Номер 53, страница 90 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

3.53. Что такое эпоксидные смолы? Как их получают? Где применяются эпоксидные смолы?

Что такое эпоксидные смолы?

Эпоксидные смолы — это класс синтетических олигомеров, которые в своей молекулярной структуре содержат одну или несколько эпоксидных (или оксирановых) групп. Эпоксидная группа представляет собой трехчленный цикл, состоящий из одного атома кислорода и двух атомов углерода, и обладает высокой реакционной способностью.

В исходном, неотвержденном состоянии эпоксидные смолы представляют собой вязкие жидкости или легкоплавкие твердые вещества. Для превращения в конечный полезный материал их смешивают со вторым компонентом — отвердителем (например, полиаминами, ангидридами кислот). В результате химической реакции между смолой и отвердителем (процесс отверждения или "сшивки") эпоксидные кольца раскрываются, и формируется прочная, жесткая, неплавкая и нерастворимая трехмерная полимерная сетка.

Отвержденные эпоксидные смолы (эпоксидные полимеры или компаунды) обладают ценным комплексом свойств:

• Высокая адгезия (сила сцепления) к большинству материалов: металлам, стеклу, керамике, дереву, бетону.
• Отличные механические характеристики: высокая прочность, жесткость, износостойкость.
• Высокая химическая стойкость к действию щелочей, кислот, растворителей и других агрессивных сред.
• Низкая усадка при отверждении, что обеспечивает высокую точность размеров изделий.
• Хорошие диэлектрические свойства, что важно для применения в электронике.

Ответ: Эпоксидные смолы — это синтетические олигомеры, содержащие реакционноспособные эпоксидные группы, которые при смешивании с отвердителем образуют прочный, термореактивный полимер с высокой адгезией и химической стойкостью.

Как их получают?

Основной промышленный метод получения эпоксидных смол — это реакция поликонденсации соединений, содержащих подвижные атомы водорода (чаще всего многоатомных фенолов, таких как бисфенол А), с эпихлоргидрином в щелочной среде.

Наиболее распространенной является диановая эпоксидная смола, получаемая из бисфенола А (дифенилолпропана) и эпихлоргидрина в присутствии гидроксида натрия ($NaOH$). Щелочь выполняет роль катализатора и акцептора выделяющегося хлороводорода ($HCl$).

Упрощенная схема реакции получения простейшего представителя этих смол — диглицидилового эфира бисфенола А (ДГЭБА), который является основой многих эпоксидных материалов:

$ \underbrace{HO-C_6H_4-C(CH_3)_2-C_6H_4-OH}_{\text{Бисфенол А}} + 2 \underbrace{ClCH_2CH(O)CH_2}_{\text{Эпихлоргидрин}} \xrightarrow{2 NaOH} $

$ \underbrace{CH_2(O)CHCH_2-O-C_6H_4-C(CH_3)_2-C_6H_4-O-CH_2CH(O)CH_2}_{\text{Диглицидиловый эфир бисфенола А (ДГЭБА)}} + 2 NaCl + 2 H_2O $

Варьируя соотношение исходных реагентов, можно получать смолы с разной длиной полимерной цепи (разной молекулярной массой) и, соответственно, с разными физическими свойствами (например, вязкостью). Избыток эпихлоргидрина ведет к образованию низкомолекулярных жидких смол, а избыток бисфенола А — к высокомолекулярным твердым смолам.

Ответ: Эпоксидные смолы получают в основном путем реакции поликонденсации бисфенола А (или других многоатомных фенолов и спиртов) с эпихлоргидрином в присутствии щелочи, например, гидроксида натрия.

Где применяются эпоксидные смолы?

Благодаря уникальному сочетанию свойств, эпоксидные смолы имеют чрезвычайно широкую область применения в различных отраслях промышленности и в быту:

• Клеи и герметики: Эпоксидные клеи ("эпоксидка") обеспечивают сверхпрочное склеивание металлов, керамики, стекла, пластмасс и других материалов. Они незаменимы в авиа- и ракетостроении, автомобильной промышленности, судостроении и для ответственных ремонтных работ.
• Защитные покрытия и краски: Используются для создания износостойких и химически стойких покрытий. Примеры: промышленные наливные полы, антикоррозионная защита стальных конструкций, мостов, судов, внутренняя облицовка цистерн и трубопроводов.
• Композитные материалы: Выступают в роли связующего (матрицы) для армирующих наполнителей, таких как стекловолокно, углеродное волокно (карбон) и кевлар. Из эпоксидных композитов изготавливают легкие и прочные детали для самолетов, спортивных автомобилей, лопасти ветрогенераторов, корпуса лодок, спортивный инвентарь (велосипедные рамы, лыжи, удочки).
• Электротехника и электроника: Применяются для заливки (капсулирования) электронных компонентов (микросхем, транзисторов, трансформаторов), что обеспечивает их электрическую изоляцию и защиту от влаги, пыли и механических воздействий. Являются основой для производства текстолита и печатных плат.
• Строительство: Используются для ремонта трещин в бетоне, как связующее для полимербетонов и строительных растворов, для гидроизоляции фундаментов и бассейнов, для анкеровки арматуры.
• Творчество, искусство и дизайн: Популярны для создания украшений, бижутерии, заливки столешниц (в том числе столов-рек), изготовления сувениров и декоративных панно (Resin Art).

Ответ: Эпоксидные смолы применяются в качестве высокопрочных клеев, защитных покрытий, связующего для композитных материалов (например, в авиастроении и спортинвентаре), для герметизации электронных компонентов, в строительстве для ремонта и гидроизоляции, а также в творчестве и дизайне.