СИНТЕТИЧЕСКИЕ СМОЛЫ И ОТВЕРДИТЕЛИ
Смолы представляют собой высокомолекулярные органические вещества — полимеры. Молекулы полимеров могут иметь относительную молекулярную массу, измеряемую миллионами единиц, и соединять сотни тысяч атомов. Размеры молекул обусловливают различные качества синтетических смол и продуктов их твердения. С увеличением относительной молекулярной массы растет прочность вещества в твердом состоянии, повышается температура плавления, снижается растворимость. Большинство органических полимеров имеют низкую теплостойкость, не превышающую, как правило, 100 °С.
Получение синтетических смол сводится к превращению исходных низкомолекулярных веществ в высокомолекулярные.
При этом может протекать реакция полимеризации или поликонденсации. Полимеризация представляет собой процесс соединения большого числа молекул низкомолекулярных веществ в одну большую макромолекулу высокомолекулярного вещества. Поликонденсация — это процесс образования высокомолекулярного вещества, происходящий с выделением побочных продуктов: воды, аммиака, хлористого водорода и др. Полимеризация сопровождается уменьшением объема полиме-ризующейся массы вследствие замены межмолекулярных связей межатомными. Потеря объема при твердении в процессе полимеризации 100% смолы может доходить до 10—12%, при разбавлении водой усадка увеличивается.
Характер изменения объема при твердении зависит от условий: твердение на воздухе, как правило, увеличивает усадку.
Исходные смолы характеризуются составом, условной вязкостью, определяемой по времени истечения на вискозиметре ВЗ-4, величиной рН. Тампонажный камень характеризуется внешним видом и пределами прочности на сжатие, разрыв и изгиб.
Применяются карбамидные смолы — продукты конденсации мочевины (или тиомочевины) с формальдегидом; феноло-фор-мальдегидные cмолы — продукты конденсации альдегидов (главным образом формальдегидов) с фенолами; синтетические полимеры на основе полиакриламида и гидролизованного полиак-рилонитрила (гипана): алкилрезорциновые смолы.
Наиболее распространены карбамидные смолы: мочевино-формальдегидные (МФ-17, МФ-60, М-270, М-19-62), меламино-мочевино-формальдегидные (ММФ-50), мочевино-формальдегид-но-фурфурольные (МФФ-М). Эти смолы представляют собой жидкости от белого до темно-коричневого цвета плотностью 1,17—1,5 г/см3. Прочность камня довольно высока: при сжатии до 250 МПа, при разрыве до 100 МПа, при изгибе до 120 МПа.
В качестве отвердителей таких смол используются органические или минеральные кислоты — щавелевая, реже лимонная, соляная, фосфорная, а также соли — хлорное железо, хлорный цинк, хлористый аммоний. Наиболее широко применяется соляная и щавелевая кислоты. Как правило, их добавляют в виде водного раствора, хотя щавелевую кислоту можно использовать и в сухом виде. Концентрация соляной кислоты в водном растворе из соображений безопасности не должна быть более 10%. Все это необходимо учитывать при выборе соотношения компонентов в рабочем растворе, так как общее содержание воды не должно быть более 50%. Щавелевая кислота — более безопасный отвердитель, чем соляная кислота, но тоже токсична. При ее введении растягивается начало твердения, вследствие этого смещается и конец твердения.
Мочевино-формальдегидные смолы изменяют свои свойства и свойства конечного продукта при длительном хранении. Наиболее стабильна в этом отношении меламино-мочевино-формаль-дегидная смола ММФ-50.
Феноло-формальдегидные смолы — продукты конденсации фенолов с формальдегидом. Они отверждаются как в кислой, так и в щелочной средах, в зависимости от соотношения количеств фенола и формалина и величины рН среды могут образовываться и термопластичные, и термореактивные системы.
Фенолы представляют собой продукты сланцевой химии. На основе фенолов известны резорцино-формальдегидная смола ФР-12; смесь сланцевых водорастворимых фенолов с этиловым спиртом ФРЭС; состав ТДС-9, представляющий смесь сланцевых водорастворимых фенолов, этилового спирта, раствора едкого натра и пластификатора (диэтиленгликоля); состав ТС-10, смесь так называемых суммарных сланцевых фенолов и т. д.
Рабочий раствор ФРЭС — это смесь продукта ФРЭС с 37% формалина в отношении 1:0,7. Время начала твердения — 180 мин.
Рабочий раствор ТСД-9 готовится смешиванием исходного продукта с водой и формалином в отношении 1 : 0,3 : 0,7. Начало твердения наступает через 3—4,5 ч. Реже в качестве отвердите-ля используется параформ.
Применяются и другие смолы, в частности резольная строительная смола ФРВ-1А. Она может содержать 1% алюминиевого порошка, который реагирует как с кислотами, так и со щелочами с выделением водорода. При взаимодействии с отвердите-лем объем состава увеличивается в 10—15 раз.
Все большее применение получают эпоксидные смолы. В отличие от других смол они обладают значительными преимуществами: продукт твердения стоек к агрессивным воздействиям высокоминерализованных вод, имеет высокие физико-механические свойства, не дает усадки, не выделяет летучих, обладает хорошей адгезией. Отвердители эпоксидных смол — многоосновные карбоновые кислоты, ангидриты кислот (фталевый ангидрит, малеиновый ангидрит), полиамины, диамины (гексамети-лендиамин), карбамидные смолы.
Наиболее распространены диановые эпоксидные смолы ЭД-5 и ЭД-6, которые получаются путем поликонденсации эпихлор-гидрина и дифенолов в присутствии щелочи. По внешнему виду они представляют собой прозрачную жидкость от светло-желтого до коричневого цвета.