СИНТАКТИЧЕСКИЕ ПЕНОФЕНОПЛАСТЫ
Синтактические пены — это жесткие материалы, состоящие из полых микросфер, связанных смолой [27]. Для изготовления микросфер подходит практически любая смола, а также стекло, но в настоящее время ограничиваются использованием феноло - и карбамидоформальдегидных смол и стекла. Микросферы часто наполнены инертным газом —- обычно азотом.
Микросферы получают распылительной сушкой смеси, состоящей из смолы, растворителя и растворенного газа или вещества, выделяющего газ [28]. Кажущаяся плотность полых микросфер составляет 0,27 г/см3, а диаметр находится в пределах 10— 250 мкм [29].
Исходная смесь микросфер и связующего представляет собой мастикообразную массу, которая после вспенивания и отверждения обрабатывается так же, как и другие пенопласты. Основная область применения — легкие многослойные конструкции. Микросферы смешивают, например, с полиэфирной смолой, отверждают при комнатной темйературе и используют как наполнитель в слоистых пластиках. Изделия из жесткого пенопласта, содержащего микросферы, не подвергаются усадке. Однако из-за высокой стоимости изготовления микросфер эти материалы йаходят лишь ограниченное применение, например в авиации.
Пластмассы с наполнителем — микросферами отличаются высокой твердостью, легкостью и очень низкой горючестью. Наряду со сферами используют также стеклянные и асбестовые волокна и другие материалы. Содержание стеклянных сфер в дено - пластах составляет 3—50% (масс.).
Недавно стали применять полые тонкостенные углеродные сферы (разработанные в США) диаметром от 1 до 300 мкм, кажущаяся плотность которых равна примерно 5% плотности обычных наполнителей. Главной областью применения этих микросфер является космонавтика, где необходимы армированные пластмассы исключительно высокой термостойкости. Углеродные сферы используют также как объемный наполнитель в клеях, литьевых смолах и т. д. [30].
Разработка синтетических' ионитов на основе фенольных смол началась в 1934 г. после того, как Адамсом и Холмсом были обнаружены ионообменные свойства у продуктов поликонденсации фенолов или аминов с формальдегидом. С 1936 г. началось промышленное получение ионитов и интенсивные исследования, направленные на создание улучшенных типов ионообменных смол. Фенольные ионообменные смолы делятся на: катиониты — продукты поликонденсации фенолов или производных фенола с альдегидами (а также продукты полимеризации стирола, дивинилбензола, метакрилатов и др.)> содержащие кислотные группы (S03H, СООН, ОН);
Аниониты — фенольные смолы (а также продукты совместной полщсонденсации анилина, фенилендиамина, альдегидов), содержащие четвертичные алифатическйе аминные концевые группы.
Ионогенные группы вводят либо в исходные мономеры в ввде заместителей, либо модифицируют полученную смолу, например сульфируют. Большинство ионитов сильно набухает,'но при этом не растворяется. Сильное сшивание матрицы ионита отрицательно сказывается на способности к набуханию и на подвижности противоионов; при этом продукт в значительной степени утрачивает ионообменные свойства [1]. Поэтому поликонденсацию следует проводить так, чтобы степень сшивания линейных макромолекул не была слишком высока.
Объемная емкость ионитов различна и определяется особыми способами [2]. Различают рабочую обменную емкость и максимальную обменную емкость (табл. 8.1). Единицей измерения служит количество Са (в кг), сорбированного 1 м3 ионита (в пересчете на СаО); иногда емкость выражают в мг-экв на 100 г ионита [2].
Наиболее распространенной областью применения ионитов является подготовка питьевой и производственной воды. Другие области применения — извлечение золота, серебра и меди, удаление радиоактивных продуктов деления, образующихся в урановых реакторах атомных электростанций и т. д. Благодаря современным
|
Марка ионита |
Насыпная масса набухшего в воде ионита, ' кг/л |
Рабочая обменная емкость, кг Са/м8 |
Максимальная обменная емкость, кг Са/м8 |
|
Вофатит КБ |
0,677—0,593 |
17,9 |
26,1 |
|
Вофатит Р |
0,543 |
13,8 |
25,9 |
|
Вофатит С |
— |
18,0 |
32,8 |
|
Пермутит в |
; 0,685 |
12,0 ■ |
46,9 |
|
Амберлит |
0,635 |
40,0 |
41,0 |
Ионообменным смолам намного реальнее стала возможность осуществления проекта Манхэттэна (концентрация и разделение продуктов деления урана). Кроме того, с помощью ионитов производят разделение редкоземельных элементов-с получением продуктов спектральной чистоты.
|
Таблица 8.2. Ионообменные и электронообменные фенолоформальдегидные смолы (сшивающий агент—формальдегид)
|
Для получения ионитов необходимы три основных компонента (табл. 8.2):
Соединения, образующие «каркас» (полимерную матрицу); компоненты, содержащие или образующие функциональные группы;
Сшивающие агенты.
По структурным признакам Гриссбах классифицирует иониты следующим образом [3]:
Ионообменные адсорбенты с наружной и внутренней мицелляр - ной структурой;
Иониты с внутренней мицеллярной структурой (минералы объемного строения типа гидросиликатов или гели, к которым относится большинство искусственных ионитов, в том числе осажденный пермутит и синтетические ионообменные смолы).
Набухаемость синтетических ионообменных смол в виде гелей зависит от степени сшивания; при поглощении ионов объемное набухание частиц смолы возрастает. По характеру пор синтетические ионообменные смолы относятся к классу гетерокапилляр - ных, а природные — к гомокапиллярным.
Ионообменные смолы должны иметь возможно большее число ионогенных (функциональных) групп, т. е. обладать высокой обменной емкостью; они должны быть химически стойкими, иметь высокую механическую прочность.
