Природные и синтетические смолы

Содержание

 

Введение...............................................................................................................2

Природные смолы................................................................................................3

Синтетические смолы..........................................................................................9

Литература............................................................................................................14

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Смола́ — собирательное название аморфных веществ, относительно твёрдых при нормальных условиях и размягчающихся или теряющих форму при нагревании.

К природным (естественным) смолам принадлежат продукты жизнедеятельности животных или растительных организмов. Из естественных смол в производстве наиболее широко применяется канифоль, значительно меньше шеллак и копалы. Природные растительные смолы получают упариванием растительных соков, которые вытекают из растений естественным путем или при надрезании стеблей и стволов. Их можно экстрагировать из растительного сырья такими растворителями, как спирт и эфир. К растительным смолам относится, например, сосновая канифоль, и ископаемые окаменелые смолы янтарь и копал. Смолы животного происхождения редки. Одна из них, шеллак, представляет собой выделения лаковых червецов, живущих на растениях семейства мимозовых в Индии. Некоторые растительные смолы используют в медицине; так, смола скаммонии применяется как слабительное. Природные смолы применяют также в мыловарении, для проклейки бумаги, в медицине, в парфюмерии

Синтетические смолы широко применяются при изготовлении гидроизоляционных материалов и составов в качестве вяжущих. Производятся в виде вязких жидкостей, порошков или гранул. Синтетические смолы подразделяются на термореактивные и термопластичные. Термореактивные смолы при нагревании или при действии специальных веществ (отвердителей) превращаются в твердые нерастворимые и неплавкие материалы, изменяя свои свойства необратимо. При чрезмерном нагреве такие смолы разлагаются. Термопластичные смолы при нагревании размягчаются и становятся вязкотекучими, а при охлаждении восстанавливают свои первоначальные свойства, т. е. изменяют свои свойства обратимо.

1. Природные смолы.

 

Канифоль (гарпиус)— хрупкая прозрачная в тонком слое смола, получаемая из смолы (живицы) хвойных деревьев, преимущественно сосны, способом отгонки жидких составных частей — терпентинного масла (скипидара). Состав живицы может колебаться в зависимости от условий местности и сорта живицы. Другой способ добывания канифоли — экстракционный, заключающийся в том, что куски дерева, пни, ветви обрабатываются растворителями, которые затем подвергаются разгонке.

Существуют также смолы  деревьев других хвойных пород, например, кедра, пихты и лиственницы. Их обычно называют бальзамами. Пихтовый бальзам (канадский бальзам), отличается очень высокой степенью прозрачности и нормированным показателем преломления. Его применяют в качестве клея для склеивания оптических линз.

По химическому составу канифоль состоит главным образом из абиетиновой кислоты (С 20 Н 30 О 2 ) и ее изомеров, остальное — неомыляемые, зола, влага и механические примеси. Содержание кислот в канифоли составляет 85 –90%. Канифоль хорошо растворима в спирте, бензоле, скипидаре, минеральных и растительных маслах.

 

Электрические свойства канифоли:

pv =10 ¹⁵ * 15 ¹⁷  Ом * см; Епр =10 …15кВ/мм.

При нагревании выше температуры  плавления значительно увеличивается  проводимость и tg δ.

Канифоль применяется  в чистом виде для изготовления заливочных кабельных масс, пропиточных компаундов, искусственных копалов и модификации полиэфирных смол. Чаще всего канифоль применяется в виде различных препаратов: эфира гарпиуса (глицериновый эфир канифоли) и резинатов, представляющих собой соли абиетиновых кислот (марганцовые, кобальтовые, кальциевые и др.). Введение в состав электроизоляционных лаков больших количеств канифоли значительно снижает их влаго и водостойкость и способствует размягчению при повышенных температурах.

О канифоли создается впечатление, как о хорошем диэлектрике. И многие заблуждаются, читая вышеуказанные характеристики. Но это не так: во-первых, ее реальное объемное сопротивление на три порядка меньше указанных расчетных значений, во-вторых, она совершенно не устойчива к воздействию атмосферной влаги: гидролизуется и омыляется. Поэтому она может использоваться только в герметичных электроизоляционных конструкциях, в силовых кабелях и т.д.

Об этом приходится говорить, поскольку некоторые технологи, заблуждаясь, оставляют канифоль на платах после пайки, не смывая ее, ссылаясь на вышеуказанные электроизоляционные характеристики. Не зная, что продукты ее гидролиза — коррозионная среда, разрушающая всю конструкцию. В настоящее время канифоль практически не используется в составе различных радиофлюсов, а заменяется ее синтетическими аналогами. Например, фенолформальдегидными смолами (новолаками).

 

Шеллак получают из гуммилака, представляющего собой смолу, образующуюся на ветвях тропических растений вследствие укуса особого насекомого, которое, перерабатывая сок в своем организме, выделяет его в виде смолы, называемой гуммилаком. Главные места добычи гуммилака: Индия, Бирма, Малайские острова, Индонезия. Шеллак получают в виде чешуек — от светло-лимонного до темно-оранжевого цвета, в зависимости от степени очистки.

По химическому составу  шеллак состоит главным образом  из эфиров алейритиновой (C16 H 32 O 5) и  шеллоновой (C 15 H 20 O 5) жирных кислот.

Торговый шеллак содержит шеллачной смолы 83 –86%, шеллачного воска 3 –6%, влаги до 2%, красящие вещества и другие примеси.

При нагревании (до 35 °С) шеллак становится пластичным и при 80 °С плавится; продолжительный нагрев при 100 –110 °С приводит шеллак к потере способности плавиться и растворяться. Растворяется шеллак лучше всего в спирте, аммиаке, в растворах едких щелочей, соды, буры. Шеллак хорошо сплавляется с канифолью, глифталями, битумами и другими смолами.

 

Электрические свойства:  

p =10 ¹⁵ 10 ¹⁶ Ом см, е =3,5,

E =20 …30 кВ/мм, tg б =0,01

Шеллак обычно применяется в виде спиртовых растворов (лаков) различной концентрации, а также в виде сухого порошка. В производстве электроизоляционных лаков шеллак применяется в ограниченном количестве; в виде порошка идет для изготовления некоторых марок коллекторного миканита.

Копалы представляют собой смолы, обычно ископаемые, растительного происхождения, добываемые главным образом в тропических странах, и обозначаются географическими названиями мест, где они добываются. В СНГ копалы имеются на Кавказе, на Дальнем Востоке и в Калининградской области на побережье Балтийского моря (янтарь).

Копалы представляют собой твердые вещества в виде кусков различной формы, цвета и  прозрачности, отличающиеся высокой  температурой плавления.

Янтарь обладает наивысшей  твердостью и температурой плавления по сравнению с другими ископаемыми смолами. Янтарь, почти нерастворим ни в каких растворителях. Температура его размягчения 175 –200 °С, температура плавления — выше 300 °С. Расплавленный янтарь растворяется в скипидаре, сероуглероде, бензине и маслах. Янтарь имеет очень высокие диэлектрические свойства, особенно высокое сопротивление изоляции, что делает его ценным диэлектриком для изготовления электроизмерительных приборов.

 

Электрические свойства янтаря следующие:

р=10 ¹⁹ Ом/см; е =2,8;tg б =0,001.

Янтарь нужно выделить как самый лучший природный диэлектрик. Его до сих пор используют в  электрометрах и электретах. Спиртовой  раствор янтаря — хороший флюс, остатки которого действительно  не нужно смывать, если платы потом  не лакируют. Его остатки — диэлектрик. Для изготовления подобных флюсов вполне можно применять «несортовой », так называемый технический янтарь. Нерастворимые в спирте примеси легко отделяются методом центрифугирования с дальнейшей фильтрацией. В дополнение к микропористым фильтрам идут также ионообменные смолы, которые осуществляют еще более тонкую очистку.

В производстве электроизоляционных  лаков копалы ранее очень широко применялись для изготовления высококачественных масляно-копаловых лаков. В связи  с развитием промышленности синтетических смол они потеряли свое значение, и применение их очень ограничено.

 

Битумы

Представляют  собой черные твердые или пластичные вещества, состоящие в основном из сложной смеси углеводородов  и продуктов их дальнейшей полимеризации  и окисления.

Битумы  делятся на две основные группы.

1. Природные (ископаемые)  битумы, называемые также асфальтами; встречаются в природе в виде залежей с различными минеральными примесями.
2. Искусственные нефтяные битумы, представляющие собой продукты окисления или тяжелые остатки после перегонки и крекирования нефти и нефтепродуктов.

По химическому составу природные  и искусственные битумы, несмотря на различные источники получения, содержат три основных компонента: углеводороды (минеральные масла), углеводородные смолы и продукты их уплотнения — асфальтены. Кроме того, в битумах содержатся продукты интенсивного окисления битумов — асфальтогеновые кислоты, их ангидриды и лактоны (сложные эфиры). Углеводороды, благодаря процессам дегидратации и другим реакциям, становятся ненасыщенными, полимеризуются и дают смолы, которые в свою очередь также могут полимеризоваться и окисляться с образованием асфальтенов. Асфальтены и смолы представляют собой высокомолекулярные циклические соединения, которые при дальнейшем окислении образуют карбоиды (малорастворимые вещества) и карбены (нерастворимые) согласно схеме: углеводороды — смолы — асфальтены — карбоиды — карбены.

Резкой  границы перехода углеводородов  в смолы, а смол в асфальтены провести нельзя, а тем более представлять себе наличие какого-либо постоянства состава этих компонентов.

Разновидностью асфальтов являются асфальтиты, отличающиеся от асфальтов  меньшим содержанием свободных  и связанных кислот, сернистых  соединений, минеральных примесей, более высокой температурой плавления, твердостью и лучшим глянцем. Залежи асфальтов всегда связаны с нефтяными месторождениями, так как в природных условиях асфальты в большинстве случаев образовались из нефти. Влияние составных частей на свойства битумов выражается в следующем: асфальтены сообщают битумам твердость и высокоплавкость, но уменьшают растворимость и стабильность растворов; смолы обеспечивают пластичность и прочность связи с маслом; масла разжижают битумы и понижают их способность к высыханию, но улучшают растворимость; карбоиды и карбены уменьшают растворимость битумов и ухудшают их электроизоляционные свойства.

Битумы при нормальной температуре  представляют собой твердые или вязкие (пластичные) вещества. Битумы термопластичны: при нагревании они становятся пластичными и переходят в жидкое состояние, при охлаждении затвердевают. При низких температурах они хрупки и имеют характерный раковистый излом. В воде и спирте совершенно нерастворимы, имеют ничтожно малую гигроскопичность и в толстом слое практически не пропускают воду. Хорошо растворимы в органических, нефтяных углеводородах и растительных маслах. Обладают хорошими электроизоляционными свойствами, стойки против действия растворов слабых кислот и щелочей.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Синтетические смолы.

 

Основными синтетическими смолами, являются:

Полиэфирные смолы, применяемые для получения гидроизоляционных составов и материалов, включают две основные разновидности ненасыщенных полиэфирных смол (НПС); полиэфирмалеинзты и полиэфиракрилаты. Пулиэфирмалеинаты применяют для приготовления противокоррозионных и гидроизоляционных составов в построечных условиях. Полиэфиракрилаты применяются в качестве пластификаторов эпоксидных смол.

Фурановые смолы получают поликонденсацией фурфурола или фурфурилового спирта и ацетона. Продукт начальной поликонденсации фурфурола и ацетона — мономер ФА является наиболее широко применяемой разновидностью фурановых смол. После отверждения фурановые смолы приобретают свойства термореактивных полимеров. Отвержденный мономер ФА обладает значительной прочностью, химической стойкостью и водостойкостью, не горит.

Фенолоформальдегидные смолы, применяемые при создании гидроизоляционных материалов и составов, являются жидкими резольными смолами,   обладающими   типичными  термореактивными   свойствами. Резольные смолы получают поликондеисацией фенола с избытком альдегида. Отверждеиные фенолоформальдегидные смолы обладают высокими физико-механическими свойствами, хорошей адгезией к различным материалам и теплостойкостью до 130 °С.

Карбамидные смолы, применяемые для гидроизоляции, являются водорастворимыми низкомолекулярными продуктами поликонденсации. После отверждения приобретают свойства, типичные для термореактивных полимеров. Карбамидные смолы отверждаются либо при нагревании, либо при введении катализатора. Свойства отвержденных карбамидных смол характеризуются высокой прочностью, твердостью и электроизоляционными свойствами.

Кремнийорганические смолы, применяемые в строительстве для пропиточной гидроизоляции. Они представляют собой либо водно-спиртовые растворы этилсиликоната (ГКЖ-Ю) и метилсиликоната натрия (ГКЖ-И), либо 100%-ный полимер этилгидросилоксана (ГКЖ-94). Кремнийорганические жидкости в виде 5%-ной водной эмульсии или раствора применяют в качестве добавок в бетонах и растворах для придания им водонепроницаемости либо для пропиточной гидроизоляции бетонных и железобетонных изделий и конструкций.