Смолы природные и синтетические

Смолы природные и синтетические

1. Природные смолы.

К природным (естественным) смолам принадлежат продукты жизнедеятельности животных или растительных организмов. Из естественных смол в производстве электроизоляционных лаков и компаундов 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, а также смола, получаемая из клубней скаммонии (вьюнка смолоносного Convolvulus scammony), 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. Другие смолы, например, шеллак, входят в состав политур. Имеется множество сортов синтетических смол, используемых для получения пластмасс.

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.

Характеристика Марки канифоли

Сорт Высший 1-й 2-й

Температура размягчения по Кремер Сарнову, °С, не менее 68 66 54

Кислотное число, мг/КОН, не более 168 166 150

Количество неомыляемых, %, не более 6 8 10

Количество влаги, %, не более 0,3 0,3 0,4

Количество золы, %, не более 0,3 0,4 0,5

Содержание механических примесей, %, не более 0,05 0,1 0,1

Электрические свойства канифоли:

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

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

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.

Физико-химические свойства шеллака

Плотность .................1,04 -1,08

Водопоглощаемость ........около 5%

Температура размягчения....80 -90 °С

Температура плавления ........110 °С

Кислотное число...............75 -60

Число омыления.............194 -215

Йодное число..................10 -20

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.

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.

2. Твердые органические диэлектрики.

К органическим диэлектрикам относятся материалы, в составе которых находится углерод. В качестве добываемые преимуще-ственно в Африке и Юго-Восточной Азии. Раньше благодаря растворимости в растительных маслах они довольно широко применялись в производстве электроизоляционных лаков, сейчас практически вытеснены синтетическими полимерами. Я Янтарь - также ископаемая смола, добываемая в России, обладающая очень высокими электрическими параметрами: удельное сопротивление органических диэлектриков в промышленности при-меняют как природные, так и синтетические полимеры, которые получают методом химического синтеза. Часто их называют смо-лами. Открытие синтетических полимеров сыграло большую роль в развитии многих отраслей, в том числе электротехники и радио-электроники. Большинство органических диэлектриков представляют собой высокомолекулярные вещества, которые содержат очень большое число атомов или простейших молекул. Основу многих высокомо-лекулярных диэлектриков составляют полимерные соединения, которые получают из мономеров (низкомолекулярных соединений) в процессе реакций полимеризации или поликонденсации.

Полимеризация - это процесс соединения большого числа моно-меров с образованием нового высокомолекулярного вещества (по-лимера) без выделения побочных продуктов реакции.

Поликонденсация - это процесс соединения разнородных моно-меров с образованием полимера и выделением побочного продук-та реакции. Свойства полимеров определяются химическим составом, вза-имным расположением атомов и строением макромолекул. По стро-ению макромолекулы полимеров делятся на линейные (нитевидные) и пространственные (сетчатые). Линейные полимеры представляют собой сочетание звеньев одной определенной структуры. Сочетание двух или трех химичес-ки различных звеньев образуют полимеры, которые называют со-вмещенными или сополимерами. Линейные полимеры относят к термопластичным материалам. Они обладают следующими свойствами: температура размягчения 50...120°С, сравнительно высокий температурный коэффициент объемного расширения ТКР, невысокая теплостойкость, легко де-формируются при нагревании и затвердевают при охлаждении, име-ют аморфную структуру и при нагревании плавно переходят из твер-дого состояния в жидкое или текучее.

Электрические свойства линейных полимеров зависят от рас-положения атомов или определенной группы атомов в цепи мак-ромолекулы. Линейные полимеры с несимметричным строением атомов являются полярными и имеют большие диэлектрические потери. Линейные полимеры с симметричным строением мономе-ров являются неполярными и имеют малые диэлектрические по-тери. Большинство материалов на основе линейных полимеров имеют аморфную структуру и при нагревании плавно переходят из твердого состояния в жидкое или текучее. Некоторые полиме-ры склонны к образованию кристаллов, т. е. способны кристалли-зоваться. В пространственных полимерах макромолекулы связаны поперечными химическими связями. Пространственные полимеры относятся к термореактивным ма-териалам. Они обладают следующими свойствами: большая жест-кость, чем у линейных полимеров; при нагревании не размягчают-ся; не гибкие; не способны образовывать пленки и волокна; не ра-створяются в растворителях. По тепловым свойствам полимеры подразделяют на термоплас-тичные и термореактивные. Термопластичные материалы (термопласты) характеризу-ются тем, что нагревание до температуры, соответствующей плас-тическому состоянию, не вызывает необратимых изменений их свойств . Они тверды при достаточно низких температурах, но при нагревании становятся пластичными и легко деформируются. В настоящее время термопластичные материалы составляют при-мерно 75% всех потребляемых мировой электротехнической про-мышленностью полимерных материалов. В термореактивных (термоотверждающихся) материалах при достаточной выдержке при высокой температуре происходят необратимые процессы, в результате которых они теряют способ-ность плавится и растворяться, становясь твердыми и механически прочными.

3. Полимеризационные синтетические полимеры

Полимеризационные синтетические полимеры получают в про-цессе полимеризации под действием теплоты, давления, ультрафи-олетовых лучей, а также инициаторов и катализаторов. При поли-меризации двойные и тройные связи мономеров разрываются и молекулы, соединяясь между собой, еще больше удлиняются. Наибольшее распространение получили блочный, эмульсион-ный, лаковый и газовый способы полимеризации.

Блочный способ полимеризации состоит в том, что предва-рительно очищенный от примесей жидкий мономер смешивают с катализатором, заливают в нагретую до определенной температу-ры форму и выдерживают при этой температуре до полного окон-чания процесса полимеризации. В результате получают твердые бло-ки материала, которые поступают в дальнейшую переработку. Таким способом получают полистирол, полиметилметакрилат (оргстекло).

Эмульсионный способ полимеризации представляет собой процесс, при котором исходный жидкий мономер с помощью эмульгатора- (Эмульгатор - это вещество, способствующее образованию эмульсий; эмульгаторами являются мыла, желатины и многие синтетические вещества.) превращают и мельчайшие капельки, взвешенные и другой жидкости, которая не растворяет этот мономер (вода, бензин и др.). В полученную эмульсию (Эмульсия - это жидкость, в которой находятся во взвешенном состоянии микроскопические капельки другой жидкости.) вводят инициатор (Инициатор - это зачинатель цепной химической или ядерной реакции в результате внешнего воздействия на систему.) и массу нагревают до температуры, при которой начинается химическая реакция. В про-цессе полимеризации эмульсию постоянно перемешивают. В резуль-тате получают порошкообразный полимер, незначительно загряз-ненный эмульгатором, что снижает его диэлектрические свойства. Затем порошок подвергают грануляции. Таким способом получают поливинилхлорид, нитрон. Лаковый способ полимеризации осуществляется непосред-ственно в мономере, который растворяется в определенном раство-рителе. Таким способом получают поливинилацетат. При газовом способе полимеризация осуществляется в газо-вой фазе в присутствии катализатора при температуре примерно 200°С и высоком давлении. Этот способ применяют в том случае, когда мономеры не полимеризуются ни по одному из перечислен-ных способов. Таким способом получают полиэтилен высокого давления. К полимеризационным синтетическим полимерам относятся полимерные углеводороды, фторорганические полимеры, кремний-органические полимеры (полисилоксаны). Полимерные углеводороды. К ним относят полистирол, полипро-пилен, полиэтилен, поливинилхлорид (ПВХ), винипласт, полиме-тилметакрилат (оргстекло) и др.

Полистирол - твердый прозрачный материал, неполярный диэлектрик с высокими электроизоляционными свойствами. Он яв-ляется продуктом полимеризации мономерного стирола в присут-ствии различных инициаторов (перекисей, гидроперекисей). По способу получения полистирол делится на блочный и эмуль-сионный. Полистирол обладает следующими свойствами: температура размягчения т раз =110... 120 °С; теплостойкость по Мартенсу 78...80°С; низкая гигроскопичность; водостоек; малое значение тан-генса угла диэлектрических потерь tg?; устойчив к воздействию ней-тронов и у-лучей; не растворяется в спиртах, парафиновых углево-дородах; стоек к действию щелочей и ряда кислот. К недостаткам полистирола относят: хрупкость при пониженных температурах; склонность к старению с образованием трещин; ра-створимость в ароматических углеводородах (бензоле, толуоле), хло-роформе, концентрированной кислоте; невысокую нагревостойкость. Теплостойкость и механическую прочность полистирола повы-шают сополимеризацией стирола с другими мономерами и совме-щением его с каучуками. Сополимеры стирола обладают более вы-сокой теплостойкостью и механической прочностью, но их диэлек-трические свойства хуже.

Страницы: 1, 2