Реферат: Смолы природные и синтетические

Реферат: 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 δ. 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 преимуще­ственно 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 при­меняют как природные, так и синтетические полимеры, которые получают методом химического синтеза. Часто их называют смо­лами. Открытие синтетических полимеров сыграло большую роль в развитии многих отраслей, в том числе электротехники и радио­электроники. Большинство органических диэлектриков представляют собой высокомолекулярные вещества, которые содержат очень большое число атомов или простейших молекул. Основу многих высокомо­лекулярных диэлектриков составляют полимерные соединения, которые получают из мономеров (низкомолекулярных соединений) в процессе реакций полимеризации или поликонденсации.

Полимеризация - это процесс соединения большого числа моно­меров с образованием нового высокомолекулярного вещества (по­лимера) без выделения побочных продуктов реакции.

Поликонденсация - это процесс соединения разнородных моно­меров с образованием полимера и выделением побочного продук­та реакции. Свойства полимеров определяются химическим составом, вза­имным расположением атомов и строением макромолекул. По стро­ению макромолекулы полимеров делятся на линейные (нитевидные) и пространственные (сетчатые). Линейные полимеры представляют собой сочетание звеньев одной определенной структуры. Сочетание двух или трех химичес­ки различных звеньев образуют полимеры, которые называют со­вмещенными 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 де­формируются при нагревании и затвердевают при охлаждении, име­ют аморфную структуру и при нагревании плавно переходят из твер­дого состояния в жидкое или текучее.

Электрические свойства линейных полимеров зависят от рас­положения атомов или определенной группы атомов в цепи мак­ромолекулы. Линейные полимеры с несимметричным строением атомов являются полярными и имеют большие диэлектрические потери. Линейные полимеры с симметричным строением мономе­ров являются неполярными и имеют малые диэлектрические по­тери. Большинство материалов на основе линейных полимеров имеют аморфную структуру и при нагревании плавно переходят из твердого состояния в жидкое или текучее. Некоторые полиме­ры склонны к образованию кристаллов, т. е. способны кристалли­зоваться. В пространственных полимерах макромолекулы связаны поперечными химическими связями. Пространственные полимеры относятся к термореактивным ма­териалам. Они обладают следующими свойствами: большая жест­кость, чем у линейных полимеров; при нагревании не размягчают­ся; не гибкие; не способны образовывать пленки и волокна; не ра­створяются в растворителях. По тепловым свойствам полимеры подразделяют на термоплас­тичные и термореактивные. Термопластичные материалы (термопласты) характеризу­ются тем, что нагревание до температуры, соответствующей плас­тическому 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 при­мерно 75% всех потребляемых мировой электротехнической про­мышленностью полимерных материалов. В термореактивных (термоотверждающихся) материалах при достаточной выдержке при высокой температуре происходят необратимые процессы, в результате которых они теряют способ­ность плавится и растворяться, становясь твердыми и механически прочными.

3. Полимеризационные синтетические полимеры

Полимеризационные синтетические полимеры получают в про­цессе полимеризации под действием теплоты, давления, ультрафи­олетовых лучей, а также инициаторов и катализаторов. При поли­меризации двойные и тройные связи мономеров разрываются и молекулы, соединяясь между собой, еще больше удлиняются. Наибольшее распространение получили блочный, эмульсион­ный, лаковый и газовый способы полимеризации.

Блочный способ полимеризации состоит в том, что предва­рительно очищенный от примесей жидкий мономер смешивают с катализатором, заливают в нагретую до определенной температу­ры форму и выдерживают при этой температуре до полного окон­чания процесса полимеризации. В результате получают твердые бло­ки 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 про­цессе полимеризации эмульсию постоянно перемешивают. В резуль­тате получают порошкообразный полимер, незначительно загряз­ненный эмульгатором, что снижает его диэлектрические свойства. Затем порошок подвергают грануляции. Таким способом получают поливинилхлорид, нитрон. Лаковый способ полимеризации осуществляется непосред­ственно в мономере, который растворяется в определенном раство­рителе. Таким способом получают поливинилацетат. При газовом способе полимеризация осуществляется в газо­вой 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 перечислен­ных способов. Таким способом получают полиэтилен высокого давления. К полимеризационным синтетическим полимерам относятся полимерные углеводороды, фторорганические полимеры, кремний­органические полимеры (полисилоксаны). Полимерные углеводороды. К ним относят полистирол, полипро­пилен, полиэтилен, поливинилхлорид (ПВХ), винипласт, полиме­тилметакрилат (оргстекло) и др.

Полистирол - твердый прозрачный материал, неполярный диэлектрик с высокими электроизоляционными свойствами. Он яв­ляется продуктом полимеризации мономерного стирола в присут­ствии различных инициаторов (перекисей, гидроперекисей). По способу получения полистирол делится на блочный и эмуль­сионный. Полистирол обладает следующими свойствами: температура размягчения т раз =110... 120 °С; теплостойкость по Мартенсу 78...80°С; низкая гигроскопичность; водостоек; малое значение тан­генса угла диэлектрических потерь tgδ; устойчив к воздействию ней­тронов и у-лучей; не растворяется в спиртах, парафиновых углево­дородах; стоек к действию щелочей и ряда кислот. К недостаткам полистирола относят: хрупкость при пониженных температурах; склонность к старению с образованием трещин; ра­створимость в ароматических углеводородах (бензоле, толуоле), хло­роформе, концентрированной кислоте; невысокую нагревостойкость. Теплостойкость и механическую прочность полистирола повы­шают сополимеризацией стирола с другими мономерами и совме­щением его с каучуками. Сополимеры стирола обладают более вы­сокой теплостойкостью и механической прочностью, но их диэлек­трические свойства хуже.

Полистирол - один из лучших высокочастотных диэлектриков. Он применяется для изготовления каркасов индуктивных катушек, корпусов радиоприемников и телевизоров, плат переключателей,  для изоляции кабелей и конденсаторов. Из блочного размягченного полистирола способом вытягива­ния получают электроизоляционные нити и гибкие полистироль­ные пленки. Полистирольная пленка для радиодеталей должна быть прозрачной, без поверхностных загрязнений, пор, изломов, цара­пин и трещин. Детали из полистирола получают литьем под давлением; прес­сованием и механической обработкой. После изготовления детали подвергают термообработке при температуре 70...80°С в течение. 2... 3 ч, а затем медленно охлаждают для снятия внутренних напря­жений и предупреждения образования трещин. Полиэтилен - твердый белый или светло-серый материал без запаха, неполярный диэлектрик, полученный в результате реакции полимеризации газа этилена. Электроизоляционные, свойства так же высоки, как и у полисти­ролов, но отличаются высокой стабильностью. В отличие от поли­стирола полиэтилены содержат значительное количество кристал­лической фазы. Полиэтилен обладает следующими свойствами: высокая моро­зостойкость (сохраняет гибкость при температуре -70°С); высо­кая влагостойкость, не гигроскопичен; устойчив к действию креп­ких кислот (кроме азотной), щелочей и многих растворителей; при комнатной температуре не растворим ни в одном растворителе; стоек к плесени; газонепроницаем; стоек к истиранию и вибраци­ям; в пламени горит и оплавляется; предельная рабочая темпера­тура 100°С (прочность начинает уменьшаться только при нагре­вании выше 60°С). К недостаткам полиэтилена относят: тепловое старение приводит к образованию трещин на поверхности изделий; при нагревании до температуры 80°С и выше растворяется в ароматических и хлорированных углеводородах; под действием концентрированной серной кислоты чернеет, а в концентрированной азотной даже при комнатной температуре набухает, увеличиваясь в массе на 4,6% в течение 85 сут.; под воздействием тепла, ультрафиолетового излучения, кислорода воздуха стареет; и сильных электрических полях происходят структурные изменения, снижающие качество изоляции. Для получения электроизоляционного материала с необходимы­ми свойствами смешивают полиэтилен трех разновидностей друг с другом или с другими полимерами, а также подвергают ионизиру­ющему облучению. Благодаря высоким электроизоляционным свойствам полиэти­лен широко применяется как конструкционный материал для изго­товления каркасов катушек, деталей, работающих в цепях высокой частоты. Полиэтиленовые пленки толщиной от 0,02 до 0,2 мм при­меняются при изготовлении кабелей и проводов. В микроэлектро­нике применяют полиэтиленовые трубы в качестве соединительных шлангов, в установках для очистки различных газов, а также тру­бопроводов для подачи и разлива особо чистой воды и для изго­товления посуды для хранения, транспортировки жидких неорга­нических химикатов. Известны три основных промышленных метода получения полиэтилена: полимеризация этилена при давлении примерно 300 МПа и тем­пературе примерно 200°С; в присутствии инициаторов (кислорода, органических перекисей). Полученный таким методом полиэтилен называют полиэтиленом высокого давлении. Он содержит 55...67 % кристаллической фазы и выпускается бесцветным и окрашенным; полимеризация этилена при давлении 0,3...0,6 МПа и температу­ре примерно 80°С в присутствии металлоорганических катализато­ров. Полученный полиэтилен низкого давления содержит 75...85°/о кристаллической фазы и имеет более высокие механические свойства и более высокую температуру плавления, чем полиэтилен высокого давления; полимеризация этилена при давлении 40 атм. и температуре при­мерно 150°С с использованием катализаторов оксидов металлов пе­ременной валентности. Полученный полиэтилен среднего давления обладает наиболее упорядоченной структурой и содержит до 95% кристаллической фазы.

Страницы: 1, 2