Синтетические смолы: производство, состав, структура и область применения

Химические вещества применяются на разных стадиях производственного процесса и в быту. Одной из таких разновидностей являются синтетические смолы. Эти вещества отличаются составом и областью применения. Назначение искусственных смол может быть самым разнообразным. В зависимости от способа производства и состава определяются основные их характеристики. О смолах искусственного происхождения пойдет речь далее.

Общее описание

Производство синтетических смол активно началось в начале прошлого века. Искусственные полимеры имеют ряд характерных отличий от натуральных разновидностей. Дело в том, что состав, созданный человеком, имеет особые свойства. Их можно задать еще на этапе изготовления. Составы могут значительно отличаться, что определяет их область применения.

Сегодня ежегодно в мире производится около 5 т искусственных полимеров. Синтетические смолы и пластмассы получают в результате переработки угля, нефти, газа или иных природных компонентов. Химические соединения, которые получаются таким способом, обладают низкой молекулярной массой. Причем они могут выпускаться не только в виде липкой густой смеси. Это может быть также порошок или гранулированная субстанция.

Синтетические и натуральные смолы, затвердевая, обеспечивают качественное сцепление с разными материалами. У полимерных составов эта характеристика выражена больше. Когда искусственная смола затвердевает, она может образовывать отличное сцепление с бетоном, металлом, стеклом и прочими стройматериалами. Процесс отвердевания в этом случае происходит под воздействием высоких температур или катализаторов. В некоторых случаях в процессе создания качественного соединении дополнительно применяется прессовка.

Некоторым искусственным составам для отвердения нужно только время. В результате получается устойчивое к различным неблагоприятным условиям вещество, которое не боится перепадов температуры, механических воздействий. Они не разрушаются под воздействием воды, щелочи, кислоты, бензина или масла.

Такие особенности определяют область применения представленных составов. Они стабильные, в отличие от природных аналогов, характеризуются высокими эксплуатационными качествами. Область их применения обширна.

Особенности производства

Синтетическая смола – полимер, который получают в ходе определенных химических реакций. В результате производится высокомолекулярное соединение, обладающее заданным набором качеств. Смолы искусственного происхождения получают в результате поликонденсации или полимеризации. Эти два процесса основаны на разных принципах.

Полимеризация представляет собой ряд реакций, в ходе которых соединяется заданное количество элементарных составных частей в сложные молекулы. При этом побочные продукты не образуются.

Поликонденсация представляет собой процесс, в ходе которого простые молекулы преобразуются в сложные соединения, создавая органические вещества. Это происходит путем создания новых углеродных связей с прочими атомами.

Сегодня в разных сферах человеческой деятельности применяются обе разновидности смол. Выбор типа материала зависит от требований к результату производимых работ. В ходе производства синтетических смол и пластмасс получают две разновидности составов:

• термоактивные;
• термопластичные.

Термоактивные смолы искусственного происхождения представляют собой вещество, способное плавиться только в определенном температурном диапазоне. Если же окружающая среда не соответствует заданным рамкам, вещество становится неплавким и нерастворимым. Причем подобное свойство появляется как при повышении, так и при понижении температуры свыше установленного предела.

Термопластичная смола искусственного происхождения сохраняет пластичность и плавкость при любых условиях. В зависимости от типа исходного сырья, способа производства может получаться эмульсия, порошок, гранулы, блоки или листы полимерного материала.

Применение

Синтетические и натуральные смолы применяются в разных областях деятельности человека. Но искусственные варианты получили большее распространение благодаря своим особым качествам. Проще перечислить сферы, где подобные вещества не применяются, чем наоборот. Область их использования обширна.

Одной из основных сфер применения синтетических смол является производство лаков, красок, клеевых составов, а также абразивов. Благодаря своей способности полимеризоваться, подобные вещества обладают особыми свойствами, которые требуются в процессах изготовления искусственного камня, пластика, а также ПВХ.

Благодаря своей хорошей адгезии смола образует качественное соединение с бетоном, металлом, стеклом, а также целым перечнем иных материалов. Искусственные полимерные составы устойчивы к различным неблагоприятным условиям.

Существует множество материалов на основе синтетических смол. Из полимеров сегодня изготавливают искусственный камень. Из него производятся различные изделия, например, подоконники, раковины, столешницы и различная мебель.

Из таких материалов создается монолитное покрытие для пола. Применяются синтетические смолы и в деревообработке. Они позволяют создать качественное покрытие для натуральных материалов. В строительстве, разных отраслях промышленного производства используются самые разные смолы искусственного происхождения. Даже в медицине и бьюти-индустрии подобные составы нашли свое применение.

Эпоксидные смолы

Сегодня выпускается множество видов синтетических смол. Наиболее известные и широко применяемые полимерные составы следует рассмотреть подробнее.

Одной из самых популярных разновидностей является эпоксидная смола. Состав может иметь жидкую консистенцию или производиться в твердой форме. Это вещество не имеет цвета. Эпоксидные смолы двухкомпонентные, требуют применения отвердителя. Без катализатора состав не застынет. Чтобы полимеризация проходила быстрее, нужно увеличить температуру смолы.

Эпоксидная смола обладает хорошей адгезией. Это позволяет скрепить керамику, металл, фаянс и ряд иных материалов. В чистом виде эпоксидная смола похожа на мед.

Это вещество получается в ходе поликонденсации фенола и эпилхлоридрина. В реакции также участвуют амины и спирты. В этой категории существует несколько веществ, которые несколько отличаются своими качествами. Так, полиэпоксиды обладают малой плотностью и способны хорошо скрепляться с металлом, камнем. При этом материал практически не дает усадки, устойчив к воздействию кислоты.

Эпоксидно-диановые вещества неотверждаемого типа – это термореактивные синтетические смолы. Они могут иметь оттенок от желтого до коричневого. Вязкость может быть разной. Это материалы, которые могут быть как жидкими, так и твердыми. Растворяется эпоксидно-диановая смола в диоксане, эфирах.

Отвержденные разновидности эпоксидных смол являются нерастворимыми. В качестве катализатора могут применяться полиамиды, фенолформальдегиды и т. д.

Эпоксидные полимеры применяются в ходе производства клеев, которые применяются для создания прочного соединения природного камня, бетона, керамики и т. д.

Полиэфирные и акриловые смолы

В сфере производства синтетических смол и пластмасс выделяется такая разновидность, как полиэфирные составы. Этот материал создается в процессе переработки спиртов. Такая смола позволяет создать менее прочное соединение, чем эпоксидный состав. Но благодаря особенностям производства полиэфирные разновидности стоят дешевле. При этом с подобными смолами проще работать.

Самыми крупными потребителями продукции этого типа являются отрасли авто- и кораблестроения, производство осветительной техники. Полиэфирные смолы также нужны при производстве перегородок, душевых кабин и подоконников. Представленный материал легко гнется после затвердевания, может быть окрашен при помощи соответствующих составов.

Акриловые синтетические смолы применяются в ходе производства пластмасс, мозаики, искусственного камня. Также подобные составы широко применяются в ходе строительно-ремонтных работ в ванных комнатах, душевых, при обустройстве фонтанов, душевых кабинок и прочего. Акриловая смола становится твердой быстро. Материал менее токсичен, чем перечисленные ранее составы.

Акриловые смолы применяют в качестве самостоятельного материала или при изготовлении иных составов. В них добавляют песок, мраморную крошку, а также различные пигменты. Поэтому акрил может иметь самые разные оттенки. В эту смолу можно добавить не более 50% дополнительных компонентов.

Акрил требует применения отвердителя. После процесса полимеризации состав получается абсолютно непористым, что значительно повышает эксплуатационные качества. Это значительно расширяет область применения материала. Из-за отсутствия пор в составе изделие не будет окрашиваться при попадании на поверхность красящих веществ. Если из акрила сделана столешница, сок свеклы не оставит на ней следа. Материал способен выдержать нагрев до 70 ºС. Формы для изготовления подобной продукции изготавливают из гипса, силикона или стекла.

Полиэтиленовые, полипропиленовые, поливинилхлоридные смолы

Если сравнивать смолы природные и синтетические, у последних гораздо больше положительных эксплуатационных качеств. В эту категорию входит множество иных разновидностей составов.

Часто в современной промышленности изготавливают и применяют полиэтиленовые смолы. Они обладают высокими показателями гибкости, которая сохраняется даже при значительном понижении температуры (вплоть до -60 ºС). Материалы из полиэтиленовых смол водостойкие, не подвержены негативному влиянию агрессивных химических веществ. Поэтому представленная разновидность смол применяется при создании гидроизоляционной пленки, а также водопроводных коммуникаций. Из полиэтиленовых смол изготавливают трубопроводы для химически активных веществ, а также предметы для медицинского, санитарно-гигиенического оборудования.

Еще одной популярной разновидностью сегодня являются полипропиленовые смолы. Их получают в ходе полимеризации пропилена. Это газ, который получается в процессе крекинга продуктов нефтеперерабатывающей промышленности. На основе синтетических смол из полипропилена изготавливают трубы, декоративные материалы, непроницаемые для газа пленки, а также детали для химической аппаратуры.

Еще одной известной в современной промышленности разновидностью смол является поливинилхлорид. Он получается в ходе полимеризации. В процессе применяется винилхлорид – газ, который имеет запах эфира и не имеет цвета.

Смола из поливинилхлорида производится в виде гранул. Материал устойчив к высоким температурам, не теряет своих качеств на морозе. Также он обладает диэлектрическими свойствами. Этот материал широко применяют для производства гидроизоляции, линолеума, пленок для натяжных потолков, декоративных материалов и т. д.

Полиизобутил, полистирол, винилацетат

Широко применяются современной промышленностью полиизобутиловые смолы, которые получаются в процессе полимеризации при температуре около 100 ºС. Это материал напоминает по виду каучук. Он эластичен, применяется в качестве противокоррозионного компонента. Он не пропускает воду, поэтому металлические поверхности надежно защищены от окислительных реакций. Из полиизобутилена изготавливают лаки, мастики.

Полистирольные синтетические смолы получают с помощью процесса полимеризации. В результате получается бесцветная смола, которая применяется для производства эмалей, латекса, а также гидроизоляционных пленок. Также из полимера создаются утеплительные материалы.

Поливинилацетатные смолы представляют собой полимеры, созданные из сложного эфира уксусной кислоты и винилового спирта. Это бесцветная жидкость, характеризующаяся высокой подвижностью.

Материал не обладает устойчивостью к воздействию щелочей и кислот. В воде поливинилацетат набухает слабо. Он растворяется в сложных эфирах и спиртах, а также в ароматических углеводородах.

Материл позволяет создать прочное соединение камня, стекла. Поэтому поливинилацетат широко применяют при производстве лаков и клеевых составов. При внутренней отделке здания эти материалы также широко используют.

Полиакрилатные смолы

На основе акриловой смолы производят поликрилатные составы, добавляя при производстве метакриловую кислоту. Это стекловидная прозрачная масса, которая применяется при производстве различных пленок, растворов. Например, из полиакрилата создается материал, которым покрывают бетон для придания ему водоотталкивающих качеств. Также из него изготавливают различные грунтовки для внутренних работ.

Поликонденационные полимеры производятся особым способом. В ходе подобного процесса образовывается высокомолекулярное вещество посредством соединения значительного количества однотипных или разнотипных молекул. Для этого смешивают низкомолекулярные компоненты. Реакция происходит с выделением воды, аммиака, хлористого водорода.

Формальдегидная группа

Рассматривая разновидности синтетических смол, стоит обратить внимание также на формальдегидную группу. Одним из подобных веществ является фенолформальдегид. Эту смолу получают посредством соединения различных фенолов и формальдегида.

В результате получается вещество, отличающееся высокой прочностью, устойчивостью к высоким температурам. Этот материал применяется при производстве древесноволокнистых, древесностружечных плит. Также он участвует в процессе производства слоистого пластика, клеевых составов, мастик, лаков.

Самыми известными материалами на основе фенолформальдегидных смол являются бакелитовый лак, полимер Б. Этот материал позволяет создавать стойкие к химическим веществам покрытия, применяется в ходе склеивания горячим способом асбестоцемента, при склеивании различных строительных материалов.

Аминоформальдегидные составы получают в результате поликонденсации меламина и формальдегида с мочевиной. При этом создаются строго регламентированные условия. В результате получается бесцветное вещество, которое стоит относительно недорого. Оно применяется для создания теплоизоляции, клеевых составов и слоистых пластиков.

Полиуретановые смолы

Полиуретановые смолы являются полимерами кристаллического типа. Они характеризуются высокоплавкими качествами. Эти смолы получаются в процессе реакции диизоцнанатов и многоатомных спиртов. Вещество плавится при низкой температуре, обладает незначительной гигроскопичностью. Полиуретановая смола устойчива к воздействию атмосферных явлений, кислорода, озона, а также щелочей и кислот.

Полиуретаны применяют для создания клеев. Они используются для склеивания каменных плит, прочих строительных материалов.

Многие полимеры применяются в строительной, деревообрабатывающей, машиностроительной и прочих отраслях современного производства. Они обладают требуемыми качествами, создавая долговечные, прочные соединения, водонепроницаемые покрытия.