Природные смолы, их виды, характеристики и назначение. 
Компаунды, их характеристики и назначение. 
Воскообразные диэлектрики, их виды и назначение

Смолы природные представляют собой натуральные твёрдые вещества различной прозрачности и окраски (от бесцветных до тёмно-коричневых), содержащиеся в смолоносных растениях. Эти смолы извлекают из жидкостей (живицы и др.), которые выделяются на поверхность растений в результате ранения. Образующийся прочный смоляной натек защищает тело растущего дерева от дальнейших биологических и др. повреждений.

Большая часть природных смолы добывается в регулярном лесном хозяйстве из растущих деревьев методом подсочки, а также извлекается из пней и др. порубочных остатков. Окаменевшие ископаемые природные смолы добывают разработкой соответствующих месторождений. Природные смолы нерастворимы в воде, плавятся при нагревании, растворяются или набухают в органических растворителях и способны к плёнкообразованию. Некоторые природные смолы обладают сильным запахом или ароматом.

Основными компонентами природных смол являются:

• — смоляные кислоты,
• — одноили многоатомные смоляные спирты (резинолы);
• — сложные эфиры смоляных кислот и смоляных спиртов или одноатомных фенолов (таннолов);
• — химически инертные вещества, относящиеся, по-видимому, к гетероциклическим соединениям.

В природных смолах могут присутствовать эфирные масла и вода.

Смоляные кислоты занимают в составе природной смолы 80—95%. Например, в живице из отечественной сосны обыкновенной (Pinus silvestris) идентифицировано девять смоляных кислоты (изомерные циклические карбоновые кислоты общей формулы CigHzgCOOH (а также их дигидро-, тетрагидрои дегидропроизводные — C19H29COOH, C19H23COOH, C19H27COOH); в значительных количествах содержатся в живице (60—65%), талловом масле (30—60%) и продукте их переработки — канифолиабиетиновая кислота, левепимаровая и др.). Виды природных смол. К наиболее важным природным смолам относятся канифоль, копалы, шеллак, янтарь, мастикс, сандарак, даммара, акароид. До 30-х гг. 20 в. Смолы природные, широко применяли в производстве масляных лаков (копалы, янтарь), спиртовых лаков (шеллак, «мягкие» копалы, сандарак), смоляных лаков (даммара, мастикс), а также для изготовления клеев, граммофонных пластинок, линолеума, бальзамирующих средств, сургуча, составов для курительных свечей и др.

В лакокрасочной промышленности чаще др. применяют канифоль, продукты её модификации, а также шеллак и янтарь (отходы от производства украшений).

Смолы природные, используют и в мыловарении, для изготовления светящихся составов, политур, аппретов, косметических препаратов, пластырей, жевательной резинки. Они более или менее широко используются и в др. промышленных отраслях: целлюлозно-бумажной, резинотехнической, пластмассовой индустрии и пр.

Ниже приведены краткие описание наиболее известных природных смол.

Акароид ac (c)aroid — жёлтая или красная смола, выделяемая австралийским жёлтым деревом Xanthorrhea; используется при производстве лаков, покрытий и т. п.

Даммара, смола хвойного дерева Dammara orientalis, из рода агатис, распространенного в Ост-Индии, наМолукских островах, на Борнео, Яве и Суматре. Смола примененяется для приготовления прозрачных стойких лаков.

Канифоль (от названия древнегреч. города Колофон, Kolophon в Малой Азии), хрупкое, стекловидное вещество от светло-жёлтого до тёмно-красного цвета; входит в состав смолистых веществ хвойных деревьев и получается как остаток после отгонки из них летучей части. Плотность 1,07—1,085 г/см3, температура размягчения 52—70 °С. Плохой проводник тепла и электричества. Канифоль хорошо растворима в эфире, спирте, нерастворима в воде. Состоит из смоляных кислот (80—95%), имеющих общую формулу C19H29COOH, и из нейтральных неомыляемых веществ (5—12%).

В зависимости от вида сырья и способа получения различают:

• · канифоль живичную (получают отгонкой скипидара из очищенной живицы),
• · канифоль экстракционную (получают экстракцией измельченной древесины просмолённых сосновых пней органическими растворителями, преимущественно бензином) и
• · канифоль талловую (получают фракционной разгонкой сырого таллового масла — продукта переработки мыла сульфатного).

Канифоль и её производные широко применяется в различных отраслях промышленности, в т. ч. для проклейки бумаги и картона, в резинотехнической промышленности, производстве пластмасс, электронных приборов. и др.

Канифоль является составной частью многих видов лаков и красок, в т. ч. основой т.н. канифольного лака.

Копалы (исп. copal — смола, заимствовано из языка мексиканских индейцев науа), ископаемые природные смолы. Состоят в основном из смоляных кислот. Копалы отличаются большой твёрдостью, высокой температурой плавления (до 360 °C и выше), химической стойкостью; плотность 1,03—1,07 г/см3. Копалы имеют различную окраску: от бесцветных до коричневых. Названия копалов чаще происходят от мест добычи, например: занзибар, мозамбик, ангола, борнео, бразильский и др. Из копалов изготавливают т.н. копаловый лак.

Шеллак (голл. schellak), термоплавкая природная смола животного происхождения, вырабатываемая насекомыми (т. н. лаковыми червецами), которые паразитируют на некоторых древесных тропических и субтропических растениях. Состоит, главным образом из алифатических полиоксикислот. Хорошо растворим в щелочах и в низших алифатических спиртах, слабо — в бензоле и почти нерастворим в бензине, жирах и маслах. Шеллак отдирают от коры дерева, обрабатывают горячей водой, расплавляют и фильтруют. По окраске различают шеллак тёмный, оранжевый и бледный. Бесцветный шеллак получают отбелкой окрашенных сортов животным углём, хлорной известью или сернокислым натрием. Применяется для приготовления спиртовых лаков и политур, в качестве ремонтного средства для заполнения дефектных мест в древесине (трещин и т. п.). Янтарь (от литов. gintaras, латыш. dzintars), минерал класса органических соединений, ископаемая смола хвойных деревьев в основном палеогенового периода; иногда термин янтарь неоправданно широко применяют к любым ископаемым смолам мелнеогенового возраста, обладающим сходными внешними признаками, но отличающимся от янтаря по химическому строению. Химический состав янтаря: C — 76—81%; H — 10—10,5%; O — 7,5—13,0%; N и S — десятые доли %. Янтарь аморфен, представляет собой каркасный полимер. Встречается в виде натёков, капель, линзовидных слепков «смоляных карманов» и их обломков, размерами 0,02—50 см (обычно 2—30 мм); макс. масса выделений до 10 кг. Снаружи обычно покрыт плотной непрозрачной серой или бурой коркой продуктов окисления. Цвет янтаря — водяно-прозрачный (редко), молочно-белый, красно-коричневый (окисленный янтарь); обычно жёлтый, очень редко в отражённом свете голубой или зелёный. Чёрным янтарем ошибочно называют гагат и стантинит, встречающиеся вместе с янтарём. Янтарь прозрачен или замутнён; в зависимости от степени замутнённости различают: облачный (полупрозрачный) янтарь, бастард (просвечивает в тонких сколах), костяной и пенистый (непрозрачный). Часть янтарь содержит т. н. инклюзы — включения насекомых и растительных остатков. Янтарь даёт специфический ИК-спектр (в области 700—1900 см-1), позволяющий однозначно отличать его от других внешне неотличимых янтареподобных ископаемых смол. Твердость по минералогической шкале 2—2,5, плотность 1000—1100 кг/м3. Хорошо поддаётся механической обработке (за исключением пенистой разности). Излом раковистый, реже плоский, у пенистого янтаря — землистый. При нагревании янтарь плавится, разлагаясь, в интервале 300—340 °С; без доступа воздуха размягчается при 140 °C, мелкие кусочки при этом могут быть спрессованы в более крупные блоки т. н. прессованного яннтаря, замутнённые разности превращаются в прозрачные. Янтарь обладает хорошими диэлектрическими свойствами. Образуется при специфической фоссилизации (окаменении) смолы в результате поликонденсации смоляных кислот и терпенов. Главные условия фоссилизации — продолжительное окисление в почве «янтарного леса» и последующее переотложение с захоронением в прибрежно-морских, лагунных и дельтовых осадках со слабо окислительной щелочной средой. Основные месторождения янтаря — в палеогеновых отложениях по берегам Балтийского моря; встречается также в песчано-глинистых породах олигоцена в районе г. Киева, в бассейне р. Припять, а также в ледниковых отложениях на территории СССР (в пределах прибалтийских республик, БССР, УССР), ПНР, ГДР, ФРГ, Дании, Швеции и других стран. Крупнейшее в мире промышленное месторождение янтаря — Приморское (Пальмникенское) в Калининградской области. Янтарь использовался для изготовления украшений ещё в глубокой древности (эпоха неолита, в бронзовом и железных вв.). Особенно широко янтарь применялся для изготовления ювелирных и художественных изделий в 17—18 вв. Как декоративный камень янтарь находил применение для внутренней отделки уникальных зданий (например, янтарная комната в Екатерининском дворце в Царском Селе, ныне г. Пушкин), пропавшая во время Великой Отечественной войны 1941—45. Прекрасные коллекции изделий из янтаря имеются в СССР в Эрмитаже и Оружейной палате. Прессованный янтарь (т. н. «амброид») идёт на изготовление изоляторов и дешёвых поделок. Янтарь низкого качества (около 60% добычи) подвергается сухой перегонке, после чего получают т. н. «янтарную канифоль» — сырьё для изготовления лаков и красок, в небольших количествах янтарную кислоту, янтарное масло и пр.

Мастикс, мастиковая смола, получаемая подсочкой стволов мастикового дерева. В отвердевшем виде представляет собой желтоватые каплеобразные комочки; очень ароматичен. Состоит из эфирного масла (2—3%), смоляных кислот (около 42%), горечи мастицина (5%) и углеводородов резенов (около 50%). Благодаря присутствию смоляных кислот мастикс обладает антисептическим свойством. Используется при производстве лаков, а также в виде настоек для полоскания полости рта и как связывающее вещество при приготовлении пилюль и пластырей.

Сандарак (от греч. sandarбke), жёлтая смола, получаемая при подсочке деревьев семейства кипарисовых: каллитриса — Callitris preissi (Австралия) и сандаракового дерева — Tetraclinis articulata (Северная Африка). Из сандарака изготавливают бесцветный спиртовой лак, используемый для покрытия картин, пропитки картона, в фотографии и зубоврачебной практике.

Компаундами называются изоляционные составы, жидкие в момент их применения, которые затем отвердевают. Электроизоляционные компаунды не содержат растворителей.

По своему назначению электроизоляционные компаунды делятся на пропиточные и заливочные. Первые применяются для пропитки обмоток электрических машин и аппаратов, вторые — для заливки полостей в кабельных муфтах, а также в электрических аппаратах и приборах (трансформаторы, дроссели и др.).

Электроизоляционные компаунды могут быть термореактивными (неразмягчающимися после своего отвердевания) или термопластичными (размягчающимися при последующих нагревах). К термореактивным относятся компаунды на основе эпоксидных, полиэфирных и некоторых других смол. К термопластичным — компаунды на основе битумов, воскообразных диэлектриков и термопластичных полимеров (полистирол, полиизобутилен и др.). Пропиточные и заливочные компаунды на основе битумов по нагревостойкости относятся к классу, А (105° С), а некоторые к классу Y (до 90° С) и ниже.

Компаунды МБК изготовляются на основе метакриловых эфиров и применяются как пропиточные и заливочные. Они после отвердевания при 70 — 100° С (а со специальными отвердителями при 20° С) являются термореактивными веществами, которые могут использоваться в интервале температур от -55 до + 105 °C.

Компаунды МБК имеют малую объемную усадку (2 — 3%) и обладают большой пропитывающей способностью. Они химически инертны по отношению к металлам, но реагируют с резиной.

Компаунды КГМС-1 и КГМС-2 в исходном состоянии представляют растворы полиэфиров в мономерном стироле с добавкой отвердителей. В конечном (рабочем) состоянии они представляют собой твердые термореактивные диэлектрики, могущие длительно использоваться в интервале температур от -60° до + 120° С (класс нагревостойкости Е). При нагревах до 220 — 250° С отвердевшие компаунды МБК и КГМС несколько размягчаются.

Быстрое отвердевание компаундов КГМС происходит при температурах 80 — 100° С. При 20° С процесс отвердевания этих компаундов протекает медленно. Приготовление исходной пропиточной массы (смесь полиэфира со стиролом и отвердителями) производят при комнатной температуре. Компаунды КГМС вызывают окисление незащищенных медных проводов.

Эпоксидные и эпоксидно-полиэфирные компаунды отличаются малой объемной усадкой (0,2 — 0,8%). В исходном состоянии они представляют собой смеси эпоксидной смолы с полиэфиром и отвердителями (малеиновый или фталевый ангидриды и другие вещества), а иногда вводятся еще наполнители (пылевидный кварц и др.).

Отвердевание эпоксидно-полиэфирных компаундов может производиться как при повышенных (100 — 120°С), так и при комнатных температурах (компаунд К-168 и др.). В конечном (рабочем) состоянии эпоксидные и эпоксидно-полиэфирные компаунды представляют собой термореактивные вещества, могущие длительно работать в интервале температур от -45 до +120 — 130° С (классы нагревостойкости Е и В). Морозостойкость этих компаундов в тонких слоях (1 — 2 мм) доходит до -60° С. Достоинствами эпоксидных компаундов являются хорошее прилипание к металлам и другим материалам (пластмассы, керамика), высокая стойкость к воде и к грибковой плесени.

Эпоксидные и эпоксидно-полиэфирные компаунды применяются в качестве литой изоляции (вместо фарфоровых и металлических корпусов) трансформаторов тока и напряжения, дросселей и других блоков электрических аппаратов и приборов. В этих случаях жидкий компаунд заливается в металлические формы, которые потом удаляются.

Недостатком многих эпоксидных и эпоксидно-полиэфирных компаундов является короткий срок (от 20 до 24 мин) жизни после приготовления, по истечении которого компаунд приобретает большую вязкость, исключающую дальнейшее применение.

Все компаунды холодной заливки отличаются малой объемной усадкой и не требуют предварительного разогрева для изготовления исходной заливочной массы. К таким компаундам относятся массы на основе эпоксидных смол (компаунд К-168 и др.), компаунды РГЛ на основе резорцино-глицеридного эфира, компаунд КХЗ-158 (ВЭИ) — на основе битума и резинатов канифоли и другие.

Кремний-органические компаунды обладают наибольшей нагревостойкостью, но требуют высоких температур (150 — 200° С) для своего отвердевания. Они применяются для пропитки и заливки обмоток электрических машин и аппаратов, длительно работающих при 180 °C (класс нагревостой кости Н).

Диизоцианатные компаунды отличаются наивысшей морозостойкостью (-80°С), но по нагревостойкости они относятся к классу Е (120° С).

Воскообразные диэлектрики.

Характерными особенностями воскообразных диэлектриков являются их мягкость, незначительная механическая прочность и наличие жирной, плохо смачиваемой водой поверхности, вследствие чего водопоглощение этих материалов практически равно нулю.

Из воскообразных диэлектриков в электротехнике находят применение парафины, церезины и галовакс. Все воскообразные диэлектрики имеют поликристаллическое строение и поэтому обладают четко выраженной температурой плавления.

Парафин представляет собой неполярный воскообразный диэлектрик, получаемый в результате переработки нефти. Парафин состоит из твердых углеводородов. Очищенные от маслянистых фракций и других загрязнений парафины имеют белый цвет и обладают очень хорошими электроизоляционными свойствами. В качестве электроизоляционных материалов применяют парафины марок А, Б, Г и Д.

Основные характеристики парафинов-, плотность 0,85−0,92г/см3; температура плавления 50- 56 °C; qu= 1014- 1016 ом-см е = 2,02,2; tgб = 0,0003- 0,0007; Епр = 2025 кВ/мм. Водопоглощение: 0%.

Недостатком парафина является большая объемная усадка (12—15%), т. е. уменьшение объема при переходе его из жидкого состояния в твердое. Это вызывает растрескивание парафина и образование в нем пор. При длительном нагреве до температуры 120—140°С парафин несколько окисляется, после чего его электроизоляционные свойства заметно ухудшаются.

Церезин. Обладает меньшей, чем парафин, объемной усадкой (5—7%) и более высокой температурой плавления. Различают озокеритовый и синтетический церезины.

Озокеритовый церезин получают в результате переработки озокерита — горного воска, представляющего собой ископаемое вещество нефтяного происхождения. Озокерит имеет черно-коричневый цвет и обладает запахом нефти. Озокерит применяют для противогнилостной пропитки хлопчатобумажных оплеток проводов и кабелей.

Из озокерита путем его очистки получают церезин, который состоит из смеси твердых насыщенных (т. е. стойких к окислению) углеводородов. Церезин имеет характерный темно-желтый цвет и обладает более высокой, по сравнению с парафином, температурой плавления. Озокеритовый церезин выпускается четырех марок I, II, III, IV, отличающихся температурой плавления (каплепадения), которые соответственно равны 80, 75, 67 и́57°С.

Основные характеристики озокеритового церезина: плотность 0,9ч-0,95 г/см3 q._,= 1015ч-1017 ом-см; е = 2,1ч-2,3; tg6 = 0,0002чч-0,0005; Епр = 22ч-30 кВ/мм. Водопоглощение: 0%.

Синтетический церезин получают в результате перегонки и очистки промежуточного продукта, образующегося в процессе производства синтетического бензина. Синтетический церезин обладает повышенной температурой плавления (100—105° С), но более хрупок по сравнению с озокеритовым церезином.

Характеристики синтетического церезина-, плотность 0,91чч- 0,92 г/см3 qv= 1016ч-1019 ом-см; е = 2,4ч-2,6; tg 6 = 0,0003 ч-0,0005; Еар = 20ч-28 кВ/мм. Водопоглощение: 0%.

Галовакс — синтетический негорючий воскообразный диэлектрик с резким характерным запахом. Цвет галовакса может быть от светло-серого до светло-зеленого, в зависимости от состава и степени его очистки. Галовакс получается в результате хлорирования нафталина (С10Н8). Для этого газ (хлор) пропускают через расплавленный нафталин в присутствии хлорного железа (катализатора). Галовакс является полярным диэлектриком, поэтому обладает повышенными значениями диэлектрической проницаемости (e = 4,5-f-5,5). Это дает возможность повысить на 20—25%1 емкость бумажных конденсаторов, пропитанных галоваксом.

Основные характеристики галовакса: плотность 1,55ч-1,68 г/см3 температура плавления 100—130° С; qv= 10,3ч-1014 ом-см; tg б = =0,003ч-0,005; Eпр = 8ч-10 кВ/мм. Водопоглощение: 0,05%.

Основным недостатком галовакса является его токсичность в разогретом состоянии, поэтому применение этого материала ограничено *.

Хорошие электрические характеристики и водоотталкивающие свойства воскообразных диэлектриков позволяют применять их в электроизоляционных составах — компаундах, а также для пропитки бумажных конденсаторов и электроизоляционных оснований из пластмасс, асбестоцемента, мрамора и других пористых материалов. Пропитку пористых материалов производят разогретыми воскообразными диэлектриками, доведенными до жидкого состояния. Лучшие результаты достигаются в тех случаях, когда пропитка изделий происходит под вакуумом. смолоносный канифоль компаунд изоляционный Некоторые воскообразные диэлектрики (парафин, церезин) применяются еще в качестве мягчителей в электроизоляционных резинах.

В кабельном производстве галовакс применяется в качестве влагостойкой и негорючей пропитки хлопчатобумажных защитных покровов проводов.