ПЕНОПЛАСТЫ На основе фенолоформальдегидных полимеров

Основные виды газонаполненных полимеров И способы их производства

Андрианов Р. А., Пономарев Ю. Е.

. Все более широкое применение в строительстве находят газона­полненные пластмассы, которые по физической структуре подразде­ляют на три подгруппы:

1) ячеистые, или пенистые, пластмассы (пенопласты);

2) пористые пластмассы (поропласты);

3) сотовые пластмассы (сотопласты).

Пенопластами называют материалы с системой изолированных несообщающихся между собой ячеек, содержащих газ или смесь га­зов и разделенных тонкими стенками. К поропластам относят мате­риалы с системой сообщающихся ячеек или полостей, заполненных газом. Указанное разграничение газонаполненных пластмасс услов­но, так как в некоторых случаях ячеистая и пористая структуры обра­зуются одновременно. Сотопласты. имеют регулярно повторяющиеся полости правильной геометрической формы, которые образуются при формовании или литье исходного пластического материала без его вспенивания. Структура сотопластов близка к структуре ячеистых пластиков, но отличается от нее большими размерами и правильной геометрической формой ячеек.

'Производство газонаполненных материалов освоено сравнитель - ^ но недавно — в последние 25—30 лет, но развивается быстрыми темпами.

Газонаполненные' полимеры получают на основе как термопла-, стичных, так и термореактивных полимеров химическим и физическим способами. '

Химический способ основан на термическом разложении газо- образователей, введенных в состав композиции, или взаимодействии компонентов композиции. Газы, образующиеся при разложении газообразователя или взаимодействии компонентов, вспенивают по­лимер и формируют пенистую структуру материала.

В основе физического способа лежит свойство некоторых газов (и жидкостей) при соответствующем давлении и температуре повы - щать растворимость в полимерах, образуя пересыщенные растворы. В последних после снятия давления или при повышении температуры происходит интенсивное расширение растворенных газов или обра­зование паров, которые вспенивают полимер. К физическому методу

Также относится механическое диспергирование газа с одновремен­ным или последующим отверждением полимера вспененной ком­позиции.

В зависимости от условий технологического процесса способы производства поро - и пенопластов можно разделить на методы с при­менением повышенного давления и без него.

Полимерные газонаполненные материалы с применением повы­шенного давления можно получить четырьмя методами:

1) прессованием смеси полимера и газообразователя при повы­шенных температурах и давлениях с последующим вспениванием размягченной композиции в пресс-форме или вне пресса (прессовый метод);

2) выдавливанием через нагретое сопло или щель размягченного полимера, насыщенного под давлением газами, газообразными про­дуктами разложения порофора или парами низкокипящих жидко­стей (экструзионный метод);

3) впрыскиванием под давлением в холодную форму размягчен­ной полимерной композиции, насыщенной газами или низкожипя - щими растворителями (литье под давлением);

4) насыщением размягченной полимерной композиции газами или низкокипящими растворителями под давлением с последующим вспениванием массы путем снижения давления (автоклавный метод).

Наиболее распространен прессовый метод, который включает три основные операции: смешивание полимера с газообразователями и другими компонентами, входящими в композицию; прессование ком­позиций; вспенивание заготовок.

Сущность экструзионного метода заключается в том, что в экстру - дер подается перемешанная однородная композиция, состоящая из термопластичного полимера, газообразователя и добавок (при необ­ходимости). В экструдере происходят уплотнение, нагрев и расплав­ление полимера, разложение газообразователя, распределение выде­лившегося газа в расплаве полимера, формование материала в головке. Сразу же после выхода из экструдера смесь вспенивается, и полученная'заготовка поступает в приемник.

Метод литья под давлением применяется для изготовления штучных изделий из пенопластов с помощью литьевых машин. Ком­позицию, состоящую из полимера и газообразователя, в виде по­рошка или гранул засыпают в бункер литьевой машины, откуда через дозирующее устройство она порциями подёется в цилиндр, нагретый до температуры, обеспечивающей переход полимера в пластичное состояние. Расплавленный полимер выдавливается через сопло в пресс-форму, которая затем охлаждается, и из нее извлекает­ся готовое изделие.

Автоклавный метод получения пенопластов основан на насыще­нии полимера газами или низкокипящими органическими вещества­ми — газообразователями. Полимер вспенивают в том же автоклаве при снятии давления или в другом аппарате. Иногда полимер насыщают газами или низкокипящими жидкостями при понижен­ных температурах, а вспенивание ведут путем нагрева и снятия давления.

Для получения пеио - и поропластов без применения повышен­ного давления существует несколько методов:

1) вспенивание размягченного вязкого раствора полимера нагреванием композиции до температуры кипения растворителя или разложения газообразователя (беспрессовый метод);

2) вспенивание реакционной смеси с помощью газообразова - телей, растворителей или веществ, выделяющихся при полимериза­ции или поликонденсации мономеров, с последующим отверждением полимера во вспененном состоянии (химический метод);

3) вспенивание водных растворов, эмульсий или суспензий поли­меров механическим диспергированием газа с одновременным или

"последующим отверждением вспененной композиции (дисперсионный метод);

4) метод фриттования и поверхностного плавления.

Этими методами можно получить вспененные материалы на основе как термопластичных (полистирол, поливинилхлорид и др.), так и термореактивных полимеров (фенолоформальдегидные, мочевино - формальдегидные, эпоксидные, полиуретаны и др.).

Беспрессовый метод состоит в том, что в термопластичный поли­мер или его раствор вводятся твердые или жидкие газообразовате - ли, которые при нагревании композиции до температуры кипения растворителя или разложения газообразователя вспенивают поли­мер. Технологический процесс вспенивания осуществляется следую­щими путями:

1) вспенивание гранул полимера, в которые во время полимери­зации или путем их насыщения введен легкокипящий жидкий газо - образователь, нагревом до температуры размягчения полимера с последующим спеканием (формованием изделия). Этот путь приме­няется в основном для получения пенополистирола;

2) вспенивание композиции полимера, мономера, газообразова­теля и инициатора, которые смешиваются на вальцах или в смесителе с последующей полимеризацией полимера, нагревом полученного блока до температуры разложения газообразователя. Этот способ полимер-мономерных паст применяется в основном для получения пенополистирола, пенополивинилхлорида и вспененных материалов на основе термореактивных полимеров или их смесей с термопластич­ными полимерами (порошкообразной поливинилхлорид, смешанный на горячих вальцах с фенилизоцианатом). Композиция вспенивается в пластическом состоянии при обработке паром. Вспенивающим агентом в данном случае является СО2, который выделяется при

Взаимодействии фенилизоцианата с водой. Отверждение происходит благодаря образованию трехмерной структуры при избытке изо - цианата;

3) вспенивание композиции из полимера, газообразователя и от - вердителя нагревом ее до температуры разложения газообразова­теля с последующим отверждением полимера благодаря образованию трехмерной структуры. Этот способ применяется для получения пено­пластов на основе новолачных фенолоформальдегидных полимеров.

Химический метод заключается в том, что реакционная смесь, состоящая из мономеров или продуктов неполной полимеризации (или поликонденсации), при взаимодействии компонентов вспени­вается с последующим отверждением полученного полимера. Для улучшения диспергирования газа в полимер обычно вводят слабые пенообразователи (эмульгаторы), изменяющие поверхностное натя­жение жидкости на границах двусторонних пленок (например, эмульгаторы марок ОП-7, ОП-Ю, ВНИИЖ и др.). Для снижения объемной массы при недостаточном количестве газа, выделяющегося в ходе реакций поликонденсации (или полимеризации), в полимер дополнительно вводят жидкие или твердые газообразователи, кото­рые испаряются или разлагаются при повышении температуры реак­ционной смеси благодаря теплоте реакции полимеризации (или поликонденсации).

По дисперсионному методу водный раствор термореактивных полимеров (мочевиноформальдегидных, фенолоформальдегидных и др.), смешанный с пенообразователем и катализатором, вспени­вается быстроходными мешалками или продуванием через раствор какого-либо малорастворимого в воде газообразного вещества с последующим отверждением полимера в стенках ячеек пены. Каче­ство получаемого вспененного матерйала во многом зависит от по­верхностной активности пенообразователя, вязкости и прочности по­верхностных слоев вспененных растворов. Особо важную роль играет стойкость пены, так как для перехода стенок пены из жидкой фазы в твердую требуются определенное, иногда длительное время и часто — повышенная температура.

Метод фриттования, хорошо известный в порошковой металлур­гии, позволяет получать изделия из пористых полимеров в виде плит, труб и т. д. По этому методу в форму загружают термо­пластичный порошкообразный полимер определенного грануломет­рического состава. Форму закрывают и нагревают в течение 20— 40 мин при температуре, которая на 10—20° С выше температуры плавления полимера. Затем форму охлаждают и извлекают изделие. В полученных изделиях поры, образующие микроскопические откры­тые каналы, пронизывают всю массу материала, благодаря чему изделия имеют хорошие акустические показатели.

Метод поверхностного плавления заключается в том, что частицы

2. Зак. № 40
порошка термопластичного полимера спекаются в результате оплав­ления зерен-на глубину 2—4 мкм. Изделия изготавливают следующим образом. Порошок загружают в форму, нагретую до температуры, в 1,5—2,0 раза превышающей температуру плавления полимера. Затем в зависимости от вида исходного полимера, толщины стенок, заданной объемной массы и однородности полученного пороПласта стенки формы в течение 40—300 с охлаждают до 40—80°С. После 2—4-минутной выдержки изделие охлаждается до комнатной темпе­ратуры. Форму нагревают с помощью Прямого или высокочастотного нагрева, охлаждают водой или воздухом. Из легкоплавких поли­меров можно получить изделия практически любых размеров с любой толщиной стенок. Из полимеров с высокими температурами плавления можно вырабатывать только тонкостенные изделия. Этим методом изготавливают материалы на основе полистирола, полиэти­лена, простых зфиров, целлюлозы и других полимеров.