ЗАРУБЕЖНЫЙ ОПЫТ ПРОИЗВОДСТВА И ПРИМЕНЕНИЯ ПЕНОПЛАСТОВ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ
ПЕНОПЛАСТЫ НА ОСНОВЕ КАРБАМИДНЫХ СМОЛ
На основе мочевиноформальдегндиых смол за рубежом изготовляют легкие пенистые материалы под различными назва иия. ми с объемным весом от Г) до 50 кг/м3.
В ФРГ выпускается мочевипоформальдегидпий и< поцлас Ипорка» [75], который представляет собой белый певнетьм. материал, состоящий из мелких замкнутых шарообразных пор различных диаметров (не более 0,3—0,5 мм). Исходная смесь' состоит из 30%-ного формалина и мочевины, к смеси добав-.
Ляют децинормальнын раствор едкого натрия и гексамети - лентетрамнн, после чего ее нагревают при температури 95° С Одновременно приготовляют иснспннаюшнй раствор, состоящий из фосфорной кислоты, резорцина, эмульгатора и воды.
Для получения пены применяется аппарат, снабженный быстровращающейся мешалкой. Жидкую пену быстро разливают в формы, выдерживают 2 ч при температуре 20° С и высушивают при 40—60° С в течение Г> суток. Материал обладает низким объемным весом (5—15 кг/м3).
В табл. 8 приведены результаты определения коэффициента теплопроводности пенистого материала «Ипорка» с объемным весом 15 кг/м3 при различных температурах.
Температур»!, |
Коэффициент геп- |
Тсмперап ра, |
Коэффициент Тегі- |
Лшфопо шостії. |
Іонронодности, |
||
С |
Кка. і/м ■ « ■ Гріїї). |
" • Ч • ч • град. |
Таблица 8 |
Новый пенопласт гигроскопичен, иодопоглощенпс его доходит до I 000% по весу, механическая прочность невелика— 0,2—0,5 кГ/см2. Он очень чувствителен к ударам и шбрацпи, в этих случаях часть стенок пор разрушается. Зі пенопласт трудно воспламеняется.
Прочность плит «Ліноркн», а также их стойкость в условиях влажной среды могут быть улучшены, если их обернуть фольгой, покрыть битумом или даже упаковать в бнтумнзи - рованный слой мастики, который содержит в качестве укрепляющего материала минеральное волокно.
Коэффициент звукопоглощения ипоркн с объемным весом 15 кг/м3 при различных частотах звука гірнветеп в табл. 9.
В некоторых работах [76] указывают на многолетнюю практику эксплуатации плит из мочевиноформальдегидной смолы, покрытых замазкой, состоящей из расплавленного каменноугольного пека со стекловолокном «Ипорка К». Практика показала, что эти плиты являются высококачественными холодонзоляционным материалом и вместе с тем хорошо защищают холодильные камеры от увлажнения. Суточное водо - поглощение «Инорка К» составляет 8 г/м-, а пенопласта без покрытия—460 г/м2.
«Изошаум»—второй вид пенопласта на основе мочевино- формальдегпдных смол, выпускаемый в ФРГ [77]. Он изготовляется на различных передвижных установках на месте строительства.
Известно несколько видов таких передвижных установок. Имеется установка, включающая в себя сосуды для смолы и вспенивателя, из которых компоненты подаются под давлением 4,5 ати в распылитель, где смешиваются. Образовавшийся материал наносится на изолируемые поверхности. Получаемый «Изошаум» имеет объемный вес 5—25 Кгім3, длительность высыхания 1—2 суток, влажность около 3%. Производительность установки 2—3 м3/час. Установка для получения изошаума [78] имеет специальный шприц-пистолет, из которого мочевнноформальдегпдная смола и норообразуюіцее вещество в виде смеси подаются под давлением сжатого воздуха на место изоляции.
Транспортабельная установка [79, 80] состоит из небольшого компрессора, от мотора которого приводятся в действие 2 насоса: один засасывает предварительно конденсированную смолу, а другой подает пенообразователь. Смолу и пенообразователь затем смешивают в специальном баке. После вдувания воздуха в этом баке образуется пенообразная масса, которая, проходя через диафрагму и смесительную трубку, превращается в равномерную мелкопористую пену.
«Изошаум» имеет объемный вес от 5 до 15 кг W. Свежеприготовленная масса при комнатной температуре в течение 2 дней сильно теряет в весе, а затем вес изменяется незначительно и становится постоянным. Одновременно происходит усадка, которая полностью не заканчивается в течение 10 суток. Для снижения усадки в состав вводят модифицирующие добавки.
«Изошаум» обладает морозостойкостью, темгіературостой - костью от +100 до —200° С. Коэффициент теплопроводности составляет 0,025—0,027 ккал.'м • ч ■ град. Он стерилен, не гигроскопичен. не пылит, не разлагается при соприкосновении с водой.
Некоторые виды мочевипоформальдегидных пенопластон [81], полученных из жидких смол и жидкого отвердителя вспениванием сжатым воздухом при температуре 15—30° С, имеют 40 небольшой объемный нес—около 10 кг/м3. Полученные пенопласты обладают коэффициентом теплопроводности около 0,028 Ккіиїм • ч ■ град, пределом прочности при сжатии 0,5—1,0 кГ/см2, диапазоном температур эксплуатации - от —200 до +100' С. Пенопласт стоек к различным растворителям и воде и не стоек к кислотам и щелочам. Мочевннофор- мальдегндиые пенопласты получают с открытыми порами, которые хорошо поглощают звуковые волны средних и высоких частот.
В ГДР на основе мочевиноформальдегидиой смолы полу чают пенопласт под названием «Пнатерм». Он обладает хорошими тепло - и звукоизоляционными свойствами. Коэффициент теплопроводности материала 0,035 ккал/м - ч-град. Объемный вес материала 10—13 КгімJ. «Пнатерм» не горит, морозостоек, хорошо режется иа кускн требуемых размеров. Применяется он в строительстве для изоляции.
В Чехословакии мочевиноформальдегндный пенопласт получают методом непрерывного производства. В Пардубицком институте синтетических смол и лаков [82, 83] разработана технология формования мочевнноформальдегидиого пенопласта «Мофотсрм» на основе мочевиноформальдегидиой смолы «Мофозол» и всиеннвателя «Мофодур». В качестве огвердптс - ля используют ІЬРОь в качестве модифицирующего компонента—резорцин. Разработана передвижная аппаратура для непосредственного формования пенопласта па месте применения. Готовая пена в мало текучем, по стабильном состоянии подается шлангом к месту заполнения. Аппарат работает периодически с производительностью 1,3 .и3 мофотерма в течение 40 мпн. Через 30 сск после выхода из шланга вспенен іни масса переходит в нетекучее состояние, объемный вес влажного «Мофотерма» составляет 30—45 кг/м3. Избыточная подл в нормальных условиях легко испаряется, и пенопласт постепенно высыхает до объемного веса 7—9 кг/м3. При температуре 20° С и относительной влажности 95% коэффициент теплопроводности «Мофотерма» составляет 0,04 ккал/м • ч • град. Пенопласт стоек к действию большинства органических растворителей, сильные кислоты и основания, а также их нары действуют разрушающе.
В ЧССР [84] плиты из «Мофотерма» изготовляют также и на батарейных установках. Производительность одной установки, обслуживаемой двумя рабочими, 5—5,5 м3 в смену (100—120.и-' плит).
Несмотря на хорошие теплоизоляционные свойства «Мофотерма» (А,—0,025 ккал/м ■ ч • град) его до енх пор не примени ли для устройства теплоизоляции стеновых панелей из-за невысокой механической прочности. Предел прочности при сжатии составляет 0,1 кПсм- при объемном весе 7 кг/см3. Прнме - некие Мофотерма» с объемным весом 12—14 кг/м3 повышает его прочность на 50%. Испытания показали, что такой пенопласт пригоден для изготовления панелей, кратковременно пропариваемых в тоннельных установках при температуре 90° С. Панель толщиной 24 см (наружный бетонный слой из бетона—5 с'.и, мофотерм—Г> см. несущий бетонный слон-- 12 см, внутренняя штукатурка—1 см) имеет термическое сопротивление 1,23 ккал/м2-ч-град при влажности 6%,что соответствует кирпичной стене толщиной 92 см.
Для теплоизоляции панелей «Мофотерм» применяется в виде плнт, изготовляемых в разборных фермах со стенками из этернитовых плит толщиной 10 мм. Этернит имеет минимальное сцепление с мофотермом. После заполнения форм «Мофотерма выдерживают одни сутки, после чего излишки срезают ножо; о?:. <{>ормы разбирают, и изготовленные плиты устанавливают для сушки на ребро, отделяя друг от друга воздушными промежутками Продолжительность сушки—около 7 дней. 8 то же время происходит усадка плит, достигающая 7—10% первоначальной длины, что должно учитываться при конструировании форм. Ускорение сушки недопустимо, так как приводит к неравномерному высыханию и деформации.
Во Франции применение мочевииоформальдегидиого пенопласта осуществляется методом иабрызгивания [85]. Материал в жидком состоянии наносится на изолированную поверхность пистолетом под давлением 2 кГ/см2.
Перед нанесением смола смешивается с пенообразователем и катализатором; затвердевание происходит на холоду. Объемный вес пенопласта 10 кг/м3. Коэффициент теплопроводности при 60% относительной влажности воздуха 0.025 ккал/м • ч ■ град. По огнестойкости он относится к самозатухающим материалам. Верхний температурный предел его применения 100 С. Влагопоглощеппе—32% по весу, 0,35% п > объему при температуре 20'С и 95% относительной влажности. Материал хорошо сцепляется с шероховатой поверхностью, для увеличения прочности его иногда наносят на ткань, металлическую или деревянную решетку или сетку. Он применяется дпя защиты подземных резервуаров, изоляции холодильных камер, трубопроводов п т. д.
В Болгарии разработан способ получения мочевинофор- мальдегидного пенопласта путем применения комбинированного вспенивания—механического вспенивания в присутствии эмульгаторов и вспенивания, происходящего за счет разложения порофора (углекислого аммония). Конденсация длится 2 ч, а затем к полученной смоле добавляют 10—15% древесной муки, увеличивающей предел прочности при сжатии. Этот пенопласт применяют в строительстве и для изоляции холодильников. 12
И Польше мочевнноформальдегидиый пенопласт изготовляется на міч-го применения. /Метод изготовлении пневматический.
Предложен способ [86] повышения механической пр. нюсі, і мочевиноформальдегидных пенопластов путем добавления гипса в количестве 20% к весу незатвердевшей пены, получен ной механическим путем из водного раствора мочевиноформальдегидиой смолы. После отверждения с помощью кислоты получают пенопласт с однородной структурой, пригодный для применения в строительстве в качестве изоляционных материалов. Объемный вес полученного пенопласта 65—68 кг/см Механическая прочность около 2 КГІсм2
В Италии вспенивание и распыление мочевиноформальдегидных смол осуществляется на установке весом 57 кг с по мощыо воздуха под давлением 3—7 ати [87]. Установка—не прерывного действия; производительность ее 0.5 2,5 лГ ■ пенопласта с объемным весом 5—15 кг/м1-, установка снабжена гибкой трубой длиной 10 м. Изоляционная способность пенопласта толщиной 5 см эквивалентна изоляционной способности кирпичной стены толщиной 76 см. Пенопласт обладает самозатухаюшнми свойствами и может быть применен до тем пературы 120°Г.. Пол нагрузкой 0,0925 кПсм1 диск из пенопласта с объемным весом 9,8 кг/мл щаметром 20 мм необратимо деформируется на 15%. Мочевниоформальдегндный пе иопласт применяют для изоляции контейнеров для жидкого воздуха с температурой 190 С, вагонов, домов (в составе трехслойных конструкций), труб и др.
В Англии производят теплоизоляцию стен путем введения в полость между двумя рядами кладки жидкого мочевинофор - мальдегндного пенопласта 8bJ. Жидкая пена нагнетается под давлением в небольшие отверстия в швах кладки до ее шг катуркп. Обору ювапнем служат 2 установленных па тележке цилиндра, п одном из коюрых содержится водная суспензия мочевиноформальдегидиой смолы, в другом—смесь катализатора и пенообразователя. Жидкости перемешиваются в смесительном устройстве, н образующаяся пена нагнетается под давлением 3,5—4 кГ/см-. Через 7 дней пена высыхает, приобретает вид ваты и содержит не менее 99% пустот.
Пенопласты на основе мочевиноформальдегидных смол 89], несмотря на относительно низкие показатели по механи ческой прочности, обладают более высокой термостабнль - ностыо по сравнению с пепотпастамп па основе термопластнч пых материалов. Кроме того, им легко можно придать само гасящие свойства.
ІІОЛІІВИНИЛХЛОРИДНЬШ ПІ НОПЛАСТЫ Для изготовления полнвнннлхлорндных пенопластов прп меняют поливиннлхлоридную смолу, пластификатор, стабили <атор, поверхностноактивиое вещество.
Особое внимание уделяют получению пенистого поливи- нилхлорида методом вспенивания с помощью адсорбированного под высоким давлением газа. Этот метод дает возможность получать однородный материал с замкнутыми порами, обладающий повышенной стабильностью к усадке при нагревании.
Наиболее современным методом [91] получения пластифицированного пенопласта с объемным весом до 50 кг/м3 из по - ливипилхлорида является двухступенчатый процесс, в котором пасту из поливинихлорида, пластификатора, стабилизатора и газообразователя наливают в форму, помещают в пресс, нагревают до температуры, при которой разлагается газооб - разователь (азосоедииение, сульфогпдразид, N—нитрозосое - диненпе или азид),и паста желатинизнруется. Затем материал охлаждают под давлением до температуры 20° С, распрессо - вывают и получают пенопласт, твердый и мягкий пенистый поливинилхлорид. При получении пенопласта первая тепловая обработка происходит при температуре 160—180° С, вторая обработка для твердых—при температуре 120 и для мягких при 75—95° С.
Фирма «Anilin und Soda Fabrik AG» (ФРГ) предлагает новый способ получения пенопластов с низким объемным весом [92]. По этому способу полимеры или сополимеры третичного бутилакрилового или третичного бутилметакрнлового эфиров выделяют при нагревании до температуры, превышающей их точку размягчения, изобутилен, который н вспенивает массу полимера. Например, рекомендуется смесь из 50—95 вес. ч. поливинплхлорида и 50—5 вес. ч. третичного бутилакрилового эфира; образующийся пенопласт с закрытыми порами имеет объемный вес 20—500 кг/м3. Для нагрева массы может применяться пар, горячие жидкости, инфракрасные лучи и высокочастотный нагрев. Для получения изделий определенной конфигурации нагрев смеси и вспенивание производят в формах.
В США пенистый поливинилхлорид получают на экструде - ре путем введения газообразователя в композицию [93]. Композиции готовят различными методами. Температура смешивания должна быть ниже температуры разложения газообразователя. Если композиция должна долго храниться, то следует применять газообразователь с высокой температурой разложения. Применяют экструдер с диаметром червяка 63,5 мм, коэффициентом сжатия 2,17: 1 и отношением длины червяка к диаметру 17,5 : 1. Температура головки па 22—33° С ниже температуры выходящего материала. Расширение происходит непосредственно после выхода из головки, так что можно применять обычную ванну для охлаждения и приспособления для отвода изделия. С увеличением количества газообразователя снижается плотность пенопласта и его прочность на растяжение. 44
Гладкая поверхность пенопласта зависит от конструкции головки; наилучшие результаты получены при коротких направляющих мундштука
Предлагается метод [97] производства мягких полннннил- хлоридпых пенопластов путем протнвогочпого насыщения по - ливиннлхлоридиого пластнзоля углекислым газом под давлением 2,1—6,3 ати. Пластификатор, содержащийся в пластизо - ле, способен под давлением в 7 кГ/см2 поглощать 20-кратное по отношению к объему пластизола количество С02. Последующее формование в непрерывный блок производят в высокочастотном нагревательном устройстве, где материал вспенивается в течение 1 мин.
В ряде случаев для получения пеиоматериалов па основе поливинилхлорнда [95] применяют метод шприцевания или ка - ландровання, используя при этом обычное оборудование. В ка честве газообразователя применяют диамид азоугольной кислоты с температурой разложения на воздухе 196,1° С и в композиции на основе поливинилхлорнда 176,7 С. Шприцева ниє или каландрованне осуществляют при температуре на 16,5—22° С ниже температуры разложения газообразующего вещества. Смешивают все компоненты на вальцах в течение 12 мин при температуре 132 С. Охлажденную и гранулированную композицию поливниилхлорида затем подают в бункер шприц-машнпы. На машине с диаметром червяка 38 мм и коэффициентом сжатия 1,32:1 применяли следующий режим шприцевания композиции в иевспенепном состоянии (в °С): в первой зоне цилиндра температура 126,6, во второй—132, в головной части цилиндра 121 и в головке 115,5, число оборотов червяка—6 об/мин. Материал, выдавливаемый из шпрнц- машнны, затем поступает в специальную печь, где происходит вспенивание в течение I—9 мин при температуре 187,7° С.
В Англии пенистый поливинилхлорид получают двумя методами [96|: вспениванием инертным газом нагретой и находящейся под давлением массы и с помощью газообразова - гелей.
Вторым методом получают мягкие и твердые продукты с открытыми и закрытыми порами.
Метод получения пенистого поливинилхлорнда вспениванием инертными газами заключается в следующем. Жидкую поливинилхлоридпую пасту насыщают С02 или другим инертным газом под давлением 7—56 ати. Затем ее выдавливают на движущуюся ленту, па которой паста вспенивается, жслати ннзнруется и спекается при температуре около 150° С. Этим методом получают материал с открытыми порами. Производительность при этом равна 170 кг/ч.
При изготовлении пенистого поливинилхлорнда применяются различные порофоры: азосоединепня, сульфоннлгндра - зиды, N-иитросоедннения, азиды и т. д.
Для получения пенистого материала с закрытыми норами сначала готовят смесь из поливинилхлорнда, газообразователя, стабилизатора, пластификатора. Для равномерного распределения газообразователя смесь обрабатывается на трех - валковых вальцах. Приготовленную смічь загружают в форму, герметизируют и помешают в пресс. Форма должна быть рассчитана иа внутреннее давление до 140 кГ/см~. Плиты пресса нагревают до температуры 160—170° С и поддерживают ее до полного разложения газообразователя. Давление при прессовании 140—210 кГ/см2. По окончании этого процесса форму охлаждают до температуры 20 - ЗО1 С, давление снимают и сформованное изделие обрабатывают паром, кипящей водой или горячим воздухом при температуре 95- 105° С.
Поливипилхлорндный пенопласт [97] может быть использован как жесткий термоизоляционный материал, он не хрупок и не крошится. Механические свойства одного из видов этого материала помещены в табл. 10.
Таблица 10
Показатели |
Пенополиввыплхлорндный пенопласт объемным весом, г;г/мя |
||||
16 |
21 |
2-3 |
29 |
ЗУ |
|
Прочін сть при сжатии, кГ/см2 |
2, у |
3,5 |
7,7 |
7,24 |
12,6 |
Модуль упругости при сжатии, кГ/см- |
105 |
105 |
215 |
196 |
280 |
Предел прочности при сдвиге кГ/см- |
3,15 |
5,25 |
7,0 |
8,4 |
10.5 |
Предел прочности при изгибе, кГ/см2 |
3,5 |
3.5 |
9,8 |
9,8 |
1 1,0 |
Предел прочности при растяжении, КГ/см2 ........................................ |
3,5 |
5,6 |
14,0 |
9,1 |
17,5 |
Во Франции фирма «Kleber Colombes» выпускает пенистый поливинилхлорид типа «Клежесель» [98]. Фирма изготовляет несколько видов этого материала различного назначения—теплоизоляционный, акустический и ^герметизирующий.
Жесткий материал выпускается в виде блоков, окрашенных в любой цвет, что делает возможным использовать их для отделочных работ.
Мягкий пенопласт выпускается в виде листов. «Клежесель» не стареет, не имеет запаха, трудносгораем, хладостойкость его до температуры —200° С. Коэффициент теплопроводности «Клежесель» объемным весом 40 кг/м* при 0°С составляет 0,026 Кка. і/м • ч ■ град, при 20° С—0,028 Ккалім • ч • град.
В Польше для получения lleliltciol. ю 1иы1.л. применяют перекись водорода в качестве азоооразо сля т катализатор, ускоряющий разложение пере шен [99]. г соб дает возможность получать материал о»чородн туры толщиной около 5 СМ с объем 111 i 250 л П
Другому методу в качесіве газообразова тс при nj< іа ве пенопластов применяют щавелеііую кислоту, разл? ощ; ся при повышенной температуре на СО, COj и воду. Щавелевую кислоту можно также применять в смеси с вещества и щелочного характера, например, с СаСО или другими образователямп. Полученный пенопласт пмееі неитр ы реакцию, обьемный вес 140 кг/м3, обладает однородной с, тру турой и хорошо сохраняет приданную ему форму. Водопогл^ щенне материала близко к водопоглощению пенопл га, полученного с применением азотистого порофора.