ПОЛИМЕРНЫЕ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

ПЕНОПЛАСТЫ НА ОСНОВЕ ЭПОКСИДНЫХ ПОЛИМЕРОВ

^ поксидные полимеры обладают отличной адгезией ко многим материалам, высокими механическими свойствами, небольшой усадкой при отверждении, высо­кой химической стойкостью, хорошими диэлектрически­ми свойствами. Эти свойства сохраняются и у вспенен­ных полимеров. Но несмотря на высокую стоимость, пенополиэпоксиды уже применяются в строительстве. В СССР разработано несколько марок пенополиэпокси - дов (ПЭП, ПЭТ, ПЭ-1, ПЭ-2, ПЭ-2Т, ПЭ-3, ПЭ-5, ПЭ-6), изделия из которых можно получать методом заливки, при повышенных, нормальных и даже отрицательных температурах.

Сырьем для получения пенополиэпоксидов служат низкомолекулярные эпоксиды (с молекулярным весом до 600) марок ЭД-5 и ЭД-6 (ГОСТ 10587—63). ЭД-5 представляет вязкую жидкость светло-коричневого цве­та; ЭД-6 — более вязкая, чем ЭД-5, жидкость светло - желтого или светло-коричневого цвета. Их свойства при­ведены в табл. 70.

ТАБЛИЦА 70 СВОЙСТВА НЕОТВЕРЖДЕННЫХ ЭПОКСИДОВ

Марка

Плотность D г/с и'

Содержание в %

Вязкость в сек, ие выше

Вязкость через 24 ч после смешения с отверднтелем при 100еС в сек, не более

Молеку­лярный вес

Эпоксид­ных групп

Лету­чих. не Солее

ЭД-5 ЭД-6

1,2-1,3 1,2-1,3

<18 14—18

2 1

75 при 25Х 100 при 50ГС

10

20

370—450 450—600

Структура эпоксидов в неотвержденном виде пред­ставляет собой длинные полиэфирные цепи, в которых

9 ВормГн. ск В. А.. Андрианов Р. А. 257

Свободные гидроксильные группы находятся на значи­тельном расстоянии друг от друга, а на концах имеются эпоксидные группы:

СН2 — О — СН — СН2 — [ — О — СвН4 - С (СН3)2 -

- С6 Н4 - О - СН2 - СН (ОН) - СН2 — ]„ - О - Св Н4 - С (СН,) » — Св Н4 — О — СН, —СН - О— СН,

Эпокснды могут отверждаться при нормальной или повышенных температурах аминами, амидами п други­ми веществами, имеющими подвижной атом водорода. Для получения пенополнэпокендов в качестве отверди - телен применяют в основном амины: полиэтиленполи - ампн, ц-фенилендиамин, ноли (метиленфениленамины) и их смеси.

Полиэтиленполиамин (СТУ 49-2524-62) представляет собой жидкость с запахом аммиака, которая должна от­вечать следующим требованиям:

Внешний вид прозрачная жидкость

Желтого цвета

Плотность в г! см3 . . 1—1,04

Содержание в %:

Титруемого азота, не более 22

Общего азота................................................................ 29—34

Минеральных примесей, не более 0,4

Фракционный состав в % вакуум-разгонки при 10 мм рт ст.:

Фракция до 75°С, ие более.............................................................. 1

Кубовый остаток при 200°С, не менее................................................. 55

Ц-фенилендиамин (ГОСТ 5826—51) представляет со­бой кристаллическое вещество с г°пл=64°С.

Поли(метиленфениленамины) (ВТУ ВНИИСС 52-65) ПМФА-1—хрупкий продукт темно-коричневого цвета с температурой размягчения 50—60°С. Растворяется в ацетоне, нитрометане, хлороформе и других раствори­телях.

Отвердитель ЭСК-2 представляет собой смесь р,-фени - лепдпампиа с нолн(метнленфснплснаминами) в соотно­шении 1:1.

В состав композиций для получения пенополиэпок - сидов вводятся также поверхностно-активные вещества (выравниватель А, полиэтилеигидросилоксаиы и др.), газообразователи (порофор ЧХЗ-57, фрсон-113 и др.) и другие компоненты (2,4-толуилеидиизоцианат, трикре­зилфосфат, полиэфиры и др.).

Выравниватель А (ТУ МХП 4358-55) представляет со­бой смесь метилбензолсульфонатов диэтнламинометиль - ных производных продуктов обработки моно - и ди - алкилфенолов окисью этилена общей формулы

X

Где одним из радикалов является четвертичная соль дп - этиламинометильных производных полигликолевого эфи­ра алкилфенолов. Выравниватель А — вязкая жидкость темно-коричневого цвета — является катнонноактнвным веществом.

Полиэтиленгидросилоксан (ГКЖ-94) (ГОСТ 10834— 64) представляет собой жидкость желтого цвета с Yo=0,995-r - 1,003 г/сл*3, имеющую вязкость 45—200 ест при 20°С.

Получение пенополиэпоксидов Пенополнэпокснды получают без применения повышенного давления. Они могут вспениваться в результате разложения газообразо­вателя, вскипания легкокипящих жидкостей или при по­мощи газов, выделяющихся при химическом взаимодей­ствии компонентов рецептуры. Эпоксиды отверждаются во вспененном состоянии при помощи' аминов или дру­гих катализаторов.

В СССР разработаны и применяются два основных способа получения пенополиэпоксидов: марки ПЭ — вспенивание при повышенных температурах (разрабо­тан во ВНИИСС) и марки ПЭП—вспенивание при нор­мальных температурах (разработан институтом Гидро­проект).

Пенополиэпоксиды ПЭ-1, ПЭ-2, ПЭ-2Т, ПЭ-3, ПЭ-5 получают вспенивая эпоксид ЭД-6 и отверждая его при помощи аминных отвердителен. ПЭ-1, ПЭ-2, ПЭ-2'Г, ПЭ-3 Еспенивают при помощи газообразователя порофо­ра ЧХЗ-57; ПЭ-5 — пои помощи фреона-113 (ручная за­ливка) пли фреона-142 (машинная заливка).

Пенополиэпоксид марки ПЭ-6 получают вспенивая эпоксид ЭД-6 фреоном и отверждая пену при помощи отвердителен-катализа торов катиоиной полимеризации.

ПЕНОПЛАСТЫ НА ОСНОВЕ ЭПОКСИДНЫХ ПОЛИМЕРОВ

С

ПЕНОПЛАСТЫ НА ОСНОВЕ ЭПОКСИДНЫХ ПОЛИМЕРОВ

9* 259

Технологический процесс получения конструкций и изделий из пенополиэпоксидов марок ПЭ состоит из следующих операций [15, 16]: подготовка изделия или форм; подготовка и дозирование компонентов; смешение компонентов; вспенивание; отверждение пенополиэпок - сида.

Подготовка изделия или формы одинакова для полу­чения всех марок ПЭ. Заполняемые изделия или формы могут быть любой геометрической конфигурации. Реко­мендуемая высота подъема пены — не более 20—25 см. Заполнение более высоких изделий можно проводить послойно со вспениванием и отверждением каждого слоя в отдельности.

Арматуру и внутренние поверхности конструкций следует предварительно обезжирить; металлические по­верхности для лучшего сцепления с пеной можно допол­нительно обработать наждачной бумагой или опеско - струить.

При заливке в закрытые формы верхние часги оформ­ляющей конструкции должны иметь технологические от­верстия диаметром 30—50 мм для заливки композиций или съемную крышку. Для выхода воздуха необходимо предусмотреть в крышке отверстия диаметром 1—2 мм или лыски.

Формы могут изготовляться из различных материа­лов, выдерживающих температуру до 170°С; пенопласт свободного вспенивания может быть получен в картон­ных коробках, выложенных целлофаном. Для получения формованных изделий применяют разъемные формы с отполированными или отхромированными поверхностя­ми. Во избежание прилипания массы внутренние поверх­ности форм выкладывают бумагой или смазывают смаз­кой СКТ или Ц-221 (ТУ 396-56).

При плохой теплопроводности материала формы, при получении изделий сложной конфигурации, в том числе тонкостенных, а также при получении пенопласта ПЭ-2Т формы перед заполнением подогревают до 60—100°С.

Подготовка и дозирование компонентов заключается в расчете объема, подлежащего заполнению, и навесок компонентов исходя из рецептуры и требуемого объем­ного веса (табл. 71).

Рецептура ПЭ-3 отличается от рецептуры ПЭ-2 тем, что в ее госта» вводится хлорэидикоиып ангидрид, ири-
дающий пенополйэпоксйДу самозатухаемость при выне­сении его из пламени.

ТАБЛИЦА 71. РЕЦЕПТУРЫ ПЕНОПЛАСТОВ

Количество в вес. ч.

Компонент

ПЭ-1

ПЭ-2

ПЭ-2Т

Эпоксид ЭД-6..................................................

100

100

100

Отвердители:

Ц-феннлендиамин......................................

9—10

9—10

Поли(метиленфеннле1имнны) . .

22 -25

2,4-толуилендиизоцианат (про­

Дукт 102-Т) . ..................................................

/

7

Выравниватель А.

4

3

4

Порофор ЧХЗ-57............................................

0,5—6

0,5—6

0,5—6

Отвердителя берут в стехиометрическом количестве и

Рассчитывают по формулам (в вес. ч. на 100 вес. ч. ЭД-6):

Для р,-фенилендиамина

% 5-108,14

О = ---------------------------------------------------- 1----- , (59а)

4 412-% Ф V '

Где %Э — содержание эпоксигрупп в эпоксиде в %; %Ф— содер­жание основного вещества в ц-фениленднамине в %;

Для поли(метиленфениленаминов) (ПМФА-1)

0

+

8

15

Q = '% NH2 О/о NH> • (59б)

,43 ^

Где %NH2— содержание групп NH2 в ПМФА-1 в %; %NH —со­держание групп NH в ПМФА-1 <в %.

Количество газообразователя — порофора ЧХЗ-57 — выбирают в зависимости от требуемого объемного веса пенопласта (рис. 63).

Навески компонентов рассчитывают следующим об­разом. Обозначив V — объем изделия или конструкции в м3; уо — объемный вес в кг/м3, рассчитывают вес ком­позиции Р в кг для заполнения с учетом 10% потерь:

P = Vi0-1,1. (60)

Определив стехиометрическое количество отвердите­ля по формуле (59) и необходимое количество газообра­зователя по рис. 63, подставляем эти значения в рецеп­туру (табл. 71) и подсчитываем сумму всех весовых час­тей композиции Z. Навески компонентов рецептуры оп­ределяем из соотношении:

ДЛЯ эпокснда ЭД-б

(61а)

Р 100

Для отверднтеля

PQ

Кг

(616)J

II т. д., исходя из количества весовых частей компонента в рецептуре.

Компоненты смешивают следующим образом. Прн получении ПЭ-1 вес компоненты, за исключением р-фе- ппленднампна, перемешивают в течение 10—30 мин в за­висимости от типа мешалки (рамная мешалка с 800— 1400 об/мин, лопастный смеси­тель или другие типы) при температуре 60—70°С до полу­чения однородной массы. За­тем в смеситель вводят рас­плавленный р-фенилен диамин и' продолжают перемешивание еще в течение 10—20 мин. По­лученную композицию из сме­сителя разливают в формы или изделия.

При получении ПЭ-2 и ПЭ-2Т предварительно смеши­вают ЭД-6, нагретую до 60°С, с продуктом 102-Т в течение 100 мин. Полученную смесь выдерживают без переме­шивания при 60—65°С в течение 4—5 ч или же при 20°С в течение 16 ч. При этом диизоцианат нацело реагирует с эпоксидом по гидроксильным группам. Затем вводят остальные компоненты рецептуры: выравниватель А, по­рофор ЧХЗ-57 и последним расплавленный отвердитель; смесь перемешивают и разливают в формы или изделия.

Вспенивают и отверждают пенопласты по режимам, приведенным в табл. 72.

J

Температуру и время выдержки выбирают в зависи­мости от габаритов изделия. Обычно температура и про­должительность для крупногабаритных изделий должны ими. меньшими, чем ч. ля ма. ьи лЛ. цчиныч

ТАБЛИЦА 72. РЕЖИМЫ ВСПЕНИВАНИЯ И ОТВЕРЖДЕНИЯ ПЭ

Марка

Выдержка

Отверждение

Окончательное от­верждение

Темпера­тура в "С

Врем^ в мин

Темпера­тура в °С

Время в ч

Темпера­тура в "С

Время в ч

ПЭ-1 ПЭ-2 ПЭ-2Т

50—60 80—90 80

40—90 0—40 10—30

110—120 110—120 100—110

1—2 1—2 1—1,5

160

1,5—2

Пенопласты ПЭ-5 и ПЭ-6 получают вспениванием эпокспда ЭД-6 фреоном и отверждением пены при помо­щи отвердителя ЭСК-2 (ПЭ-5) или комплекса BFZ с глп - колями (ПЭ-6).

В качестве вспенивателей используются фреоны: для ручной заливки фреон-113, для машинной заливки фре­он-142. В первом случае смесь вспенивается в результате вскипания фреона за счет тепла химической реакции от­верждения. При применении фреона-142 вспенивание проходит после снятия давления в смесителе перед от­верждением. Пена образуется сразу же по выходе ком­позиции из герметичной емкости, где велось смеши­вание; она сохраняет свою структуру и остается жидкой в течение времени, необходимого для желатинизации. Давление и смесителе должно быть 5—10 атм.

Пенопласты ПЭ-5 и ПЭ-6 отверждаются при более низких температурах (50—60°С), чем при полчении ПЭ-1 и ПЭ-2.

П енополиэпоксиды. марки ПЭП получают в резуль­тате тех же операций, что и марок ПЭ. Технология их получения отличается рецептурой и параметрами изго­товления [78, 88].

Пенопояиэпоксиды марки ПЭП можно использовать для изготовления изделий методом заливки в форму, на­носить на поверхность бетонных и Других поверхностей для устройства тепло - и гидроизоляции.

При нанесении ПЭП на поверхности из строительных материалов (бетонные, каменные, кирпичные, металли­ческие и др.) необходимо тщательно их подготовить — удалить слабые участки бетонных, каменных и кирпич­ных поверхностей, грязь, масла и цементную пленку, промыть их водой и высушить. Наиболее целесообразна пескоструйная обработка поверхности, по прн малом пбы-мс p;i6i>i можно очищать поверхность мем. мпчгски-
ми щетками. Можно пользоваться также способом трав­ления соляной кислотой с последующей тщательной очи­сткой и промывкой поверхности.

Пенополиэпоксиды марки ПЭП изготовляют на осно­ве эпоксида ЭД-6. В качестве отвердителя применяют

Полнэтнленполиамин, в качестве эмульгатора и газообразователя — по - лиэтилгидросилоксан (ГКЖ-94), который вза­имодействует с полиэти - ленполнамином с выделе­нием газа. Для регулиро­вания фи шко-мсхаинче- ских свойств пенополи - эпоксидов в состав рецеп­туры можно вводить ра­створители (например, стирол), пластификаторы (трикрезилфосфат, поли­эфир МГФ-9, тиокол НВТ, каучук СКН-18-1 и др.) и наполнители (асбест, алюминиевую пудру, стекловолокно и т. д.).

Наибольшее газовы­деление происходит при соотношении полиэтилен - гидросилоксана и поли - этиленполиамина 1 : 1,5. Регулируя соотношение компонентов в рецептуре, можно регулировать фи­зико-механические свой­ства пенополиэпоксида. Влияние добавок ГКЖ-94. жидких (растворителей и пластификаторов) и твер­дых вспомогательных компонентов на объем­ный вес и физико-механические свойства пенополиэпок­сида показано на рис. 64.

ПЕНОПЛАСТЫ НА ОСНОВЕ ЭПОКСИДНЫХ ПОЛИМЕРОВ

Кпли чстбо^r^tun^n/wcwn копа

О 20 40 60 60 100 количества mlohoso компонента 6 Bsc. 4.

ПЕНОПЛАСТЫ НА ОСНОВЕ ЭПОКСИДНЫХ ПОЛИМЕРОВ

0

SO ■100

Чоличество твердого компонента 6 tec v

Is *

Tas?

Рис. 64. Зависимость физико-<ме - ханических свойств пенополиэпок- сидов от содержания на 100 вес. ч. эпоксида

О — годородсодержащего полноргано - снликона; б— вспомогательных жид­ких компонентов: I — объемный вес: 2 — предел прочности при сжатии; 3 — то же, при изгибе; 4 — то же. при растяжении; в — вспомогательных

Твердых компонентов: 1 — объемный вес при применении стеклянных и син­тетических волокон; 2 — то же, прн применении тонколпгнергиых металли­ческих порошков; 3 — пределы прочно­сти IIри применении стеклянных и син­тетических волокон; 4 — то же, тонко­дисперсных металлических порошков-, 5 — то же, минеральных порошков

В исходном составе композиции содержится (в luv. ч.): нишей и ГОД С. И)П;ГКЖ! М М; иолн лнлеп-
полиамина—15. В качестве пластификатора чаще при­меняют полиэфир МГФ-9, которого вводят 20 вес. ч.

Эпоксид пластифицируют заранее, для чего разогре­вают его до 50—60°С, добавляют расчетное количество пластификатора и перемешивают. Затем в эпоксид вво­дят необходимое количество ГКЖ-94 и полиэтиленполи - амина, смесь перемешивают вручную (3—5 мин) или в смесителе (1—2 мин) и выливают в форму или наносят на изолируемую поверхность.

В качестве смесителей можно использовать различ­ные мешалки со съемными лопастями или передвижную установку для приготовления и заливки термореактив­ных пенопластов УЗФП-1, разработанную ВНИИСС.

При нормальных температурах (5—25°С) пенополи - эпоксиды вспениваются и отверждаются за 0,5—2 ч. Полную прочность пенополиэпоксид ПЭП набирает при­мерно за 30 суток. При повышении температуры этот процесс значительно ускоряется.

Свойства и области применения. Пенополиэпоксиды представляют собой жесткие пенопласты, в основном с замкнуто-ячеистой структурой, от белого до светло-ко­ричневого цвета. Их основные физико-механические свойства приведены в табл. 73 [15, 16, 78]. К достоинст­вам пенополиэпоксидов следует отнести простоту изго­товления, возможность изготовления методом заливки, высокую механическую прочность и хорошую адгезию к многим строительным материалам. Основные их недо­статки — высокая стоимость исходных эпоксидов и го­рючесть.

Пенопласты марок ПЭ пока еще не применяются в строительстве, хотя они могут быть использованы в каче­стве теплоизоляционного и конструктивното материала. Пенопласты марок ПЭП в основном применяются в энергетическом и гидротехническом строительстве в ка­честве теплогидроизоляции, например на Кислогубской ПЭС, на гидроузле № 2 канала им. Москвы, Горьков - ской ГЭС и других объектах [78], где их применение дало значительный технический и экономический эф­фект, несмотря на высокую стоимость эпоксидов.

Зарубежный опыт. За рубежом применение пенопо­лиэпоксидов развивается быстрыми темпами: производ­ство пенополиэпоксидов в США возросло с 1961 по 1966 г. с 0,46 до 9,12 тыс. т [25]. Ряд фирм США выпу­скает пенополиэпоксиды в виде изделий или применяют

ПЕНОПЛАСТЫ НА ОСНОВЕ ЭПОКСИДНЫХ ПОЛИМЕРОВ

26В

Их для устройства теплогидроизоляции на месте приме­нения [75, 142, 144, 150, 151, 153, 155].

Основные свойства пенополиэпоксидов, выпускаемых в США в промышленных масштабах, приведены в табл. 74 [88].

ТАБЛИЦА 74. СВОЙСТВА ПЕНОПОЛИЭПОКСИДОВ

Объемный вес в кг/м1

Показатель

40

1С0

400

СОО

Предел прочности в кгс/см2-.

4,5

22,4

77

При сжатии

» изгибе.............................................

—■

315

» растяжении...........................................

3,8

23,8

84

420

Водопоглощение (объемное) в %

1.3

0,25

0,1

0,09

Коэффициент теплопроводности в

0,02

0,029

Ккал/м-ч-град..............................................

0.079

Рабочая температура в "С, не бо­

Лее..........

148

148

148

176

Имеются сообщения [256] о производстве эпоксид­ных пенопластов на основе эпоксидного полимера, по­лученного при взаимодействии эпихлоргидрина и бис - фенола А, и вспенивающих агентов, содержащих хлор и фтор. Этот полимер, имеющий вязкость 40 из при 25°С, отверждастся в течение 1—2 мин в присутствии 3 8 вес. ч. отвердителя. Вспенивается он за счет тепла, вы­деляющегося при отверждении эпоксида. Получаемый пенопласт обладает малой плотностью и теплопроводно­стью и имеет следующие показатели: предел прочности при сжатии 1,75 кгс/см2, при растяжении 2,8 кгс/см2. Применяется он в качестве теплоизоляционного матери­ала при строительстве хранилищ.

Пеноматериалы можно получить вводя в эпоксидный полимер легкие органические и неорганические напол­нители. Материалы с неорганическими наполнителями получаются более прочными. Минимальный объемный вес таких пенополиэпоксидов 220 кг/м3, средний — 580—640 кг/м3, прочностные показатели следующие (в кгс/см2) -. предел прочности при сжатии 420; при изги­бе 175; температура эксплуатации 120°С. .Материалы лого вида применяются в слоистых конструкциях к ка­честве теплоизоляционного материала.

ПОЛИМЕРНЫЕ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Три самых популярных утеплителя для стен

Утепление — важный элемент строительства дома. Оно выполняется с помощью специальных материалов — утеплителей. Если правильно всё сделать, то зимой в комнатах будет гораздо теплее, а в знойные летние дни …

Универсальный утеплитель-экстрол 40

На сегодняшний день одним из эффективных методов утепления ограждающих конструкций жилых, общественных и производственных зданий, является использование уникального теплоизоляционного материала, название которому «Экстрол 40».

Технология утепления наружных стен

Каждый дом служит для нас барьером от проникновения внутрь дождя, снега, ветра, солнца. Внутри мы хотим быть защищены от любой непогоды. Комфорт и уют требуются для каждого из нас. Этого …

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.