ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЕ ПЕНОПЛАСТЫ НА ОСНОВЕ КАРБАМИДНЫХ СМОЛ С АКТИВИРОВАННЫМИ НАПОЛНИТЕЛЯМИ

Обоснование выбора активаторов и получение активированных наполнителей

Активация или поверхностное модифицирование наполнителя служит важным способом повышения смачивания частиц наполнителя полимерной дисперсионной средой и тем самым влияет на структурообразование и прочность наполненного пенопласта. Основные положения, касающиеся модификации поверхностей наполнителей ПАВ, сформулированы Толстой С. Н. Показаны изменения прочностных свойств полимерных композиций с ростом степени насыщения поверхности наполнителя адсорбционным слоем ПАВ /85/.

В зависимости от химической природы поверхности наполнителя к полярной группе ПАВ его связь с адсорбентом различны. Установлено, что прочно связанный хемосорбционный слой возникает на поверхности наполнителей при наличии центров, способных к химическому взаимодействию с ПАВ с образованием солеобразных соединений.

Это осуществляется при взаимодействии анионоактивных ПАВ с наполнителями, характеризующимися основными свойствами (поверхность которых имеет преимущественно положительный заряд) и катионоактивных ПАВ с наполнителями кислой природы. Но для одного и того же наполнителя эффективность модификатора поверхности различна. Поэтому выбор модификатора должен осуществляться в каждом случае индивидуально в зависимости от химической природы применяемого полимерного связующего и поверхности наполнителя /60/.

Установлено, что наибольшее усиливающее действие на композит ПАВ оказывает в том случае, когда его ионная активность соответствует электрическому заряду поверхности наполнителя. В данной работе в качестве наполнителя, и одновременно газообразователя использованы молотые барханные пески, содержащие в составе до 70% диоксида кремния. Как известно, при помоле кварцевого песка образуются ювенильные поверхности, отличающиеся повышенной свободной энергией, в связи с присутствием на них атомов с активными центрами

О

О — Si+—О

Ювенильная поверхность частиц кварца имеет преимущественно отрицательный заряд, поскольку атом кремния расположен в центре кремнийкислородного тетраэдра и на наружной поверхности находятся только высокоактивные атомы О. Однако, через некоторое время их активность снижается вследствие адсорбции на поверхности атомов веществ, содержащихся в окружающей среде. При этом разорванные связи атомов кремния также энергетически компенсируются. Учитывая вышеизложенное, необходимо до совмещения карбамидной смолы с высокодисперсным SiOz обработать поверхность частиц последнего ПАВ,

Которое одновременно хорошо взаимодействовало бы как с отрицательно заряженной поверхностью частиц кремнезема, так и с карбамидной смолой.

В этой связи нами, в качестве активатора поверхности барханного песка использованы катионоактивные ПАВ (КПАВ), которые в наибольшей степени способствуют повышению адгезионного сцепления карбамидоформальдегидного связующего с электроотрицательной поверхностью кремнезема (барханного песка).

Активацию поверхности барханного песка производили следующим образом: предварительно высушенный барханный песок, крупностью 0,10-0,23 мм, помещали в вибромельницу, затем вводили КПАВ и размалывали до образования высокодисперсного наполнителя. Количество КПАВ и дисперсность барханного песка варьировали в широких пределах. Необходимость изучения дисперсности барханного песка в широких пределах обусловлена тем, что коагуляционная структура композиций находится в большой зависимости от удельной поверхности наполнителя.

Действие ПАВ при помоле наполнителя в мельнице является не только смачивающим, но и хорошо диспергирующим. Анализом экспериментальных данных по получению химически активированного барханного песка установлено, что внесение небольших доз КПАВ к размалываемому наполнителю существен но увеличивает его способность к помолу. Это явление находится в полном соответствии с эффектом адсорбционного понижения прочности твердых тел (эффект Ребиндера П. А.). Кроме того, вводимые КПАВ предотвращают слипания мелких частиц размалываемого барханного песка и прилипания их к мелющим телам, а также к стенкам мельницы.

Изучая структурно-механические свойства полимеров, Ребиндер и сотрудники показали, что даже малые добавки активной двуокиси кремния к первоначально «бесструктурному» раствору вызывают появление в нем прочной структурной сетки. В то же время, при введении неактивных наполнителей такие структуры не образуются. Это дает основание считать, что частицы наполнителя являются центрами возникновения пространственной структурной сетки, формирующейся под влиянием силового поля частиц активного наполнителя, а фиксирование молекулы смолы на поверхности частиц наполнителя приводит (согласно Ребиндеру), к образованию вокруг частицы адсорбционной оболочки с повышенными механическими свойствами /63, 86/.

На рис. 3.1 -3.2 показана зависимость удельной поверхности барханного песка от времени помола. Как видно, введение небольших доз КПАВ существенно сокращает время помола. При использовании ЛДБАХ наибольший эффект достигается при содержании КПАВ 0,6% по массе барханного песка. Для достижения дисперсности 0,5-0,6 м2/г время помола уменьшается в 2 раза.

Несколько лучшие результаты можно достигнуть при использовании ДПХ. Время помола снижается до минимума при содержании КПАВ 0,8% по массе (рис. 3.2). Следует отметить, что удельную поверхность барханного песка выше 0,85м2/г достигнуть не удалось, видимо из-за агрегирования высокодисперсных частиц наполнителя при дальнейшем увеличении времени помола. Дальнейшее увеличение количества КПАВ также привели к снижению удельной поверхности размалываемого наполнителя.

Для выявления возможных химических изменений при активации барханного песка КПАВ изучены ИК-спектры активированного карбонатного наполнителя. Перед активацией вымытый наполнитель высушивали при 105°С до постоянной массы.

В ИК-спектрах барханного песка (рис. 3.3, спектр 1) наблюдается широкий интенсивный сигнал, относящийся к валентным колебаниям связи Si-0 (1090-1200 см-1). Кроме того, имеются полосы пропускания Si-OH группы кремнезема (850см"1).

Рис.3.1. 1,2,3,4 - барханный песок при содержании ЛДБАХ 0,4; 0,6; 0,8 и 1,0% по массе 5 - то же без активатора

Зависимость удельной поверхности барханного песка от времени помола

Рис.3.2. 1, 2, 3, 4 - барханный песок при содержании ДПХ 0,4; 0,6; 0,8 и 1,0% по массе 5 - то же без активатора

РОССИЙСКАЯ

T-OCVflAPCTBEHH»^

Сравнительное рассмотрение ИК-спектров барханного песка, активированных ЛДБАХ и ДПХ показывают, что интенсивность полос пропускания связи Si-OH снижается (850 см-1). Особенно резко это явление наблюдается при использовании в качестве активатора ДПХ. В то же время появляется дополнительная полоса пропускания при 1290 см-1, относящаяся к связи C-N-C. Кроме того, сигнал пропускания, относящийся к связи Si-O, смещается в сторону больших частот и незначительно расширяется.

Это указывает на усиление взаимодействия применяемых КПАВ с поверхностными ОН-группами кремнезема и SiO, что связано, по - видимому, с кислотным характером взаимодействия.