ПЕНОПЛАСТЫ На основе фенолоформальдегидных полимеров

Пенопласты на основе жидких фенолоформальдегидных полимеров резольного типа

Пенопласты на основе жидких резольных полимеров получают по периодическим и непрерывным технологическим схемам [11].

Основными компонентами композиций для получения пенопластов этого типа являются форполимер, кислотный отвердитель и газообра- зователь.

В первых сообщениях, относящихся к 40-м годам [12], был описан способ изготовления пенопласта из 75% водного раствора феноло- формальдегидного полимера, к которому добавлялись в качестве газообразователей 0,3—1,5% карбоната и бикарбоната натрия, а в качёстве катализатора отверждения полимера — водорастворимые сульфокислоты. Кислоты использовались в данном случае и для образования газов, вспенивающих полимер [13].

Наибольшее распространение получил способ производства пено­пластов из композиций, вспенивание которых осуществляется га­зами, выделяющимися при взаимодействии кислых отвердителей полимера с порошкообразными металлами, вводимыми в компози­цию в качестве газообразователей [14—16]. Последние применяются в виде порошков алюминия, отходов марганцевых руд, талька, ко­торые Взаимодействуют с различными кислотами или их смесями, выделяя водород [17—20], а также соли фенилдиазония и сульфо - гидразида, алифатические эфиры [21].

Способ изготовления пенопластов на основе резольных феноло­формальдегидных полимеров с использованием легколетучих углево­дородов получил большое распространение за рубежом, причем в ГДР и ФРГ чаще используют п-пентан. Для получения пенопластов в ФРГ применяют полимеры резольного типа, отверждающиеся с выделением тепла [22], благодаря которому осуществляется вспе­нивание композиции легколетучими углеводородами. Кроме легко­летучих применяют фторсодержащие углеводороды типа фреонов, а также легкий бензин с температурой кипения 40—80°С.

Для придания пористой структуры изделиям, обладающим высо­кой прочностью, применяют композиции с нитритами металлов и веществами, при взаимодействии которых с нитритами выделяются азот и кислота, способствующие одновременно вспениванию и отвер­ждению полимера [14]. Такими веществами являются аминосоеди - нения: анилин, метиламин, диметиламин, гексаметилендиамин, моче - вийа и др. Кроме указанных в композицию вводят поверхностно - активное вещество и кислые катализаторы отверждения.

Данные типы пенопластов получают как при комнатной темпера­туре (18—25°С), так и при подогреве до 40—60°С. Для смешивания компонентов используются установки непрерывного и периодического действия.

Установки непрерывного действия являются стационарными агре­гатами, включающими 2- и 3-компонентные смесители, к которым по раздельным трубопроводам с помощью насосов подаются компо­ненты. Из смесителей через смесительные головки готовую компози­цию заливают в формы или подают на непрерывно движущиеся ленты транспортеров.

Фирма «Дюнамит Нобель АГ» в ФРГ разработала ряд пенопла­стов на основе фенольных полимеров, а также установки для непре­рывного производства, позволяющие получать облицованные с двух сторон плиты из пенопласта в едином рабочем процессе при прохож­дении материала между двумя горизонтальными движущимися по­лотнами облицовок [23]. В качестве облицовочного материала при­меняют бумагу, картон и другие гибкие материалы.

Во Франции налажен выпуск пенопластов на основе резольных полимеров, отличающихся повышенной термостабильностью, огне­стойкостью и несгораемостью [24—28]; разработаны эластичный ре - зольный фенопласт и способ его получения, заключающийся в том, что в жидкий полимер вводят изоцианат, который реагирует одно­временно как с водой, так и с —ОН-группами полимера. При введе­нии многоатомных спиртов изоцианат взаимодействует с —ОН-груп­пами спиртов [29]. Для производства резольных пенопластов раз­работаны процесс и установка непрерывного действия, имеющая длинный ленточный конвейер, ширина и высота которого регули­руются. Благодаря движению гусеничных конвейеров происходит транспортирование композиции [30, 31]. Французская фирма «Сен- Гобен» разработала непрерьщный способ производства многослой­ных панелей для строительства легких конструкций, утепленных фенольным пенопластом. Панели облицовываются алюминием или оцинкованной сталью [32].

Непрерывно растут ассортимент и объем производства фенольных пенопластов в Японии, причем пенопласты в основном используются в качестве среднего слоя в трехслойных конструкциях типа «сэнд­вич» в строительстве промышленных и административных зда­ний [33].

Заливочные фенольные пенопласты выпускаются в Англии, Ита­лии, Австралии, Канаде и других развитых капиталистических странах [34—37]. Принципиальное отличие в производстве пено­пластов, выпускаемых различными фирмами, практически установить трудно по причине широко распространенной, но очень неконкретной информации. Из анализа патентов следует, что отличие пенопластов различных фирм состоит в содержании добавок, газообразователей, активности отверждающих кислот.

С 60-х годов начался выпуск пенопластов заливочного типа в Венгрии, Чехословакии и Польше [38—40]. В СССР для производ­ства пенопластов на основе жидких резольных полимеров исполь-

" зуются рецептуры и технологические схемы, разработанные ВНИИСС, ВНИИСтройполимер, ЛенЗНИИЭП, СибЗНИИЭП, ЛТИ им. Ленсовета, МИСИ им. В. В. Куйбышева и рядом кафедр строительных, политехнических и технологических институтов [41—44].

Наиболее распространенными в нашей стране являются пено­пласты типа ФРП, разработанные во ВНИИСС.

Для получения пенопластов типа ФРП используются резольные фенолоформальдегидные форполимеры ФРВ и в качестве вспени­вающего агента и газообразователя — продукты марок ВАГ.

Форполимеры типа ФРВ (ФРВ:1, ФРВ-1А, ФРВ-2, «резоцел») представляют собой гомогенные водорастворимые жидкости со сла­бым запахом фенола и формальдегида, полученные в результате конденсации фенола с формальдегидом с использованием в качестве катализатора едкого натра.

Продукты ВАГ (ВАГ-Г, ВАГ-2, ВАГ-3) представляют смесь мине­ральных кислот с мочевиной, диэтиленгликолем или с продуктом кон­денсации сульфофенилмочевины с формальдегидом. В качестве мине­ральных кислот применяют соляную и ортофосфарную кислоты.

Технологический процесс получения пенопластов ФРП [43] заключается в механическом смешивании при нормальной темпера­туре соответствующих количеств форполимера с вспенивающим агентом и заливке полученной композиции в полость формы или конструкции, подлежащей заполнению. Композиция вспенивается под действием экзотермического тепла реакции окончательной поликонденсации фенолоформальдегидного форполимера с кислот­ным катализатором.

При использовании форполимера ФРВ-1А, содержащего алюми­ниевую пудру, композиция вспенивается водородом, выделяющимся при реакции кислого катализатора с алюминиевой пудрой. В случае применения форполимеров ФРВ-1 и ФРВ-2 без алюминиевой пудры благодаря экзотермическому теплу реакции поликонденсации испа­ряется содержащееся в полимере легкокипящее вещество (четырех - хлористый углерод, фреон-113), пары которого и вспенивают компо­зицию. Таким образом, композиция вспенивается и отверждается непосредственно в изделии без подвода тепла извне.

Технологический процесс получения и заливки пенопластов типа ФРП осуществляется по периодической и непрерывной схемам с использованием машины конструкции ВНИИСС [42].

• При изготовлении пенопластов типа ФРП по периодическому процессу применяют обычные смешивающие устройства (мешалки лопастные, якорные и т. п.) с числом оборотов в минуту 800—1400. В один прием рекомендуется заливать не. более 5—10 кг компози­ции. При необходимости композицию можно помещать в несколько слоев со вспениванием и отверждением каждого слоя в отдельности.

Продолжительность смешивания компонентов составляет в зависи­мости от интенсивности процесса 20—40% времени жизнеспособ­ности данной партии форполимера. При заливке изделий или форм необходимо иметь открытой одну поверхность (свободное вспени­вание), в случае замкнутых контуров делают одно-два технологи­ческих отверстия в верхних точках для заливки жидкой композиции и выхода газов.

При непрерывной заливке пенопластов применяют машину УЗФП-1, состоящую из двух емкостей (для форполимера и продукта ВАГ), двух насосов и смесительной головки, соединяемой с машиной при помощи двух шлангов, по которым подаются форполимер и про­дукт ВАГ в необходимом соотношении. Производительность машины 6 м3/ч. Разработанный ЛенЗНИИЭП и ЛИСИ фенолоформальде­гидный пенопласт типа ФЛ получают из резольного полимера марки ВИАМ-Б [45, 46].

Полимер ВИАМ-Б образуется в результате конденсации фенола с формальдегидом в среде гидроокиси бария. Благодаря слабой щелочности реакционной среды при конденсации не выделяется формальдегид. ВИАМ-Б содержит до 20% свободного фенола, явлй - ющегося своего рода ингибитором дальнейшей конденсации. Благо­даря этому срок годности ВИАМ-Б в 2 раза больше в сравнении с ФРВ и составляет более 6 месяцев.

Для вспенивания ВИАМ-Б используется химический способ газообразования. В результате химической реакции между металла­ми (алюминий, цинк, магний) и минеральной кислотой (соляная, фосфорная) выделяется водород, который и вспенивает полимерную композицию. Кратность вспенивания композиций увеличивают путем введения поверхностно-активных веществ (ОП-7, ОП-Ю, выравни­ватель А и др.).

В качестве отверждающего агента при производстве пенопластов типа ФЛ применяют смесь двух кислот — минеральной соляной кислоты (при производстве ФЛ-1) или ортофосфорной (при произ­водстве ФЛ-2 и ФЛ-3) и органических сульфокислот — контакт Петрова (для ФЛ-1) и бензолсульфокислоту (для ФЛ-2 и ФЛ-3). В композиции для образования пенопласта дополнительно вводят мочевину с целью связывания формальдегида, а для предотвраще­ния диссоциации бензолсульфокислоты ее вводят в виде раствора в этиленгликоле, последний является модифицирующей добавкой фенолоформ альдегидного полимера.

Пенопласты типа ФЛ получают смешиванием в течение 20— 30 с ВИАМ-Б, ПАВ-и порошка металла со смесью двух кислот. Процесс вспенивания и отверждения происходит в течение 15— 20 мин.

С целью снижения содержания свободного фенола в пенопласте (у ФЛ-1 на 20%, у ФЛ-2—16% и у ФЛ-3 на 5—7%) производят
термообработку его в течение 12 ч при 110°С, достигая содержания фенола для ФЛ-1, ФЛ-2, ФЛ-3 соответственно 5—6%, 5—6%, 2-3%.

Для уменьшения расхода полимера в композицию вводят от 5 до 50 мае", ч. (из расчета на 100 мае. ч. смолы) перлитового песка, асбеста, вермикулита, полистирольного бисера (ПСБ); в качестве связующего и модифицирующего вещества применяют многоатом­ные спирты.

В лаборатории строительных материалов СибЗНИИЭП разрабо­тан пенопласт ФПБ [47]. Для его получения используются резоль - ный фенолоформальдегидный полимер марки Б, ПАВ (ОП-7), бен - золсульфокислота, ортофосфорная кислота, диэтиленгликоль (ДГ) и алюминиевая пудра ПАК-4 или ПАК-3. Вспенивающе-отверждаю - щий агент (BOA) композиции состоит из смеси бензолсульфокисло - ты, ортофосфорной кислоты и диэтиленгликоля.

Получение пенопласта ФПБ сводится к тщательному перемеши­ванию исходных компонентов и вспениванию полученной компо­зиции в формах без дополнительного подогрева. Жизнеспособность композиции составляет 2,5—3,0 мин. За это время проводят все тех­нологические операции, предшествующие вспениванию.

В основном пенопласт ФПБ получают методом свободного вспе­нивания в виде блоков объемом 1 —1,5 м[1] и используют для утепления трехслойных наружных стеновых панелей (из различных бетонов) и чердачных перекрытий [48].

Введение пористых минеральных наполнителей позволяет резко увеличить прочностные показатели пенопластов без повышения расхода полимера и обеспечивает перевод их в разряд конструкцион­но-теплоизоляционных пластобетонов на основе резольных феноло­формальдегидных полимеров [49].

В качестве пористых минеральных наполнителей применяют ке­рамзитовый гравий и гранулированное пеностекло. Наполнитель засыпается в форму доверху и закрывается крышкой. В технологи­ческие отверстия в крышке формы через инъекторы в расчетном коли­честве вводят вспенивающуюся композицию. При вспенивании композиция заполняет межзерновое пространство наполнителя, ко­торое составляет 45—51% (табл. 1).

17

При получении пенопластов на основе резольных полимеров в закрытых формах вследствие выделения газообразных продуктов внутри формы возникает избыточное газовое давление, которое обес­печивает заполнение формы вспененной композицией. В связи с этим необходимо использование форм повышенной прочности и обеспечение мероприятий по безопасности работающих, так как при вспенивании пенопласта ФРП-1 в закрытой форме при 4-кратном избытке композиции избыточное давление составляет 0,35 МПа [49]. На формование пенопласта значительное влияние оказывает

1. Физико-механические свойства пенопластов на основе фенолоспиртов и ФРП [41 ]

Объемная масса

Кг/м3

Расход Компо­зиции,

Кг/м3

Предел

М

1рочности,

Наполни­теля

П ори 30- ваииого связую­щего

Пласт - бетона

Па

Ксж

^ИЗГ

240

135

310

70

1,25

1,19

240

108

295

55

1,13

1,01

240

86

285

45

.1,10

1,01

160

140

230

70

0,76

0,77

160

110

215

55

0,73

0,69

160

90

205

45

0,72

0,67

125

130

195

70

0,56

0,57

125

102

180

55

0,57

0,52

125

88

170

45

0,53

0,54

Керамзитовый гравий

Скорость процесса получения пенопласта. Формование ухудшается при малой дозе катализатора, так как в этом случае масса мало­подвижна; высокое содержание его также ухудшает формование, что обусловлено быстрым отверждением композиции, препятствую­щим ее растеканию. Из сказанного следует, что наряду с тем, что формование зависит от давления в форме и, как следствие, от содер­жания катализатора, немаловажным фактором при производстве этого типа пенопласта является вязкость исходной композиции, которая характеризуется, в первую очередь, возрастом и условиями хранения форполимера.

Срок годности полимера резольного типа составляет 2—4 месяца, а при повышенных температурах снижается до одного. С целью удлинения срока хранения полимера и повышения прочности пено­пласта, получаемого из него, рекомендуется сразу после конденсации фенола с формальдегидом в среде едкого натра осуществлять нейтра­лизацию смолы ортофосфорной кислотой и в нее вводить фурфурол в количестве 5—8% от массы полимера при температуре смеси в реакторе 70—75°С [50].

Срок годности полимера, полученного этим способом, на 1 — 1,5 месяца больше, что тоже не является надежной гарантией для транспортировки фурфуролфенолоформальдегидного полимера на дальние расстояния.

Наполнитель

Гранулированное пеностекло

Наиболее оптимальными технологическими свойствами обла­дают смеси олигомеров резольного и новолачного типов, отвер - ждаемые кислотными катализаторами [51]. По совокупности показа­телей оптимальным считается содержание новолака во вспениваемой композиции, составляющее 30—40% от массы резола. В качестве вспенивающего агента используют алюминиевую пудру ПАП-1 или
петролейный эфир марки 40—70 и ПАВ — моющее средство ОП-7. Пенопласту на основе резола ФРВ-1 и новолака ЖН дано название «Виларес-1».

Одной из наиболее серьезных технических задач, возникающих при получении и применении фенолоформальдегидных пенопластов на основе резольных полимеров, является устранение коррозионной активности фенолоформальдегидных пеноматериалов по отношению к металлам.

Так, блоки пенопластов, полученных с использованием соляной кислоты-в качестве катализатора отверждения резольного полимера, распиливают на плиты и обрабатывают парами аммиака^в гермети­ческих формах. Этот метод фирмы «Дюнамит Нобель АГ» нельзя отнести к универсальным, так как образующийся хлористый аммоний легко гидрализуется во влажной среде и способен вызывать корро­зию контактирующих с пенопластом металлов.

Метод термообработки в течение нескольких часов при 130°С с последующими вакуумированием и обработкой газообразным аммиаком, предложенный французскими учеными [52], значительно удлиняет общий баланс времени производства пенопласта и является сложным в технологическом отношении.

В США [53J для нейтрализации фенолоформальдегидных пено­пластов в состав вспенивающейся композиции вводят специальные добавки, представляющие тонкодисперсные порошки соединений основного характера, заключенные в защитную оболочку из веществ, имеющих температуру плавления ниже максимальной температуры процесса изготовления блочного пенопласта. Полученные блоки пе­нопласта подвергают термообработке при 100°С. В этих условиях защитная оболочка плавится, высвобождая нейтрализующий агент, подобранный таким образом, чтобы при его взаимодействии с при­меняемым кислотным отверждающим агентом образовались соли, имеющие малую константу диссоциации. Однако при использовании такого метода трудно обеспечить полную нейтрализацию всей сво­бодной кислоты в пенопласте из-за чрезвычайно низкой скорости взаимной диффузии твердой добавки и нелетучей кислоты в сшитом полимере. Кроме того, при реализации подобного способа затруднена возможность стехиометрического расчета количества нейтрали­зующей добавки, поскольку практически невозможно обеспечить контролируемую скорость седиментации порошка в условиях изме­нения системы.

19

Разработанные во ВНИИСС пенопласты типа ФРП не вызывают коррозии углеродистых сталей [54—57], а даже в значительной мере защищают металл от нее. Подобного эффекта достигли благодаря применению отверждающего агента, способного связываться хими­чески в процессе и в условиях вспенивания и отверждения исходного резольного полимера.

З*

ПЕНОПЛАСТЫ На основе фенолоформальдегидных полимеров

Физико-механические свойства пенопластов и экономическая эффективность их производства

Из готовых пенопластовых плит вырезали образцы для физико - механических испытаний. Также подвергали испытаниям и образцы материала, взятого из разных участков ФНК. Усредненные показатели свойств пенопластов, полученных на опытно-промышленной установке, …

Технологические параметры работы установки

По длине ФНК условно делится на четыре температурные зоны. Первая зона — длина 2 м, температура 50—90°С. Здесь происходят подогрев композиции и расплавление смолы. Вторая зона охваты­вает вторую, третью и …

ПРОМЫШЛЕННАЯ УСТАНОВКА НЕПРЕРЫВНОГО ФОРМОВАНИЯ ПЕНОПЛАСТОВЫХ ПЛИТ

Поданным наших исследований [120—124] Ростовским-на-Дону институтом Госпластпроект был выполнен технический проект опыт­но-промышленной установки непрерывного формования перлито - пластбетонных плит, Воскресенский завод «Машиностроитель» изго­товил установку в металле. Внедрение, опытно-промышленные испытания установки …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.