отвердителей), и формула принимает вид:

Отвердитель для эпоксидной смолы

Приобретение физико-эксплуатационных характеристик у обычных лакокрасочных материалов наступает в результате сопровождаемого испарением жидкости застывания. В некоторых красках и смолах протекание подобного процесса невозможно. Отверждение эпоксидной смолы происходит в результате химической реакции, в процессе которой наступает полимеризация и приобретение составом стабильной структуры.

Отвердитель является не только катализатором, но и полноправным участником реакции. Точность дозировки смолы и отвердителя определяют такие свойства получаемого изделия, как однородность, твердость, прозрачность, долговечность. Неправильное смешивание компонентов приводит к понижению качественных характеристик, значительно уменьшает эксплуатационный срок как получаемого компаунда, так и образуемых с его помощью соединений и элементов.

Классификация отвердителей

Существуют различные типы отвердителей. Для работы с эпоксидными составами предназначены два вида соединений:

• кислотные;
• аминные.

Реакция полимеризации с кислотными соединениями протекает при повышенных температурах, варьирующихся в пределах от +100 до +200 градусов по Цельсию. В группу этого типа отвердителей входят дикарбиновые кислоты, включая их ангидриды.

Аминные отвердители не требуют использования специализированного оборудования, вступают в реакцию при обычной (комнатной) температуре. Относящиеся к этому виду отвердителей разнообразные амины являются наиболее доступными и распространенными при разведении «эпоксидки».

Традиционные или модифицированные отвердители

Отвердители оказывают гораздо существенное влияние на результат, нежели сама смола. Наиболее бюджетными и получившими широкое распространение были и остаются ТЭТА и ПЭПА. Они привлекательны, прежде всего, своей стоимостью, но по характеристикам существенно уступают гораздо более дорогим модифицированным составам.

Недостатками ПЭПА и ТЭТА являются:

• отверждение у ТЭТА наступает при температуре не ниже 25-30, а у ПЭПА — 15 градусов по Цельсию;
• восприимчивость к повышенной влаге, особенно этот минус существенен при заливке пола или гидроизоляции;
• быстрое наступление полимеризации, которое затрудняет получение толстого слоя отвержденной смолы.

Модифицированные соединения лишены этих недостатков, но и стоимость имеют соответственную. Какому отвердителю отдать предпочтение зависит от целей. Если смола используется в малых количествах, то вполне достаточно того соединения, которое входит в комплект к компаунду или системе. Когда возникает необходимость докупить либо заменить отвердитель, то дозировку подбирают тестированием малых количеств.

Современные составы

Чем можно заменить описанные средства? Модифицированные отвердители лишены большинства недостатков традиционных, но цена их намного выше. Готовые изделия будут иметь более высокие прочностные свойства, так как смола полимеризируется полнее. Средства выступают как пластификаторы — в ряде случаев способны разбавлять и пластифицировать эпоксидку.

М-4

Отвердитель М 4 — аминный отвердитель модифицированного типа, жидкость с повышенной вязкостью, цвет — красно-коричневый. М4 нужно смешивать с эпоксидной смолой в объеме 20 – 25 % от основного материала. Вещество способно отверждать эпоксидку даже при температуре +2…+5 градусов — это не помешает получить изделие повышенной прочности.

Средство быстрого отверждения произведено на основе ПЭПА, усовершенствовано по составу и свойствам. Кроме холодного отверждения, при необходимости можно делать с М4 горячую полимеризацию. Время пластификации и желатинизации при комнатной температуре составит 30 – 50 минут, при более низких температурах увеличится.

Отвердитель 921

В серии 921 реализуется несколько разновидностей отвердителей — 921, 921 ОП, 921 Т. Это низковязкие средства, которые позволяют получить уникальные эпоксидные композиции с высокой стойкостью к повреждению, УФ-излучению.

Готовые изделия не будут выцветать от солнца, что могут обеспечить далеко не все отвердители. Чаще всего 921 используют для покрытия яхт и лодок, так как может накладываться слоем до 0,5 см толщиной. Продукт способен отвердить даже толстые слои эпоксидки — до 10 см. Для работы его надо смешать в объеме 45 – 55 % от массы смолы.

Отвердитель 620

УП-620 — средство с высокой активностью, может отверждать смолу даже в условиях повышенной влажности. Его добавляют в эпоксидку в малом объеме — всего 15 – 18 %, чего хватает для получения заливок холодной полимеризации.

Продукт используется в составе компаундов, связующих для пластика, наливного пола. Разрешено пользоваться отвердителем при температуре от +15 градусов. Полученные изделия отличаются высокой влагостойкостью.

Этал

Аминный отвердитель, нетоксичный, без едкого запаха. Предназначается для полимеризации эпоксидок и компаундов при любой влажности, температуре, начиная с -20 градусов. Представляет собой одно из самых современных средств, вкупе с эпоксидной смолой используется для таких целей:

• антикоррозионное покрытие металла — труб, полов, крыш, емкостей,
• ремонт металлических, пластиковых, стеклопластиковых изделий,
• герметизация электротехнических изделий,
• создание заливок и пропиток,
• изготовление клеев, стойких к действию кислот, щелочей.

АФ-2

В основе средства — аминофенол. Представляет собой смешанный продукт — результат соединения фенола, формальдегида, амина. Отвердитель позволяет полимеризировать смолу холодным способом в самых неблагоприятных условиях — при высокой влажности и низкой температуре. Добавляется к смоле в количестве 20 – 25 %, при комнатной температуре отверждает ее за 24 часа.

Как готовить рабочую смесь

Требования к емкости. Тара должна быть чистой, без воды и жиров, желательно не пластиковую. Если нет уверенности в чистоте емкости, лучшее ее предварительно обезжирить. Помещение должно быть хорошо проветрено, при этом обязательно использовать индивидуальные средства защиты: респиратор, очки и перчатки.

Что бы избежать закипания можно использовать тару с большей площадью относительно ее глубины.

Смешивание компонентов. Процесс смешивания смолы и отвердителя необходимо проводить в помещении с рекомендованной производителем температурой. В тару наливается смола, затем медленно добавляется отвердитель в необходимой пропорции, при этом постоянно перемешивается вся смесь. Если отвердителя будет больше чем необходимо, излишки не вступят в реакцию и выйдут на поверхность при застывании состава.

Таблица соотношения смолы с отвердителями

Вид отвердителя	Соотношение частей
ПЭПА	10:100
Hardener P-11	9-13:100
Epilox H 10-34	45-50:100
RC-11	60:100
RC-946	50-55:100
Telalit-590	30:100

Важно. Все ингредиенты необходимо добавлять в весовом соотношении

Далее, в течении 10-15 минут смесь необходимо перемешать миксеров на низких оборотах

Рекомендуется так же сделать так называемый “двойной перемес”, то есть перелить смесь в другую тару и перемешать еще раз. Далее можно добавлять пигменты и красители, о которых я расскажу чуть позже. После этого смолу нужно оставить на 10-15 минут что бы из нее вышли пузырьки воздуха

Далее, в течении 10-15 минут смесь необходимо перемешать миксеров на низких оборотах. Рекомендуется так же сделать так называемый “двойной перемес”, то есть перелить смесь в другую тару и перемешать еще раз. Далее можно добавлять пигменты и красители, о которых я расскажу чуть позже. После этого смолу нужно оставить на 10-15 минут что бы из нее вышли пузырьки воздуха.

Для более качественного перемешивания с наполнителями смолу можно прогреть до +50°C, она станет практически жидкой. В таком виде ее удобно заливать в форму.

Жизнеспособность готовое смеси с отвердителем обычно примерно 30 минут – 1 час, за это время ее необходимо выработать. С отвердителем Telalit-590 смесь можно использовать в течении 8 часов.

Применение

Как-то плавно перешли к тому, что самодельные формочки делают из самого силикона, но это не совсем так. Для изготовления форм можно использовать различные материалы. Но если рассматривать процесс с точки зрения удобства и качества, то силикон — лучший материал для форм, и это будет продемонстрировано ниже по тексту. В качестве общей информации отметим, что такие формы могут использоваться не только для литья из эпоксидной смолы.

• Полости заполняются шпаклевкой, глиной или штукатуркой.
• Силикон безвреден при контакте с пищевыми продуктами, поэтому его используют на кухне.
• Формы широко используются для изготовления свечей или мыла в домашних условиях.

Используемый двухкомпонентный силикон устойчив к высоким температурам. Он не токсичен ни в жидком, ни в затвердевшем состоянии, т.е силиконовую форму можно помещать в духовку для приготовления пищи. Стоимость готовых форм зависит от их количества в наборе и их размера. В среднем цена набора начинается от 300 руб.

На первый взгляд может показаться, что самостоятельно произвести сложные впечатления просто невозможно, но алгоритм работы вполне доступен даже тем, кто не имеет должного опыта. Опытные мастера даже не пытаются искать в Интернете нужные формы, а сразу же приступают к их изготовлению. Некоторым даже удалось начать на нем прибыльный бизнес.

Чем отмыть

Если при применении эпоксидный состав попадает на кожу, то можно очистить ее при помощи мыльного раствора. Если же он застывает, то можно использовать для оттирания пятна ацетон. Также используются для этих целей жидкие растительные масла, которые размягчают состав клея и помогают ему легче отслоиться от кожных покровов.

Существует несколько вариантов удаления эпоксидного состава после застывания и отверждения:

1. Замораживающие пятна. Можно использовать специальный аэрозольный хладагент, который делает структуру эпоксидного клея после затвердевания хрупкой.
2. Механический способ. Можно выбрать, чтобы очистить эпоксидную смолу от поверхности при помощи шпателя или тупого ножа. Соскабливание можно проводить на поверхностях, устойчивых к появлению царапин, и твёрдых по своей природе. Для этого можно использовать любой металлический инструмент.
3. Нагревание. При применении, температура выше рекомендованных к эксплуатации позволит размягчить эпоксидную смесь. Для этого используются утюг и бытовой фен. После размягчения, состав легко удаляется шпателем.
4. Применение химических растворителей.Также подходит к прочным износостойким материалам, используемым для склеивания, которым не страшны воздействия разбавителей. Для этого можно использовать этиловый спирт, ацетон, анилин, бутилацетат, толуол.

Так как клеить эпоксидным клеем можно практически любые поверхности, то и очищать их тоже нужно правильно от остатков вещества. Убрать остатки эпоксидки с зеркал или стекол можно уксусной кислотой или растворителями.

Исходные характеристики прозрачной эпоксидной смолы

Практически все виды эпоксидной смолы в исходном состоянии прозрачны. Некоторые могут иметь желтоватый оттенок. После соединения с отвердителем желтизна не исчезает. Это обязательно следует учитывать в случае необходимости иметь прозрачный эпоксидный слой.

Некоторые виды полимера, имеющие высокую вязкость, после отвердения образуют пузырьки, значительно снижающие эффект прозрачности. Избавиться от них можно посредством нагревания, которое следует выполнить до заливки или же после нее, в последнем случае применяют горелки или другие нагревательные системы. Процесс этот довольно хлопотный и не всегда дает идеальный результат.

Готовые поделки из эпоксидной смолы с течением времени могут терять прозрачность при воздействии ультрафиолета и кислорода, содержащегося в воздухе. Таких неприятностей можно избежать только в том случае, если использовать смолы с наличием в составе UV-протекторов и антиоксидантов.

Следовательно, при выборе эпоксидной смолы с целью получения твердого прозрачного материала необходимо учитывать следующее:

оттенок смолы до внесения добавок;

Эпоксидная смола в исходном состоянии чаще всего прозрачна

• степень вязкости;
• химический состав.

Прозрачные эпоксидные смолы могут использоваться как для изготовления мелких деталей (ювелирных украшений, сувениров, декора), так и для более крупных заливок (столешниц, полок и т. д.). Технология применения эпоксидной смолы может разниться в зависимости от особенностей изделий.

Состав и особенности изготовления

ЭС относится к сложным соединениям, свои физико-технические характеристики проявляет исключительно в форме полимера. При реакции с отвердителями олигомеры формируют структуру множества сшитых между собой полимеров. Выпускается в соответствии с ГОСТ 10587-84. Говоря о составе эпоксидки, надо отметить, что ее можно модифицировать физическими либо химическими методами.

Химическая техника предполагает реакцию с дополнительными веществами, в результате изменяется формула основного вещества, трансформируется само строение клетки полимера. К примеру, при реакции с полиэфирами спиртов глицидиловой группы изменяются параметры эластичности затвердевшей смолы. Вместе с этим меняется и ее гигростойкость. А введя в структуру галогенорганические либо фосфорорганические соединения, можно многократно увеличить горючеустойчивость материала.

Физическая техника предполагает перемешивание ЭС с отдельными дополнительными веществами без запуска химической реакции. Так, добавление каучука увеличивает параметр поглощения механической энергии при ударах. А при перемешивании с диокисью титана изменяются визуальные характеристики смолы — она становится абсолютно непрозрачной для лучей УФ-спектра.

Эпоксидная смола — свойства

Эпоксидные смолы характеризуются высокой устойчивостью к истиранию, царапинам и ударам. Они также характеризуются прочностью на сжатие, раздавливание и растяжение, а также высокой твердостью. Среди свойств эпоксидных смол следует также упомянуть вышеупомянутую среднюю устойчивость к влаге, высоким температурам, маслам и смазкам и некоторым другим химическим веществам (например, кислотам и солевым растворам).

Они приобретают меньшую прочность при контакте с хлором, метанолом или углеводородами, а также при контакте с ультрафиолетовыми лучами, то есть с ультрафиолетом. В таких случаях поверхности с эпоксидным покрытием могут пожелтеть и образовать на поверхности пыль.