Полиэфирная смола – это универсальный синтетический полимер, который благодаря простоте изготовления и дешевизне широко применяется в промышленности. Прозрачная вязкая жидкость, прочнеющая после затвердевания, используется в качестве лаков, клеев, ремонтных составов, защитных покрытий для лодок и кузовов, а также изоляционных материалов в электронике и атомной отрасли. С помощью радиационного воздействия можно значительно изменить свойства смол – повысить их стойкость или наоборот сделать очень хрупкими. Это зависит не только от условий облучения, но и от состава продукта. Ученые Пермского Политеха экспериментально выяснили, как гамма-лучи и микроволны могут повысить прочность и гибкость двух видов промышленных полиэфирных смол, а также ускорить процесс их получения. Полученные результаты позволят модифицировать материалы и расширить сферу их применения в экстремальных условиях, например, в зонах с повышенной радиацией.

Статья с результатами опубликована в журнале «High Energy Chemistry», 2025. Работа выполнена в рамках государственного задания FFSG-2024–0007 (№124013000722–8).

Полиэфирные смолы – это продукт нефтепереработки, их получают путем химической реакции между спиртами и кислотами. Изначально получаемая смола прозрачная и текучая, но после добавления отвердителя она становится прочным материалом, устойчивым к влаге, химии и температурам. Эти свойства делают ее полезным продуктом для строительства, морской и автомобильной промышленности, а также для получения стекловолоконных композитов и лакокрасочной продукции.

Науке уже известно, что радиационное излучение по-разному влияет на свойства различных материалов. Например, механические характеристики композита на основе эпоксидной смолы можно улучшить облучением до 100 килогрей (единица измерения дозы излучения), а при больших дозах наблюдается обратный эффект. Исследование этого фактора необходимо для получения модифицированных промышленных материалов с улучшенными свойствами, чтобы они были более долговечны, надежны, могли выдерживать высокие нагрузки и температуры.

Гамма-волны и микроволны – это два разных вида излучения, которые отличаются силой своего воздействия. Мощные и высокоэнергетические гамма-лучи вырабатываются из радиоактивных материалов и ядерных реакций. Они широко применяются в медицине для лечения опухолей и стерилизации инструментов. Микроволновое излучение слабее и в обычных дозах безопасно для человека. В основном применяется для разогрева пищи, телекоммуникациях и радарах. В последнее время научное сообщество исследует возможность использования таких видов излучения для улучшения свойств различных полимеров, стекловолокон, углепластиков и смол.

Ученые Пермского Политеха изучили, что результат такого упрочнения радиацией зависит не только от условий облучения, но и от состава материала. Для этого они провели эксперименты с полиэфирными смолами разного химического состава и определили, как на их прочность и гибкость влияют дозы гамма-лучей и микроволн.

Политехники использовали две марки смол Kamfest-05И и Kamfest-15VES, часто применяемые в промышленности. Первая представляет собой стирольный раствор продукта поликонденсации изофталата пропиленгликоля с фумаровой кислотой, вторая – стирольный раствор продукта реакции эпоксида бисфенола с метакриловой кислотой.

Политехники обрабатывали образцы смолы гамма-лучами дозами от 100 до 10000 килогрей и микроволнами с частотой 2,45 гигагерц и мощностью 700 Ватт. Время воздействия микроволн на материалы составляло 300, 600, 1200 и 1800 секунд. Затем проводили механические испытания образцов на растяжение и изгиб, чтобы оценить изменения их прочностных характеристик после радиационного воздействия.

– Гамма-облучение оказывает значительное влияние на физические и механические свойства полиэфирных смол. При дозах до 2000 килогрей наблюдается повышение прочности в обоих видах образцов. Однако увеличение дозы с 2000 до 4000 килогрей резко снижает ее и возвращает материал к исходным свойствам. Дальнейшее повышение до 10000 килогрей также сопровождается снижением прочности. Это говорит о том, что оптимальная доза упрочнения полиэфирных смол – 2000 килогрей, – рассказывает Эргаш Нуруллаев, доцент кафедры прикладной физики ПНИПУ, кандидат физико-математических наук.

Политехники отмечают, что оба вида смолы устойчивы к радиации, но их поведение зависит от состава. Так, марка Kamfest-05И лучше выдерживает растяжение, а Kamfest-15VES обладает большей прочностью на изгиб.

Результаты микроволнового излучения во многом зависят от времени обработки образцов. Изначально их прочность немного повышается, но длительное воздействие микроволн (более 30 минут) вновь ухудшает свойства смол. При этом нагрев материала происходил равномерно, что является важным фактором для ускорения промышленных процессов.

Выявленные учеными ПНИПУ особенности радиационного упрочнения обеспечивают возможность контролируемо облучать полиэфирные смолы на производстве, что повышает качество их защиты от радиации и расширяет сферу их применения в экстремальных условиях.

ПЭ материалы обычно поставляются в виде раствора смол с невысоким молекулярным весом (до 3000) в мономере (стирол), который не испаряется при сушке, а участвует в реакции сополимеризации. Это приводит к двум технологическим особенностям ПЭ материалов: высокий сухой остаток, достигающий 95-97%, и ограниченный срок годности — один год. В рабочую смесь перед использованием добавляют небольшое количество (около 2%) катализатора и ускорителя. В результате сополимеризации полиэфира с мономером образуется разветвлённый пространственный полимер. Полезно знать, что добавление одного ускорителя (обычно фиолетового цвета) мало изменяет жизнеспособность смеси, позволяя ей сохраняться много дней. Добавление одного катализатора сокращает жизнеспособность до десятка часов. Рабочая смесь с «быстрыми» катализатором и ускорителем имеет жизнеспособность 10-40 минут, а с «медленными» катализатором и ускорителем — несколько часов.

Бывают ПЭ материалы содержащие в составе небольшое количество (0.1-0.3%) парафинов, которые всплывают на поверхность и образуют плёнку, препятствующую доступу кислорода, что способствует полимеризации. Дело в том, что в присутствии кислорода свободные радикалы, на которые распадается инициатор, реагируют в основном с ним, не вызывая реакции сополимеризации. Введённые же в состав парафины всплывают, образуют на поверхности плёнку, препятствующую доступу кислорода, и затем только происходит полимеризация лакокрасочного материала. Парафиновый слой удаляется шлифованием (Р600) или полировкой, что является обязательным этапом технологии применения этих материалов. Достоинство парафиносодержащих материалов в болеет высокой прозрачности, однако наличие парафинов осложняет процесс применения и уменьшает адгезию к древесине.

ПЭ материалы разбавляются очень быстрыми разбавителями на основе ацетона, большая часть которого испаряется при нанесении, что делает нанесённый слой достаточно вязким и не дающим подтёков (но эт не точно!). Оставшаяся часть ацетона испаряется за 10-15 минут. После шлифовки через несколько часов усадка покрытия очень мала.

Технологическими особенностями ПЭ материалов являются большая рекомендуемая толщина мокрого слоя (200-250 г/м²) и слабая зависимость длительности сушки от толщины наносимого слоя. Большая толщина мокрого слоя и высокий сухой остаток позволяют получить за одно нанесение очень толстую лакокрасочную плёнку. Толщина плёнки ПЭ лака примерно в 2-2.5 раза превышает толщину плёнки полиуретанового лака при том же наносимом количестве (100 г/м²), а при количестве 200-250 г/м² — до 4-5 раз больше. Усадка ПЭ ЛКМ значительно меньше, чем у полиуретановых аналогов. Эти особенности, наряду с хорошей физико-химической стойкостью, определяют преимущества работы с полиэфирными ЛКМ, особенно для глянцевых отделок. Толстые, жёсткие, идеально ровные и гладкие основания под зеркально глянцевые отделки (блестят, как у кота ...) — это то, что наилучшим образом обеспечивают ПЭ материалы.

Несмотря на низкое испарение разбавителей, ПЭ материалы обладают более резким и неприятным запахом, чем полиуретановые материалы. Для повышения технологичности ПЭ материалов разработаны «медленные» катализаторы и ускорители, которые увеличивают жизнеспособность до нескольких часов, хотя и время сушки материала с такими добавками также увеличивается. Чтобы обойти трудности, связанные с коротким временем жизни смеси, иногда используют специальные двухкомпонентные насосы, смешивающие материалы непосредственно перед нанесением, или распылительные пистолеты со смешением компонентов в факеле.

Обычная процедура смешивания ПЭ ЛКМ для разового использования такова:

Отмерить 100 весовых частей базового продукта, добавить 2 весовые части ускорителя (фиолетовый), 20 весовых частей разбавителя и перемешать. Добавить 2 весовые части катализатора и снова перемешать. Жизнеспособность рабочей смеси — 10-40 минут.

Для работы в течение рабочей смены (для увеличения живучести смеси) эту процедуру модифицируют, используя то обстоятельство, что частичные (раздельные) смеси обладают значительно большей жизнеспособностью:

Плёнки ПЭ материалов выдерживают колебания температур от -40°C до 60°C, но имеют невысокую атмосферостойкость. ПЭ материалы плохо отверждаются на смолистой хвойной древесине, палисандре и некоторых других маслянистых породах древесины. Большая толщина грунтов может привести к их отделению от основания при нагрузках, что особенно неприятно при прозрачной отделке (обратите внимание на старую, чехословацкую мебель) . Однако отделка, содержащая ПЭ грунт и финишный полиуретановый материал, оказывается ударостойкой. Разработаны разные добавки, повышающие эластичность полиэфирных ЛКМ.

Эти материалы применяются в основном в качестве грунтов (прозрачные и белые) для получения высокоглянцевой отделки с перекрытием лаками. Иногда используют также глянцевые финишные ПЭ лаки для создания толстого высокоглянцевого покрытия («рояльного»).

ПЭ материалы могут достаточно хорошо колероваться: обычные колеровочные пасты могут добавляться в количестве до 8% в прозрачные ПЭ материалы, что обеспечивает значительную глубину тона с учётом большой толщины слоя. Химически активные компоненты ПЭ грунтов могут менять цвет некоторых морилок, поэтому между морилкой и прозрачным ПЭ грунтом иногда приходится добавлять промежуточный полиуретановый грунт. Не рекомендуется также наносить ПЭ материалы на водоразбавимые ЛКМ.

Технология нанесения:

Наносить ПЭ материалы можно кистью, валиком или распылением.

Рекомендуемая толщина мокрого слоя составляет 200-250 г/м² (учитываем для приготовления объема смеси).

При нанесении следует избегать подтёков и неравномерностей (не всегда получается, но это важно только на лаках, грунты все равно шлифуются)

Сушка и отверждение:

Время сушки зависит от состава смеси и условий окружающей среды.

Для ускорения процесса отверждения можно использовать сушильные камеры или инфракрасные лампы.

Шлифовка и полировка:

После полного отверждения покрытия его можно шлифовать и полировать для достижения идеальной гладкости и глянца. (Чем дольше лежат - тем сложнее шлифовать.)

Финишное покрытие:

В зависимости от требований к конечному изделию, можно наносить дополнительные слои ПЭ материалов или использовать другие финишные покрытия, такие как полиуретановые и акриловые лаки.

Заключение:

Полиэфирные лакокрасочные материалы обладают рядом уникальных свойств, которые делают их незаменимыми для создания высокоглянцевых и долговечных покрытий. Однако их использование требует строгого соблюдения технологии и внимательного подхода к каждому этапу работ.

Разведение и нанесение белого, полиэфирного грунта👇

Живой пример по просьбе читающих

Спасибо за внимание! Всем МИР!

Мой ТГ заходи не робей