ПОЛИМЕРНЫЕ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

ПЕНОПЛАСТЫ НА ОСНОВЕ КРЕМ11ИПОР1 ДИИЧЕСКИХ ПОЛИМЕРОВ

Пепонласты иа основе кремнийорганических полиме­ров пока не получили широкого распространения в строительстве из-за высокой стоимости исходного сырья. По ценные свойства позволяют считать эти материалы весьма перспективными.

Кремнииорганнческие полимеры, благодаря наличию связи Si—О в основной цепи макромолекулы, отличаются повышенной теплостойкостью (более 200°С), атмосфе - ро - и светостойкостью по сравнению с органическими по­лимерами, имеющими связи С—С. Эти свойства сохра­няются и у вспененных кремнийорганических полимеров.

Свойства кремнийорганических пенопластов в основ­ном определяются строением исходных полимеров. В их молекулах часть связей атомов кремния затрачена на присоединение органических радикалов (—СН3, —СбНв, —С2Н5, —ОН и др.). В зависимости от числа радикалов, приходящихся на атом кремния, и строения органиче­ского радикала могут образовываться как твердые (при R:Si < 1), так п эластичные (при R : Si = 1,2 - f - 2) по­лимеры.

Термоустойчивость кремнийорганических полимеров зависит от строения (линейное или пространственное) и вида органического радикала: у пространственных поли­меров при. нагревании и в присутствии кислорода воз­духа происходит отрыв органических радикалов и обра­зование новых силоксановых связей. У линейных поли­меров происходит также деполимеризация с разрывом связи Si—О. Тсрмоокислитсльиая устойчивость радика­лов снижается по ряду —СбН5>—СНг=СН2—>— —СН3>С2Н5 и т. д.

Сырье и методы получения. Для получения пенопла­стов на основе кремнийорганических полимеров исполь­зуют полнметплфенплгнлокеапы, полученные согндроли-

2г, о

Зом и конденсацией метил - н фенилтрмхлорснлапов, ма­рок К-10 н К-ЮА [12, 43].

(нонета полиметилфснилсилоксана (НМФС) Марка К-40

Температура плавления по Кремер - Сарнову п °С,

TOC o "1-3" h z ие минее. . ......................................... .

Кнс. шпцш число и лм КОН/г, не Стлее >

1'асгворнмос|Ь летучих при 150оС в %. не менее ''К

Содержание летучих прн 150°С в %, не (шлее. • > Продолжительность отверждении прн 200°С в мни 10— 120

Марка К-40А

Температура плавления по Кремер—Сарнову в СС .60—80

Содержание летучих в %, не более..................................................... I

Продолжительность отверждения при 200°С в мин. 5—30

В качестве газообразователей используют диазоами - побензол (ДАБ). Катализатором отверждения служит триэтаноламин (ТЭА).

При применении марки К-40А можно применять со­четание катализатора аминогуанидинбикарбоната (АГ) с газообразователем азоизобутиронитрилом (порофор ЧХЗ-57), а также порофор № 18 (динитрозопентамети - лентетрамин).

Полимеры ПМФС отверждаются с постепенным нара­станием вязкости, что позволяет получать пенопласты беспрессовым методом.

Рецептуры композиции и режимы вспенивания сле­дует выбирать таким образом, чтобы температура и ско­рость разложения газообразователя были согласованы со скоростью процесса отверждения и нарастанием вяз­кости полимера. К моменту окончания процесса вспени­вания должен образоваться гель, т. е. полимер должен перейти из стадии А в стадию Б. Отставание oopajoBa- ния геля приводит к крупноячеистой структуре или раз­рушению пены; преждевременное образование геля — к недовспениванию и получению более тяжелого пено­пласта.

Рецептуры кремнийорганического пенопласта (в вес. ч.) на основе ПМФ'С приведены ниже:

ПМФС марки К-40 . 100 ПМФС марки К-40Л. 100

Порофор ДАБ.... 2—3 Порофоз ЧХЗ. 1—5

ТЭА.............................. 0,05—1 АГ........................................ 0,3

Стекловолокно... 0,5 Стекловолокно ... 0,5

Примечание. Рубленое стекловолокно (в небольшом коли­честве) вводится для обеспечения однородной структуры некой ia - ста.

Пспопласт К-40 можно получать объемным весом от 100 кг/м* и выше в зависимости от содержания порофора ДАБ или ЧХЗ-57 в составе рецептуры: содержание поро­фора ЧХЗ-57 5% соответствует объемному весу 100 кг/м3; 3°/о — 200 кг/м3; 2% —300 кг/м3 и I % —500 кг/м*.

При введении в рецептуру пенопласта К-40 мине­ральных наполнителем его прочностные свойства сни­жаются. Лишь алюминиевая пудра несколько повышает прочность пенопласта при сжатии.

В случае применения ПМФС К-40 компоненты сме­шивают на вальцах при температуре около 100°С в тече­ние 10—12 мин. Полученный сплав после охлаждения дробят па частицы размером 1 10 мм. При использо­вании ПМФС К--10А компоненты можно смешивать в шаровых мельницах.

Готовую порошкообразную смесь загружают в огра­ничительные металлические формы, в которых проходит процесс вспенивания. Пенопласт образуется в две стадии:

Вспенивание массы при 100—150°С в течение 2—3 ч;

Отверждение массы при 200 -250°С в течение 24—48 ч.

Термообработку обычно ведут в термошкафах с элек­трообогревом и принудительной циркуляцией воздуха.

Получение пенопласта К-40 сопровождается усадоч­ными явлениями; линейные размеры изделия из пено­пласта оказываются па 2,5—3% меньше размеров огра­ничительной формы.

Кремнийорганические пенопласты можно получить также из водородсодсржащих кремнийорганических со­единений. При взаимодействии группы SiH с амнио - нли гидроксилсодержащими веществами выделяется во­дород, вспенивающий образующуюся полимерную систе­му (пенопласты марок ПК).

Основные свойства и области применения. Пенопласт К-40 способен в течение длительного времени сохранять свои геометрические размеры и вес при 200—250°С и кратковременно — при 300- 350°С. Отличаясь повышен­ной теплостойкостью, пенопласт К-40 в то же время об­ладает более низкой механической прочностью, чем пе­нопласты, изготовляемые на основе органических поли­меров.

Прочностные свойства пенопласта повышаются с увеличением объемного веса и снижаются с ростом тем­пературы (табл. ПГ>, ПП) | 12, -12].

ТАК J11MI Л 66. ПРОЧНОСТЬ ПЕНОПЛАСТА К-40 ОБЪЕМНЫМ BEC. C1V 230 ПРИ РАЗЛИЧНЫХ TFWПFРАТУPAX

Изменения прочностных свойств после длительного теплового старения при 200—250°С не наблюдается.

Пенопласт К-40 отличается хорошими теплофизнче- скнми свойствами, которые мало изменяются при повы­шении температуры до 200°С (табл. 67), но обладает

Высоким коэффициентом линейного расширения (в 2— 3 раза выше, чем у органических полимеров, в 5 раз вы­ше, чем у алюминия, и в 10 раз выше, чем у стали).

Водопоглощение пенопласта К-40 объемным весом 300 кг/м3 за 24 ч составляет 10%• Пенопласт не горит, но вызывает коррозию металлов.

Основные физико-механические свойства пенопла­стов марки ПК приведены в табл. 68 [37].

Кремнийорганические пенопласты применяются в строительстве пока еще в очень небольших количествах ввиду сравнительно высокой стоимости исходного сырья. Но они весьма перспективны в качестве тепло­изоляционного материала, способного работать длитель­ное время при температурах 200—250°С: при устройстве тепловой изоляции трубопроводов, сушилок, печен и т. д.

Зарубежный опыт. За рубежом пенопласты на основе кремнийорганических полимеров выпускаются в про­мышленном масштабе. В США выпускаются жесткие, по­лужесткие и мягкие крсмпийорганические пенопласты, обладающие высокой теплостойкостью (до 345°С), кото­рые получают при вспенивании при нормальной темпе­ратуре и небольшом давлении. Гехнолошя их получе­ния заключается в смешении - полимера с иенообразу - ющими добавками - в быстроходных мешалках в течение 15 мин и отверждения полученной пены в течение 24 ч. Низкая вязкость иены позволяет заполнять ею любые полости, а также использовать тля ее нанесения способ пульверизации. Пенопласты негорючи, имеют объемный вес 64—80 кг/м3, низкую теплопроводность. Но материал недостаточно влагостоек, так как до 60% общего коли честна пор составляют открытые поры [70].

Фирма «Dow Corning Corp.» выпускает три марки кремнийорганических пенопластов: R-7001, R-7002, R-7003, которые применяются для теплоизоляции, способ­ной работать при температуре 300—350°С. Пенопласт R-700I предлагается для вспенивания непосредственно в элементах конструкций. Эти пенопласты получаются из полимеров, имеющих отношение R : Si = 1-Н,5 и являю­щихся сополимерами метил - и фенилсилоксанов. В со­став композиции входят также газообразователи, катали­заторы и наполни гели. Композиция готовится в ви ie по­рошков, которые при 150 -170°С расплавляются и вспе­ниваются. При 150°С получаются пенопласты с более высоким объемным весом, а при 170°С — более легкие.

Для полного отверждения необходим длительный прогрев (до 80 ч) при температуре 250°С. Физико-меха- нические свойства этих пенопластов приведены в табл. 60 [42, 130, 282].

Пенопласты получают также из продуктов гидроли­за хлорсиланов и алкилсиланов, 'нагревая их при 200— 550°С в присутствии инертных газов. Эластичность мате­риалов зависит от состава и количества алкильных групп [129, 139].

Во Франции изготовляют жесткие и эластичные крем - нийорганические пенопласты [70, 101]. Для производст­ва жестких пенопластов композицию, состоящую из твердого термореактивного полимера и газообразовате­ля, плавят при 140°С, а затем в течение 4 ч повышают температуру до 150—180°С. При этом полимер вспени - ваетея и отверждается. Для стабилизации свойств пено­пласт еще 24—48 ч нагревают при 250°С в зависимости от размера заготовки. Для получения эластичных пено­пластов используют полидиалкилсилоксаны с молеку­лярным весом 400 000 — 500 000, которые содержат ме - тильные радикалы, небольшое число фенильных радика­лов и в некоторых случаях винильные труппы. Для по­вышения химической стойкости можно. вводить три - фторпропильные группы.

Для получения пенопластов приготовляют компози­цию, содержащую полимер, наполнитель, отвердитсль (перекись беизоила), газообразователь (N, /V'-диметил - N, /V'-дннитрозотсрефталамид); газообразователя берет­ся 1.5 7 вес. ч. иа 100 вес ч. полимера. Композицию расплавляют при 125°С в течение Ю 20 мин, после че­го вспенивают и отверждают при 250°С в течение 24 ч.

В Англии кремнийорганические пенопласты произво­дят из полимера, полученного из продуктов гидролиза 6,3 моля моиометнлснлоксана, 2,8 моля мопофснилсилок - сана и 0,9 моля днфенилсилоксана. В композицию вво­дится алюминиевый порошок (25 вес. ч.), который значи­тельно повышает прочностные показатели пенопласта при 260°С [с 1,2 (без порошка) до 6,8 кгс/см2]. Объем­ный вес пенопласта 230 кг/м3 [101]. Предлагается также получать пенопласты из смеси органосилоксанов, водородсодержащих кремнийорганических и гидроксил - содержащих органических соединений. Композиция вспе­нивается благодаря выделению водорода в присутствии катализаторов [100].

Имеется также сообщение о выпуске промышленно­го кремнийорганического пенопласта со следующими по­казателями: объемный вес 250 кг/м3-, предел прочности при сжатии 22—14,7 кгс/см2-, теплостойкость 370°С; ко­эффициент теплопроводности 0,037 ккал/м-ч-град, водо­поглощение 2,1 объем. %; негорюч [20].

Кремнийорганические пенопласты применяются за рубежом для теплоизоляции, способной работать дли­тельное время при повышенных температурах [20, 28].