ПЕНОПЛАСТЫ На основе фенолоформальдегидных полимеров

Пенопласты на основе твердых новолачных фенолоформальдегидных полимеров

Впервые новолачные пенопласты были получены в СССР в начале 40-х годов на основе композиции, состоящей из порошкообразного новолачного фенолоформальдегидного полимера, отвердителя (уротропина), газообразователя (динитрила азоизомасляной кисло­ты) . Полученный из этой композиции пенопласт ФФ имел объемную массу 100—200 кг/м3 [58—60].

В настоящее время на основе новолачных фенолоформальдегид­ных полимеров отечественной промышленности выпускаются пено­пласты типа ФФ, ФС-7-2, ФК-20, ФК-40, ФК-20А, ФК-40А и перли - топластбетон [61—66] (табл. 2). Пенопласты подобного типа известны и за рубежом [67—71].

При добавлении в композицию для получения пенопласта ФФ твердого фурфуролацетонового полимера, снижающего хрупкость пенопласта, и стекловолокна, а позже вспученного перлитового песка был получен пенопласт типа ФС-7-2 с объемной массой 70— 100 кг/м3. В настоящее время в производстве пенопластов этого типа применяют сплав фенолоформальдегидного и фурфуролацетонового полимеров.

Для придания эластичности пенофенопласту на основе новолач­ного фенолоформальдегидного полимера в композицию вводят 20 мае. ч. акрилонитрильного каучука из расчета на 100 мае. ч. фе­нолоформальдегидного полимера при получении пенопласта ФК-20 или 40 мае. ч. каучука при производстве пенопласта ФК-40. В компо­зицию добавляют серу для вулканизации каучука. Пенопласты этого типа выпускаются с объемной массой 200 кг/м3. При введении в композицию 20 или 40 мае. ч. алюминиевой пудры удается повысить теплостойкость пенопласта и эксплуатировать его при повышенных до 200°С температурах.

Во ВНИИстройполимере был получен пенопласт из композиций, содержащих более 30 мае. ч. вспученного перлитового песка, который был назван перлитопластбетоном [72—74].

Пенопласты типа ФФ, ФС-7-2 и перлитопластбетон получают периодическим способом по беспрессовой технологии. Технологи­ческий процесс производства этих пенопластов заключается в сле­дующем; фенолоформальдегидный полимер измельчают в молотко­вых дробилках или шаровых мельницах, просеивают через сита и подают на смешение с гексаметилентетрамином (уротропином) и по - рофоррм ЧХЗ-57. Уротропин на смешение поступает после просушки (при 60—65°С в течение трех часов) и просеивания. В производстве пенопластов ФС-7-2 и перлитопластбетона в композицию вводят вспученный перлитовый песок.

Все компоненты для получения композиции перед смешением хранят в герметической таре при 20—30°С, проводят дозировку в требуемом соотношении и смешивают в смесителях для сыпучих ма­териалов или в шаровых мельницах, имеющих охлаждение стенок. После смешения в течение 3—5 ч композицию подают в гермети­ческой таре или с помощью транспортеров для дозировки в металли­ческие формы.

Во избежание прилипания пенопласта к формам их выстилают бумагой (оберточной или конденсаторной) или обрабатывают жаро­стойкой смазкой, после чего загружают композицию равномерно по всей площади формы.

Формы с композицией помещают в многоэтажные прессы или набирают в кассеты и загружают в термокамеры. Под действием тепла она плавится, вспенивается и отверждается.

Процесс получения пенопласта из композиций на основе новолач­ных фенолоформальдегидных полимеров складывается из трех тех­нологических температурных участков: 1) подъем температуры до 80—90°С для перевода порошкообразной композиции в вязкотеку - чее состояние; 2) подъем температуры до 100—110°С, при которой разлагается газообразователь и происходит вспенивание вязкоте - кучей массы; 3) подъем температуры до 150—180°С и выдержка при этой температуре для обеспечения отверждения фенолофор - мальдегидного полимера уротропином и вулканизации каучука в случае производства пенопластов типа ФК.

Длительность всего процесса вспенивания и отверждения зависит от толщины изделия, объемной массы вспененного материала, тепло­емкости ограничительного приспособления и мощности нагревателей. Для пенопласта ФФ толщиной 50 мм, объемной массой 200 кг/м3 обычно достаточна выдержка в течение 1,5 ч при 150°С (табл. 3).

При производстве перлитопластбетона используют термошкафы

Или туннельные печи. Формы с композицией загружают в печь при температуре 140—150°С и выдерживают в течение 20 мин, после чего нагрев увеличивают до 180—190°С и поддерживают эту темпе­ратуру до конца процесса формования плит. При производстве перлитопластбетонных плит толщиной 100 мм осуществляется сту­пенчатый нагрев.

Периодичность процесса не позволяет высокопроизводительно использовать прессы в печй, так как на обогрев форм расходуется свыше 10% тепла и. времени из общего баланса, а простой прессов и печей во время загрузки форм с композицией и выгрузки их с пено­пластом составляет 30—50%. Полученные таким способом пено­пласты имеют высокую себестоимость.

При производстве пенопластов на основе новолачных полимеров применяется громоздкое металлоемкое оборудование. Отдельные операции трудно поддаются механизации и автоматизации, поэтому велик процент ручного труда на предприятиях, выпускающих такие пенопласты. Кроме того, под действием тепла выделяются летучие продукты и газы, вредные для здоровья людей.

Расплавленная высокоэластичная композиция хорошо смачивает металл, из которого изготовлены формы, поэтому застывшая или отвердевшая пена прочно прилипает к ним. Если сразу не удалить ее, то при дальнейшей эксплуатации происходит пригорание полиме­ра, в результате чего новые порции пены способны прочно соеди­няться с металлом форм. При этом адгезионное взаимодействие системы металл—полимер—пенопласт во много раз превышает ко - гезионную прочность пенопласта. Для того чтобы удалить налипшую пену, формы пескоструят или обдирают скребками, что ускоряет их износ.

Как уже говорилось, для предотвращения прилипания пенопла­ста к металлу формы выстилают бумагой или обрабатывают смазкой. Выстилка форм бумагой — ручная, трудоемкая, не поддающаяся механизации операция, а смазка форм ухудшает условия труда, так как образующиеся в результате выгорания смазки газообразные вещества оказывают самое вредное воздействие на организм чело­века.

Выдержанные в прессах или печах формы помещают на столы, извлекают из форм пенопластовые плиты, очищают их от наплывов, обдирают лишнюю бумагу, делают визуальный контроль, после чего отправляют на склад готовой продукции, а плиты, имеющие невспе - ненные места, подают на реставрацию, заключающуюся в повторной термообработке с композицией, засыпанной в них.

Таким образом, нельзя не согласиться с мнением авторов статьи [74] о неперспективности производства пенопластов этого типа по существующей технологии. Несмотря на это, выпуск плит пенопластов типа ФС-7-2 в СССР в настоящее время составляет более 60 тыс. м3.

С начала 70-х годов пенопласты на основе новолачных фено­лоформальдегидных полимеров привлекают все большее внимание зарубежных фирм. Так, в США разработан способ получения пено­пласта на основе новолачного фенолоформальдегидного полиме - ра [75].

С целью повышения устойчивости новолачных пенопластов к нагрузкам и увеличения их термостойкости во Франции предло­жен способ, совмещения битуминозных материалов (65—75%) с новолачным полимером (25—35%) на основе фенола, крезола или кселинола [76].

В Англии фенольные пенопласты на основе новолачных полимеров применяются в целях теплоизоляции, а также в качестве поглотите­лей звука и микроволн [77].

Фирмой «Сумитемо Бакелуте КО» (Япония) предложен способ получения вспененных материалов на основе фенольных полимеров новолачного типа и волокнистых наполнителей [33, 78]. Пенопласты этого типа обладают малой объемной массой, высокой прочностью, они почти не изменяют своих свойств при высоких и низких темпе­ратурах и особенно широко применяются в условиях низких температур.

Для снижения хрупкости пенопласта в Японии предложен способ совмещения композиции на основе новолачного полимера ПВХ, включающего порофор, отвердитель и ПАВ, с поливинилхлоридом из расчета 10—50 мае. ч. ПВХ на 100 мае. ч. фенолоформальде­гидного полимера.

В Японии производство пенопластов развивается преимуществен­но на основе новолачных полимеров. Фенольные пенопласты исполь­зуют для теплоизоляции в качестве строительных конструкций. С целью снижения хрупкости пенопластов композиции модифици­руют волокнистым наполнителем или синтетическим каучуком [79— 83]. В нашей стране для расширения производства легких ограждаю­щих конструкций целесообразно применять пенопласт на основе но­волачного фенольного полимера [48], так как он обладает, по сравнению с другими типами газонаполненных пластмасс, более высокой огне - и теплостойкостью. Перлитопластбетонные стеновые панели с асбестоцементными облицовками предназначаются для строительства промышленных, сельскохозяйственных и обществен­ных зданий. При этом панель из перлитопластбетона толщиной 100—120 мм по теплоизоляционным свойствам заменяет стену из керамзитобетона толщиной 350—400 мм и в 10 раз легче последней.

В отечественной литературе приводятся данные о получении пенопластов на основе новолачных полимеров, обладающих вы­сокими физико-механическими показателями. Так, в ЛТИ им. Лен­совета получены пенопласты на основе блок-сополимеров эпоксид­ных и новолачных полимеров [84], которые представляют собой продукты частичной сополимеризации эпоксидного полимера ЭД-16 и новолачного фенолоформальдегидного полимера марки «Иди - тол», или СФ-010. Пенопласт образуется из порошкообразной композиции, включающей газообразователь — порофор — ЧХЗ-57 и отвердитель — триэтаноламин. Жизнеспособность приготовленной композиции составляет более двух лет. Отверждение композиции ведут при 80—150°С в течение 1 — 15 ч, что зависит от состава компо­зиции и размера изделия.

Во ВНИИСС разработан способ получения пенопластов на основе новолачного полимера, представляющего водный раствор в спирте или ацетоне, эмульсии или дисперсии, в качестве сшивающего агента используют формальдегид в виде формалина в кислой среде [85]. В качестве газообразователей применены фреоны или тонко­дисперсные порошки металлов. Общая продолжительность цикла получения пенопласта составляет 5—10 мин и не превышает часа. Процесс ведут при 20—100°С.

По данным обзора литературы можно сделать следующие выводы.

1. Наилучшим комплексом технологических и физико-механиче­ских свойств обладают пенопласты на базе новолачных фенолофор­мальдегидных полимеров. В то же время производство пенопластов из жидких резольных полимеров организовано механизированными периодическими и современными непрерывными способами, что и способствовало опережающему развитию этих пенопластов. В связи с этим наибольшее распространение в производстве строительных материалов в СССР и за рубежом получили материалы на основе жидких фенолоформальдегидных полимеров.

2. Пенопласты на основе новолачных фенолоформальдегидных полимеров производятся во многих странах, но из-за отсутствия непрерывных современных методов производства они выпускаются в ограниченных количествах.

3. Существенным недостатком большого количества пено­пластов, получаемых из полимеров резольного типа, является корро­зионная активность по отношению к металлам. В мировой практике
до настоящего времени не разработаны надежные и экономичные способы ликвидации коррозионной активности у пенопластов этого типа. Применяемые за рубежом способы предотвращения коррозии пенопластами, основанные на обработке блоков и плит парами аммиака, вакуумированием и термообработкой, сложны в технологи­ческом плане и требуют длительного времени обработки. Пенопла­сты, полученные из новолачных полимеров, не вызывают коррозии металлов.

4. Большинство пенопластов на основе резольных полимеров дают у'садку порядка 1%, тогда как у новолачных пенопластов усадка составляет не более 0,01%.

5. Пенопласты, полученные из резольных полимеров, содержат в 2-3 раза больше свободного фенола, чем пенопласты на основе но­волачных полимеров.

6. Резольные форполимеры для производства пенопластов имеют ограниченные сроки хранения, составляющие 1—6 месяцев. Ново - лачные полимеры пригодны для производства пенопластов после хранения свыше 5 лет.

Отрицательно сказывается на свойствах резольных форполимеров и применяемых для них отвердителей хранение как при повышенных (+40...+50°С), так и при низких (—15...—20°С) температурах. В первом случае наблюдается конденсация форполимеров, а во вто­ром — вымерзание воды, что в конечном счете ухудшает общие технологические характеристики компонентов композиций.

Для новолачных полимеров допустимо хранение при —20...+60°С.

Время пригодности композиции для вспенивания («жизнеспособ­ность») на основе резольных полимеров составляет 0,5—3,0 мин. Вследствие этого нельзя приготавливать большие количества компо­зиций, а также транспортировать их на дальние расстояния. Все технологические операции, предшествующие вспениванию, необхо­димо осуществлять в течение времени «жизнеспособности» компо­зиции. Это создает определенную напряженность в технологическом процессе.

Композиции на основе новолачных полимеров пригодны в течение нескольких лет при условии их хранения, обеспечивающего пред­отвращение улетучивания порофоров.

Таким образом, производство новолачных полимеров целесо­образно концентрировать на нескольких мощных предприятиях, тогда как резольные полимеры указанного назначения должны выпускаться в непосредственной близости от потребителей полиме­ров. Естественно, что свойства резольных полимеров будут разли­чаться, а это не замедлит сказаться на показателях выпускаемых заливочных пенопластов.

7. Благодаря многим положительным качествам пенопластов на основе новолачных фенолоформальдегидных полимеров весьма

4. Зак. № 40
актуальной является'задача разработки высокопроизводительного способа получения пенопластов этого типа.

Создание процесса непрерывного формования пенопластов из композиций на основе новолачных фенолоформальдегидных поли­меров и его внедрение в производство позволят расширить ассорти­мент строительных тепло - и звукоизоляционных материалов. При этом широкое внедрение этого типа пенопластов в строительство будет способствовать снижению массы зданий, улучшению техноло­гичности строительства, снижению горючести зданий и даст значи­тельный экономический эффект.

Для осуществления разработки метода непрерывного формова­ния пенопластов из композиций на основе твердых новолачных фено­лоформальдегидных полимеров необходимо было решить следующие частные вопросы:

1) провести изыскания новых видов сырья, позволяющего полу­чать пенопласты методом непрерывного формования;

2) создать лабораторную установку для получения образцов пенопласта методом непрерывного формования для отработки рецеп­тур и оптимальных технологических параметров;

3) выявить зависимость основных показателей получаемых пено­пластов от вида применяемого сырья, компонентов рецептуры и тех­нологических параметров;

4) организовать опытно-промышленную проверку разработанных рецептур и метода в производственных условиях.