Эпоксидная смола: чудеса современной науки

XXV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Личный портфель

Эпоксидная смола: чудеса современной науки

Смирнова М.С. 1
1Муниципальное общеобразовательное учреждение средняя общеобразовательная школа №1 Нейского муниципального округа Костромской области
Мусоева Е.Ю. 1
1​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​Муниципальное общеобразовательное учреждение средняя общеобразовательная школа № 1 Нейского муниципального округа Костромской области
Автор работы награжден дипломом победителя I степени
Диплом школьникаСвидетельство руководителя
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

Широко распростирает химия руки свои в дела человеческие. Куда не посмотрим, куда не оглянемся – везде перед очами нашими успехи её применения... (Михаил Васильевич Ломоносов)

Время не стоит на месте, движется вперед, технологии, мода меняется, а вещи, сделанные своими руками, всегда будут актуальны и ценны. Именно ручная работа создает уникальные вещи, которые невозможно произвести на массовом производстве. Каждое изделие несет в себе индивидуальность и особый характер. Изготовленные вручную предметы отличаются высоким качеством, так как мастера уделяют внимание каждой детали и используют лучшие материалы. Ручное производство менее вредно для окружающей среды по сравнению с массовым и промышленным производством.

Я очень творческий человек и создания изделий из эпоксидной смолы меня очень заинтересовало. Мое знакомство со смолой началось еще в раннем детстве, когда мы с родителями гуляли по лесу. На коре дерева я увидела капельки похожие по цвету на мед. Родители рассказали мне, что это натуральная смола дерева. Из рассказа родителей я поняла, что смолы бывают натуральные и искусственные. Особенно популярные эпоксидные смолы. Мне стало интересно узнать, что такое эпоксидная смола и как она появилась. Я начала свою исследовательскую деятельность.

Смола – это липкий, твердеющий на воздухе сок хвойных и некоторых других растений. Сосновая смола. Ископаемая смола (янтарь). Синтетическая смола. (Из толкового словаря Ушакова).

Смола – это вещество, которое при соприкосновении с воздухом твердеет, в воде не растворяется. Обычно преобразуется в полимеры.

Полимеры - это материалы, состоящие из одинаковых цепочек молекул. Некоторые из них гнутся и тянутся. Другие твердые и жесткие, как эпоксидная смола.

Из научной литературы становится понятно, что смолы бывают природные и синтетические.

Синтетические смолы – это продукт, который производит химическая промышленность. Они представляют собой высокомолекулярные соединения, которые получаются с помощью реакции полимеризации. К синтетическим смолам относится эпоксидная смола.

Эпоксидная смола – это двухкомпонентный полимер, получаемый под воздействием высоких температур, который при смешивании с отвердителем становится прочным.

Актуальность моей работы заключается в том, что мы порой не замечаем химические процессы, происходящие в природе. Например, деревья вырабатывают смолу для самолечения. Это удивительное явление побуждает нас поразмыслить о многообразии природных явлений. В наше время человек создал искусственный материал – эпоксидную смолу. Мы применяем её для создания ювелирных изделий, элементов интерьера и даже для личного преображения. Искусственные материалы позволяют использовать меньше природных ресурсов. Таким образом, мы сохраняем природу и создаем новое творение уже своими руками.

Гипотеза: предположим, что эпоксидная смола – это доступный, искусственно созданный материал, для изготовления изделий ручной работы, изделия из эпоксидной смолы прочные, удобные, красивые и уникальные по своему образу.

Цель: изучить особенности эпоксидной смолы, ее свойства и использование человеком в декоративно - прикладном творчестве.

Задачи:

  1. изучить информацию об эпоксидной смоле в различных источниках информации;

  2. изучить истории возникновения эпоксидной смолы;

  3. узнать области применения эпоксидной смолы;

  4. познакомиться с техникой безопасности при работе с эпоксидной смолой;

  5. развить навыки по работе с эпоксидной смолой.

Объектом моей исследовательской работы является эпоксидная смола.

Предмет исследований: изделия из эпоксидной смолы

Методы исследования:

- Теоретические: изучение и анализ литературы, просмотр телепрограмм по теме исследования, сравнение данных.

- Практические: наблюдения, проведение опытов и экспериментов.

  1. История возникновения эпоксидной смолы

В 1891 год современник Менделеева, Александр Павлович Дианин, получает один из ключевых элементов для производства эпоксидных смол — бисфенол.

В 1909 год русский химик-органик Николай Александрович Прилежаев открывает реакцию окисления алкенов с надкислотами с образованием эпоксидных соединений — «Реакция Прилежаева».

С

Николай Александрович

Прилежаев

пустя 21 год, в 1930 году немецкий химик Пауль Шлак получает патент от германского концерна «ИГ Фарбениндустри» и изготавливает полиамин с высокой молекулярной массой путем использования эпоксидных соединений, содержащих не одну, а несколько эпоксидных групп.

Следующим этапом развития этого химического вещества стал 1936 год, когда, ученый из Швейцарии синтезировал смолу янтарного цвета с низким порогом вязкости. Особого внимания были удостоены ее свойства: растворимость и отсутствие возможности плавкости после кристаллизации.

Его предложение по использованию этого материала заключалось в применении в сферах литья изделий и зубном протезировании. Патент на данное открытие был оформлен в 1939 году компанией "Ciba". Данный вид эпоксидной смолы используется и в настоящее время.

Широкое развитие использования этого материала в промышленности было начато в 1947 году.

Потребовалось 10 лет, чтобы данное направление получило широкую популярность во всем мире. Зато за этот период уровень производства эпоксидных смол превышал 13 000 т.

О сновное количество эпоксидных соединений, которые и сейчас активно применяются в промышленности, получили синтезирование в период 50-60 годы. К концу этого временного периода промышленная сфера активно применяла более 25 видов эпоксидных смол.

На сегодняшний день эволюционное развитие эпоксидной смолы продолжается. Материал не теряет своей актуальности и становится все более популярным. Появляются новые формулы и совершенствуются технологии изготовления.

Сегодня эпоксидные смолы доступны в широком ассортименте от различных производителей, предлагающих разнообразие свойств, характеристик, возможностей сочетания с различными компонентами, красками, что позволяет открывать новые области применения этого уникального материала.

  1. Свойства эпоксидной смолы

Эпоксидная смола - это разновидность синтетической смолы на основе олигомеров, содержащих эпоксидные группы. Ее использование невозможно без отвердителя: только благодаря полимеризации материал приобретает прочность и необходимую адгезию (сцепление или связь, возникающая при соприкосновении поверхностных слоёв двух разнородных тел).

Э поксидный состав обладает несколькими полезными характеристиками, которые позволяют успешно использовать его в промышленности и быту:

1. Высокая адгезия. Смола становится очень прочной при застывании: ее не получится удалить механическими способами. Единственный вариант — нагревание.

2. Отсутствие усадки. Объем состава при полимеризации не сильно меняется. Благодаря этому на поверхности не появляются трещины, легко регулировать параметры изделия.

3. Износостойкость. Полимеризация придает поверхности отличную устойчивость к перепадам температур, высокой влажности, ультрафиолетовым лучам и истиранию.

4. Стойкость к химии. Свойства эпоксидной смолы после застывания позволяют обрабатывать ее любыми кислотами и щелочами — это никак не повлияет на свойства и вид вещества.

5. Устойчивость к влаге. На материале никак не отражается регулярное взаимодействие с холодной и горячей водой. Благодаря этому лучшими затирками для керамической плитки считаются именно эпоксидные: они не меняют своего цвета и хорошо удерживаются на поверхности.

6. Универсальность. Смола совместима со многими материалами: от камня и дерева до металла. С ней можно создавать комбинации любых размеров и форм.

  1. Сферы применения эпоксидной смолы

1. Строительство и ремонт: эпоксидные смолы используются для заливки и укрепления бетона, герметизации поверхностей, создания декоративных покрытий, клеевых составов и других строительных работ;

2. Промышленность: эпоксидные смолы применяются в производстве композитных материалов, ламинатов, покрытий для защиты от коррозии, а также для изготовления форм и отливок;

3. Электроника: эпоксидные смолы используются для заливки и защиты электронных компонентов, печатных плат, соединений и изоляции проводов;

4. Авиация и автомобилестроение: эпоксидные смолы применяются для изготовления композитных деталей, карбоновых волокон и покрытий для авиационной и автомобильной промышленности;

5. Морское дело: эпоксидные смолы используются для ремонта корпусов судов, создания водостойких покрытий, клеевых составов и других морских конструкций.

Со временем эпоксидная смола находит еще одно уникальное применение. Благодаря своим свойствам и возможностям материал становится популярным среди художников и ремесленников, которые создают из нее изделия, ювелирные украшения, картины и другие произведения искусства.

  1. Практическое применение

    1. Техника безопасности при работе с эпоксидной смолой

Перед началом работы с эпоксидной смолой тщательно ознакомьтесь с инструкцией производителя. Эпоксидная смола состоит из химических компонентов, которые при смешивании могут выделять вредные вещества. До тех пор, пока смола не смешается с отвердителем и не просохнет, она будет представлять угрозу для организма. Это токсичное вещество, которое негативно воздействует на органы дыхания, кожу и слизистую оболочку, в том числе глаза. Всегда работайте вдали от источников открытого огня и тепла, так как эпоксидная смола является горючим материалом. Эпоксидная смола не отстирывается с ткани. Смола может вызывать аллергию, заболевания кожи, раздражать бронхи. Поэтому при работе с эпоксидной смолой обязательно нужно соблюдать правила безопасности, а именно:

  • держать смолу в герметичной упаковке;

  • проветривать помещение во время работы;

  • накрывать рабочее место пленкой;

  • протирать все поверхности влажной тряпкой;

  • надевать полиэтиленовый фартук;

  • использовать виниловые перчатки, защитные очки и маску.

    1. Экспериментальная работа

Эпоксидная смола — это один из самых популярных материалов для творчества. В прозрачную эпоксидную смолу можно добавить красители для создания уникальных сувениров, украшений, предметов интерьера и игрушек различной формы и объема. В брелки, кулоны, серьги из эпоксидной смолы можно добавить камушки, ракушки, сухие цветы из гербария, блестки и многое другие различные материалы. Чтобы показать необычную красоту и уникальность готового изделия, я решила провести экспериментальную работу и создать несколько предметов из эпоксидной смолы в домашних условиях.

Опыт: изготовление изделий из эпоксидной смолы в домашних условиях.

Материалы и инструменты:

Для изготовления изделий из эпоксидной смолы понадобятся определённые материалы и инструменты:

  1. компоненты для получения эпоксидной смолы;

  2. мерный стаканчик – для точного добавления и смешивания компонентов:

  3. деревянная палочка – необходима для перемешивания компонентов;

  4. силиконовый молд – формочка, в которую будет заливаться смесь только что смешанной смолы;

  5. весы;

  6. краситель;

  7. сухоцветы – для декорирования;

  8. плёнка для защиты мебели;

  9. средства индивидуальной защиты (перчатки, маска, фартук);

  10. зубочистки – для укладки в смолу предметов декорирования;

  11. пассатижи – для закрепления фурнитуры;

  12. игла или фен для эмбоссинга, для удаления пузырьков.

Ход работы:

  1. Для начала подготавливаю рабочий стол, я застилаю стол защитной клеенкой и достаю нужный материал.

  1. Я надеваю средства защиты: перчатки и маску, так как я использую эпоксидную смолу «ювелирную» для творчества и рукоделия, которая не имеет запаха, то мне достаточно использовать медицинскую маску, вместо респиратора.

  2. Перед замешиванием эпоксидной смолы, мной был замерен объём силиконовых форм, с помощью воды, который составил 150 мл.

  3. С мешиваю эпоксидную смолу (компонент А) с отвердителем (компонент Б) в соотношении 2:1 (109 гр смолы и 55 гр отвердителя). Затем тщательно перемешиваю смесь с помощью деревянной палочки в течение нескольких минут, чтобы компоненты хорошо перемешались между собой.

  4. Д обавляю краситель и снова тщательно, неторопливо размешиваю смесь деревянным шпателем в течение двух минут.

  1. З атем заливаю в молд смесь и при помощи зубочистки или пинцета аккуратно выкладываю заранее подготовленную композицию из сухоцветов, по желанию можно добавить блестки, в этот раз я добавлять блёстки не стала. При заливке смолы в молд, у меня образовалось незначительное количество пузырьков, избавиться от них можно с помощью иголки или фена для эмбоссинга. В моем случае я воспользовалась иглой, так как появилось всего пару пузырьков.

  2. Оставляю заготовку на 24 - 48 часов до полного застывания эпоксидной смолы. После того, как прошло отведённое для застывания смолы время проверяю, застыла смола или нет, если да, то продолжаю дальнейшую работу, если нет, то оставляю еще какое-то время для окончания процесса полимеризации.

  3. К огда я полностью убедилась, что смола застыла, достаю из молда получившуюся фигурку. Если получились подтёки, то их можно убрать с помощью канцелярского ножа предельно аккуратно, не испортив изделие. Иногда после силиконовой формы поверхность изделия бывает шершавой и мутной. В этом случае нужно взять наждачную бумагу и слегка отполировать поверхность изделия. В этом мне помогает папа.

  4. Оригинальное и необычное изделие, сделанное своими руками, готово.

Заключение

В ходе проведенной моей исследовательской работы, я получила знания в области происхождения эпоксидной смолы, рассмотрела ее виды и узнала много интересных фактов, свойств и характеристик, изучаемого материала. Эпоксидная смола широко используется в производстве, творчестве и повседневной жизни людей. Я экспериментальным путем узнала, как эпоксидная смола взаимодействует с разными материалами и как своими руками можно создать неповторимое изделие.

В ходе работы над изделиями я преодолела некоторые сложности, возникшие при работе. Одной из них являются пузырьки воздуха, оставшиеся в смоле при заливке, которые очень сложно удалить. Для исправления этого дефекта можно использовать тонкую швейную иглу или фен для эмбоссинга. Еще одна сложность при изготовлении изделий из эпоксидной смолы – изделия могут остаться пластичными за рекомендуемое время отвердения из-за нарушения пропорции смешивания компонентов эпоксидной смолы. Все трудности были преодолены и изделия выполнены качественно.

Я считаю, что поставленные задачи были выполнены, цель достигнута. Мои изделия получились красивыми и уникальными, как и предполагалось. Теперь я могу создавать подобные изделия не только для себя, но и для других.

Список литературы и интернет-источников

  1. Вред эпоксидной смолы на человека. —  Режим доступа URL:https://dzen.ru/media/steklo_skazka/naskolko-vredny-izdeliia-iz-epoksidnoi-smoly-5df244bfe4fff000af17f143 (дата обращения 08.11.2022)   

  2. Всё про творчество и химию. —  Режим доступа URL:https://artline-shop.ru/blog/ (дата обращения 08.11.2022)   

  3. История возникновения эпоксидной смолы. —  Режим доступа URL:https://stroitelinfo.ru/materialy/epoksidnaya-smola (дата обращения 08.11.2022)   

  4. Отличие эпоксидного клея от эпоксидной смолы. —  Режим доступа URL:https://stroyka-gid.ru/supplies/epoksidnaya-smola.html  (дата обращения 08.11.2022)   

  5. Работа с эпоксидной смолой. —  Режим доступа URL:https://practeco.ru/vidy/epoksidnaya-smola.html  (дата обращения 08.11.2022)   

  6. Токсичные вещества в эпоксидной смоле. —  Режим доступа URL:https://practeco.ru/tekhnologiya/vredna-li-epoksidka.html  (дата обращения 09.11.2022)   

  7. Химический состав эпоксидной смолы. —  Режим доступа URL:https://ru.wikipedia.org/wiki/Эпоксидная_смола (дата обращения 08.11.2022)   

  8. Что такое эпоксидная смола. —  Режим доступа URL:https://dzen.ru/media/id/5e4a17e1b7ff5817661de4b4/chto-takoe-epoksidnaia-smola-i-kak-ee-pravilno-primeniat-5e5f30613f8d4a2b01fd24d2 (дата обращения 05.11.2022)   

  9. Эпоксидный клей. —  Режим доступа URL:https://dzen.ru/media/valles_ru/razlichiia-epoksidnoi-smoly-i-epoksidnogo-kleia-5e09c7c90be00a00ae6ffad1 (дата обращения 06.11.2022)   

  10. Ювелирные изделия. —  Режим доступа URL:https://kraska.guru/klej/smoly/yuvelirnaya.html (дата обращения 09.11.2022)   

Просмотров работы: 41