Перейти к:
Химическая стойкость хлорсодержащих эпоксидных полимеров
https://doi.org/10.31143/2221-7789-2026-2-57-62
EDN: VCHNVH
Аннотация
В статье представлены сведения о химической устойчивости в различных средах эпоксидных полимеров, содержащих гексахлорэтан и отвержденных разными отвердителями. Получены эпоксидные полимеры с хорошей химической стойкостью.
Для цитирования:
Балаева С.М., Шустов Г.Б., Темираев К.Б., Беева Д.А., Шетов Р.А. Химическая стойкость хлорсодержащих эпоксидных полимеров. Известия Кабардино-Балкарского государственного университета. 2026;16(2):57-62. https://doi.org/10.31143/2221-7789-2026-2-57-62. EDN: VCHNVH
For citation:
Balaeva S.M., Shustov G.B., Temiraev K.B., Beeva D.A., Shetov R.A. Chemical stability of chlorine-containing epoxy polymers. Proceedings of the Kabardino-Balkarian State University. 2026;16(2):57-62. (In Russ.) https://doi.org/10.31143/2221-7789-2026-2-57-62. EDN: VCHNVH
В связи с расширением области применения и увеличения объемов применения эпоксидных полимеров в промышленности принципиальное значение приобретает задача уточнения пределов их работоспособности в агрессивных средах.
Свойства эпоксидных полимеров и их химическая стойкость определяются строением и структурой молекул [1]. Химическую стойкость полимеров можно повысить уменьшением концентрации доступных нестойких связей, путем повышения степени сшивки, введением в молекулу химически стойких связей и уменьшением дефектности структуры путем соблюдения разных режимов отверждения.
Синтезированные нами эпоксидные олигомеры на основе 2,2-ди(4-оксифенил)сульфона (ДОДФС), резорцина (РЗЦ) и гексахлорэтана (ГХЭ) были получены по реакции:
Cl
2NaO ONa + ClC
Cl
Cl CCl Cl
Cl Cl
NaO OCCO
Cl Cl
O
ONa + 2NaCl
NaO ROCCl2 CCl2 O RONa + 2CH2 CHCH2Cl
O O
2CH2 CHCH2O ROCCl2 CCl2 O ROCH2CHCH2 +2NaCl
Полимеры получали путем отверждения эпоксидных смол диаминами и ангидридами фталевых кислот, строение которых приведено в таблице 1.
Таблица 1 – Соединения, используемые в качестве отвердителей
Название | Структурная формула | Сокращенное обозначение | ||
Диаминодифенилметан |
H2N | H C H |
NH2 | ДАДФМ (на диаграммах – 1) |
Диэтилентриамин | H2N | C2H4 | NH C2H4 NH2 | ДЭТА (на диаграммах – 2) |
Диаминодифенилсульфон |
H2N | O S O |
NH2 | ДАДФС (на диаграммах – 3) |
Изо-метилтетрагидрофталевый ангидрид |
CH3 | C C | O O O | ИМТГФА (на диаграммах – 4) |
Экспериментально установлено, что оптимальная температура для отверждения хлорсодержащего олигомера – 393 К, а требуемое время отверждения – 4 часа.
В качестве примера строения эпоксидного полимера можно представить фрагмент структуры на основе 2ДОДФС + ГХЭ, где отвердителем является диаминодифенилсульфон (ДАДФС):
O
~N CH2 CHCH2O OH
Cl Cl
O C C O
Cl Cl
O
OCH2 CHCH
OH
O S O
OH
~NCH2CHCH2O
O Cl Cl
O C C O
Cl Cl
O OH
OCH2CHCH2 N~ .
Для выяснения химической стойкости эпоксидных полимеров проведены испытания полученных хлорсодержащих полимеров в 1 %-ной и 30 %-ой NaOH, 3 %-ной и концентрированной HCl (36,5 %), 3 %-ной и концентрированной H2SO4 и 10 %-ной NaCl.
Результаты исследования показали, что полученные хлорсодержащие эпоксидные полимеры обладают достаточно высокой химической устойчивостью к различным средам (рисунок 1).
Рисунок 1 – Временная зависимость потери массы 2ДОДФС+ГХЭ в различных агрессивных средах. Отвердитель: 1 – ДАДФМ; 2 – ДЭТА; 3 – ДАДФС; 4 – ИМТГФА
Общая закономерность для зависимостей потери массы от времени образцов полимера на основе 2ДОДФС + ГХЭ (рисунок 1) заключается в том, что после начального роста ее величины стабилизируют-ся, и диаграммы выходят на «плато». В случае NaOH – через 12 (1 %) и ~ 8 (30 %) часов, HCl – 28 (10 %) и 10 (конц.) часов, 10 % NaCl – через 10–12 часов.
Отметим, что различие в химической стойкости образцов 2ДОДФС + ГХЭ, выражающееся в ее зависимости от использованного отвердителя, существенно во всех случаях и для всех агрессивных сред. В случае растворов NaOH оно достигает 25–50 %, HCl и NaCl – разброс почти 100 %, для 10 % NaCl – 30–35 %. Во всех указанных случаях самая высокая химическая стойкость наблюдалась у образцов полимеров, синтезированных с использованием в качестве отвердителя диаминодифенилсульфона, далее по химстойкости полимеры с использованием в качестве отвердителя изо-метилтетрагидрофталевого ангидрида, затем диэтилентриамина и диаминодифенилметана. Что касается влияния концентрации растворов, то повышение концентрации NaOH c 1 до 30 % приводит к ухудшению химической стойкости полимера в 2 раза, в случае с HCl (10 и 36 % соответственно) – в 3–4 раза.
Влияние Н2SО4 (ее 3 %-ного раствора) оказалось по агрессивности такого же порядка, как NaOH, HCl и NaCl при схожем характере концентрационной зависимости и таком же оптимальном варианте выбора отвердителя – ДАДФС. Этот полимер оказался самым устойчивым и к воздействию концентрированной серной кислоты: его образец выдержал 8 часов экспозиции. Другие три варианта полимера разрушились раньше – через 5 часов (ва-рианты с ДЭТА и ИМТГФА), а полимер 2ДОДФС+ГХЭ с отвердителем ДАДФМ быстро терял массу (2,5 часа), сопровождался набуханием, дальнейшей потерей массы и деструкцией.
Ниже приведена химическая стойкость полимеров на основе РЗЦ + ГХЭ (рисунок 2)
Рисунок 2 – Временная зависимость потери массы 2РЗЦ+ГХЭ в различных агрессивных средах.
Отвердитель: 1 – ДАДФМ; 2 – ДЭТА; 3 – ДАДФС; 4 – ИМТГФА
Как видно из сравнения диаграмм рисунка 2, у полимера 2РЗЦ+ГХЭ максимальную устойчивость к воздействию 1 %-ного раствора NaOH обнаруживает состав с отвердителем ИМТГФА, в среде 30 %-ного раствора NaOH – ДАДФС. Значения выхода на «плато» – 1,5 и 4,5 % потери массы, ~ 8–10 часов экспозиции соответственно. Для сравнения, в случае 2ДОДФС + ГХЭ (см. рисунок 1) соответствующие цифры – 3,5 и 6,5 % при тех же значениях времени экспозиции.
Во всех остальных случаях оптимальным вариантом является полимер 2РЗЦ+ГХЭ с отвердителем ДАДФС. Химическая стойкость такого полимера по отношению к 10 %-ному и концентрированному растворам HCl, 3 %-ному раствору H2SO4 у обоих полимеров сравнима. Особенность поведения полимеров с 2РЗЦ+ГХЭ указанными отвердителями в 10 %-ном растворе NaCl состоит в том, различия практически нет. Оптимальный вариант состава 2ДОДФС+ГХЭ по рисунку 1 в 1,5 раза более эффективен, чем 2РЗЦ+ГХЭ с отвердителем ДАДФС (рисунок 2).
Таким образом, приведенные выше наблюдения (рисунок 1) имеют место и в случае с эпоксидными поли-мерами на основе РЗЦ + ГХЭ, а сравнение диаграмм показывает, что в большинстве случаев по сравнению с эпоксидными полимерами на основе ДОДФС + ГХЭ полимеры на основе РЗЦ + ГХЭ менее устойчивы во всех средах (см. рисунок 2), что можно объяснить менее жесткой структурой полимеров на основе резорцина.
Самая низкая устойчивость полимеров проявляется по отношению к концентрированной серной кислоте. Падение массы образцов, связанное с деструктивными процессами, начинается через 1–1,5 часа, и лишь в случае эпоксидного полимера на основе диоксидифенилсульфона и гексахлорэтана (отвердитель диаминодифенилсульфон) потеря массы начинается через 2 ч., что, по-видимому, связано с более высокой химической стойкостью сульфоновых групп. Как видно из рисунков 1 и 2, на кривой зависимости потери массы от времени экспозиции в концентрированной серной кислоте имеется максимум, а за адсорбционным процессом следует уменьшение относительной массы образца за счет набухания и деструкция.
Хорошей устойчивостью эпоксидные полимеры обладают в растворах хлорида натрия (рисунки 1 и 2). Это важно, поскольку прямо подтверждает эффективность использования эпоксидных полимеров в качестве герметиков для различных видов аппаратуры в консервной промышленности с учетом сохранения ее эксплуатационных характеристик.
В отличие от концентрированной серной кислоты, существенной разницы во влиянии ее разбавленных растворов на химическую стойкость хлорсодержащих эпоксидных полимеров не обнаружено.
Полученные полимеры больше всего теряют массу в концентрированной соляной кислоте (рисунки 1 и 2). Соляная кислота относится к электролитам с высоким давлением пара, она проникает в полимер с коэффициентом диффузии, близким к коэффициенту диффузии воды. Повышенное содержание эпоксидных групп приводит к увеличению количества сшивок в единице объема полимера, логическим следствием этого является повышение химической устойчивости. Доказательством этому могут служить приведенные на рисунке 3 данные ТГА образца полимера до и после экспозиции в растворе 3 %-ной серной кислоты. Для снятия ТГА-кривых образец после экспозиции в растворе вакуумировался до постоянной массы.
Из рисунка 3 можно заметить, что данные ТГА отличаются незначительно. Это может являться доказательством того, что изменения в полимере в данном случае связаны с адсорбционными процессами.
100
75
50
25
473 673
Т, К
773
Рисунок 3 – Результаты ТГА эпоксидных полимеров на основе 2РЗЦ + ГХЭ (отвердитель ДАДФС: после экспозиции в 3 % H2SO4 в течение 6,2 часа (1) и до экспозиции (2)
Известно, что величина сорбции молекул агрессивной среды полимерами зависит от степени сшивки последних. Как уже указано выше, повышенное содержание эпоксидных групп приводит к увеличению количества сшивок в единице объема полимера, логическим следствием которого является повышение химической стойкости (рисунки 1 и 2).
Резюмируя, можно отметить, что химическая стойкость галогенсодержащих эпоксидных полимеров в зависимости от отвердителя повышается в ряду диэтилентриамин < диаминодифенилметан < изо-метилтетрагидрофталевый ангидрид < диаминодифенилсульфон.
Вероятно, более высокая химическая стойкость полимеров при применении ДАДФС и изометил-тетрагидрофталевого ангидрида связана со стабильностью SO2-групп, а также эфирных связей, образующихся при отверждении ангидридом.
Нами была исследована также устойчивость хлорсодержащих эпоксидных полимеров к различным маслам: растительному, дизельному, смазочному. Для этого подготовленные образцы погружались в эти масла и выдерживались в течение 48 ч. В результате эксперимента установлено, что указанные выше масла практически не оказывают влияния на хлорсодержащие эпоксидные смолы, так как не на-блюдались изменения ни в массе, ни цвете образцов.
Таким образом, полученные хлорсодержащие эпоксидные полимеры обладают высокой химической стойкостью к разбавленным и концентрированным растворам щелочей и кислот, а также к некоторым маслам и солям, что позволяет рекомендовать их использование в качестве химически стойких пропиточно-заливочных компаундов в электротехнике и электронике.
Список литературы
1. Иржак В.И. Эпоксидные полимеры и нанокомпозиты. Черноголовка: «Редакционно-издательский отдел ИПХФ РАН», 2021. 319 с.
2. Калинина Н.К., Костромина Н.В., Осипчик В.С. Способы повышения химической стойкости композиционных материалов на основе эпоксидных олигомеров // Успехи в химии и химической технологии. 2007. Т. 21, № 5 (73) С. 60–64.
3. Гарипов P.M., Квасов С.А., Софьина С.Ю., Кириллов А.Н. Влияние активных модификаторов на процесс отверждения эпоксиаминных композиций // Международная конференция студентов и аспирантов "Синтез, исследование свойств, модификация и переработка высокомолекулярных соединений": Тез. докл. Казань, 2001. С. 40.
Об авторах
Сафият Масхутовна БалаеваРоссия
Геннадий Борисович Шустов
Россия
Константин Борисович Темираев
Россия
Джульетта Анатольевна Беева
Россия
Руслан Адибович Шетов
Россия
Рецензия
Для цитирования:
Балаева С.М., Шустов Г.Б., Темираев К.Б., Беева Д.А., Шетов Р.А. Химическая стойкость хлорсодержащих эпоксидных полимеров. Известия Кабардино-Балкарского государственного университета. 2026;16(2):57-62. https://doi.org/10.31143/2221-7789-2026-2-57-62. EDN: VCHNVH
For citation:
Balaeva S.M., Shustov G.B., Temiraev K.B., Beeva D.A., Shetov R.A. Chemical stability of chlorine-containing epoxy polymers. Proceedings of the Kabardino-Balkarian State University. 2026;16(2):57-62. (In Russ.) https://doi.org/10.31143/2221-7789-2026-2-57-62. EDN: VCHNVH
JATS XML


