2. Отверждение эпоксидных олигомеров аминами, дикарбоновыми кислотами, каталитическое отверждение. Отверждение

Эпоксидные олигомеры представляют собой вязкие жидкости от светло-желтого до коричневого цвета, хорошо растворимые в ацетоне, толуоле, бензоле, и других органических растворителях. Важнейшим показателем является скорость отверждения, которая косвенно характеризуется жизнеспособностью. Жизнеспособность выражается временем, в течение которого продукт, смешанный с отвердителем, находится в жидкотекучем состоянии.

Эпоксидные олигомеры приобретают ценные технические свойства (механическую прочность, диэлектрические свойства, химическую стойкость, малую усадку и др.) после создания в них пространственной структуры, т.е. после проведения отверждения.

В настоящее время разработаны различные отверждающие системы для эпоксидных олигомеров, эффективные в широком интервале температур (от 0 до 200С). По механизму действия все отвердители эпоксидных олигомеров можно разделить на две группы:

1) сшивающие, отверждающее действие которых основано на химическом взаимодействии функциональных групп отвердителя и эпоксидного олигомера;

2) отвердители, под действием которых образование трехмерной структуры происходит за счет реакции полимеризации с раскрытием эпоксидного цикла.

В присутствии сшивающих отвердителей эпоксидные олигомеры приобретают пространственное строение благодаря химическому взаимодействию как с эпоксидными, так и с гидроксильными группами. В качестве сшивающих отвердителей применяют ди- и полифункциональные соединения с амино-, карбоксильными, ангидридными, изоцианатными, метильными и другими группами.

Отверждение аминами

К отвердителям аминного типа относятся различные соединения, содержащие свободные аминогруппы.

Амины взаимодействуют с концевыми эпоксидными группами за счет миграции подвижного атома водорода аминогруппы. При этом происходит размыкание -оксидного цикла. Реакция с первичными аминами протекает с большой скоростью и сопровождается выделением теплоты. Аминными отвердителями можно отверждать все типы эпоксидных олигомеров, за исключением эпоксиэфиров, в молекуле которых отсутствуют эпоксидные группы, и циклоалифатических эпоксидов из-за низкой реакционной способности по отношению к аминам.

Взаимодействие эпоксидных олигомеров с аминами протекает по схеме

На конечных стадиях процесса образуется третичный амин, каталитическое влияние которого мало из-за пространственных затруднений, обусловленных размерами этих молекул.

П ри отверждении третичными аминами происходит полимеризация -оксидного цикла, протекающая по ионному механизму:

и т. д.

Отвердители аминного типа используются для отверждения в области рабочих температур 0150°С. Практически для протекания реакции на каждую эпоксигруппу требуется один атом водорода аминогруппы. Алифатические амины легко реагируют с эпоксиолигомерами при 2050С, ароматическиепри 80120С.

Отверждение при 20С заканчивается за 2448 ч, а при нагревании  за 1020 ч. Смеси эпоксиолигомеров с полиаминами не могут длительно храниться, и их готовят перед непосредственным применением.

К недостаткам отверждения аминами следует отнести их токсичность, большой экзотермический эффект, который приводит к местным перегревам и образованию внутренних напряжений или пузырей. Для устранения этих недостатков отверждение проводят аддуктами (продуктами взаимодействия избытка амина с эпоксидными олигомерами), которые не только облегчают работу, но и улучшают некоторые свойства продуктов реакции (например, эластичность).

Алифатические амины (диэтилентриамин, триэтилентетрамин, полиэтиленполиамин и др.) реагируют очень энергично. Ароматические амины менее реакционноспособны в силу меньшей основности (отверждение ими проводится при нагревании).

В результате получаются продукты с хорошими механическими свойствами. Чаще всего применяют м-фенилендиамин, бензидин, пиперидин и др.

Смешение аминов с эпоксидными олигомерами должно проводиться в жидкой фазе.