ГЛАВА 2
методы и объекты исследований
2.1. Характеристика объектов исследований
Основными объектами исследований в данной работе выступали выпускаемые в
больших количествах химической промышленностью эпоксидные смолы ЭД-20 и ЭД-24 и
широко применяемый в стройиндустрии для облицовочных работ природный камень, а
именно: капустинский гранит, токовский гранит, жежелевский гранит и габбро.
К эпоксидным полимерам относят большой класс веществ, содержащих в своей цепи
реакционноспособную эпоксидную группу. В результате взаимодействия эпоксидных
групп с бифункциональными цепями мономеров отвердителя получаются
термореактивные полимеры со сшитой трехмерной сеткой. Олигомеры эпоксидиановых
смол являются продуктами взаимодействия эпихлоргидрина с 4,
4’-диоксидифенилолпропаном и состоят из мономеров следующего строения:
При этом вязкость, а значит и марка эпоксидиановой смолы зависит от
молекулярной массы составляющих ее олигомеров. Техническое значение имеют
продукты со средним молекулярным весом от 400 до 3000 (табл. 2.1).
Используемые в работе эпоксидиановые неотвержденные смолы ЭД-20 и ЭД-24
соответствовали ГОСТ 10587–84 (табл. 2.2).
Таблица 2.1 –
Характеристика эпоксидных олигомеров на основе дифенилолпропана
Молекулярная масса
Содержание эпоксидных групп, %
Содержание гидроксильных групп, %
Содержание фрагментов различной степени полимеризации, % по массе
n = 0
n = 1
n = 2
n = 3
350-400
21,5-24,8
0,1-0,8
58-92
8-15
2-3
400-600
14,5-21,5
0,8-2,5
45-50
15-20
8-10
5-10
600-800
10,0-14,5
2,5-4,6
20-50
12-16
8-11
45-50
800-1000
8,0-10,0
4,5-5,1
13-20
12-14
9-12
55-60
1000-1400
6,0-8,0
5,1-6,0
8-13
7-9
8-10
70-75
1400-1800
4,0-6,0
6,0-6,5
4-6
6-8
8-10
80-85
1800-3500
2,0-4,0
6,5-6,8
2-4
3-5
5-8
83-90
Таблица 2.2 –
Физико-химические показатели эпоксидной смолы ЭД-20
Наименование показателя
Норма для сорта
Сорт
Высший
Первый
1. Внешний вид
вязкая прозрачная жидкость без видимых механических включений и следов воды
2. Цвет по железокобальтовой шкале, не более
3. Массовая доля эпоксидных групп, %
20.0–22.5
4. Массовая доля хлорид-иона (Cl-), %, не более
0,001
0,005
5. Массовая доля омыляемого хлора, %, не более
0,3
0,8
6. Массовая доля гидроксильных групп, %, не более
1,7
7. Массовая доля летучих веществ, %, не более
0,2
0,8
8. Динамическая вязкость, Паґс, при 25 ± 0,1 оС
13–20
12–25
9. Время желатинизации, ч, не менее
8,0
4,0
Фазовый и химический состав природного камня зависит от его разновидности,
природного происхождения, месторождения. Из всех разновидностей природного
камня мы исследовали граниты разных месторождений, габбро и мрамор.
Средний химический состав гранитов по Р. Дэли, % по массе: SiO2 - 70,18; TiO2 -
0,39; Al2O3 - 14,47; Fe2O3 - 1,57; FeO - 1,78; MnO - 0,12; MgO - 0,88; CaO -
1,88; Na2O - 3,48; K2O - 4,11; H2O - 0,84; P2O5 - 0,19.
Средний химический состав гранодиорита: SiO2 - 65,01; TiO2 - 0,57; Al2O3 -
15,94; Fe2O3 - 1,74; FeO - 2,65; MnO - 0,07; MgO - 1,91; CaO - 4,42; Na2O -
3,70; K2O - 2,75; H2O - 1,04; P2O5 - 0,20.
Средний химический состав габбро по Дэли, %: SiO2 - 48,24; TiO2 - 0,97; Al2O3 -
17,88; Fe2O3 - 3,16; FeO - 5,95; MnO - 0,13; MgO - 7,51; CaO - 10,99; Na2O -
2,55; K2O - 0,89; H2O - 1,45; P2O5 - 0,28.
Средний химический состав мрамора по Дэли, %: SiO2 – 0,22; Al2O3 – 0,05; Fe2O3
– 0,05; CaO – 54,7; СО2 – 43,34; MgO – 0,42; S – 0,011; P – 0,011.
При исследованиях обрабатывались граниты Капустинского, Токовского,
Жежелевского месторождений и гранодиорит Покостовского месторождения. Среди них
наибольшим пределом прочности обладает гранодиорит Покостовского месторождения
(sв – 1919–2517 кг/см2), затем в порядке убывания идут Токовский (1103–2148
кг/см2) , Жежелевский (900–1500 кг/см2) и Капустинский (719–1237 кг/см2)
граниты. Для испытаний брали мрамор Новоселицкого месторождения (663,3 кг/
см2).
2.2. Методы исследований
Введение металлокомплексов в структуру олигомеров осуществляли в два этапа. На
первом этапе получали комплексные соединения аминоуксусной кислоты с ионами
Cu2+, Ni2+. В качестве исходных соединений брали сульфаты соответствующих
металлов и аминоуксусную кислоту квалификации ч.д.а. Реакцию проводили в водном
растворе при 298 К, при соотношении соль:аминоуксусная кислота (мол.%) 1:4.
На втором этапе осуществляли взаимодействие эпоксидных олигомеров с полученными
комплексными производными металлов. При этом прямое растворение комплекса в
расплаве олигомера с последующей термообработкой оказалось неэффективным,
поскольку при температурах, необходимых для протекания реакции, происходит
частичная деструкция комплексов с образованием трудноидентифицируемых
продуктов. Более эффективным оказалось растворение полученных комплексных
соединений в диметилформамиде с последующим совмещением полученного раствора с
эпоксидными олигомерами. Использованный растворитель, по-видимому, способен
облегчать взаимодействие карбоксильных групп комплексного соединения с
глицидиловыми группами олигомеров. Вследствие этого полное расходование
комплексного модификатора наблюдалось уже при температурах не более 363 К,
исключающих протекание деструктивных процессов в данной системе.
Молекулярную массу олигомеров определяли методом проникающей гель-хроматографии
на жидкостном хроматографе "Waters" при следующих условиях: Колонки –
ультрастирогель; линейное соединение. Температура колонки 35°С, объемная
скорость подачи насоса 0,9 мл/мин. Детектор: рефрактометр "Waters-410".
Термографические исследования проводились на дериватографе системы Ф.Паулик,
Й.Паулик и Л.Эрдеи, МОМ Budapest. Образцы прогревались до 1000 °С и до 500