ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЕ ПЕНОПЛАСТЫ НА ОСНОВЕ КАРБАМИДНЫХ СМОЛ С АКТИВИРОВАННЫМИ НАПОЛНИТЕЛЯМИ

Физико-химические исследования пенопластов с активированными наполнителями

Смачивание наполнителей связующими, которое является необходимым условием получения прочных наполненных пенопластов, характеризуется интенсивностью взаимодействия между молекулами этих веществ. Если молекулы связующего взаимодействуют с молекулами наполнителей сильнее, чем между собой, то связующее будет растекаться по поверхности, т. е. смачивать поверхность наполнителя. Если молекулы связующего взаимодействуют друг с другом значительно сильнее, чем с молекулами наполнителей, смачивание поверхности наполнителя будет неполным.

1) Универсальной количественной характеристикой смачивания является краевой угол (и), образующийся между касательной к поверхности связующего с поверхностью наполнителя в точке соприкосновения трех фаз (воздух-связующее-наполнитель).

Величина этого угла определяется условием механического равновесия. Согласно уравнения Лапласа, величина Cos и при равновесии связана с межфазными поверхностными натяжениями следующим соотношением:

Стн-в - стн-с

Стс-в

Где: ан_в - поверхностное натяжение на границе наполнитель - воздух; °н-с" поверхностное натяжение на границе наполнитель - связующее; ас-в" поверхностное натяжение на границе связующее - воздух.

Если стн_в > , то наполнитель будет смачиваться связующим. Тогда и < 90°, т. е, краевой угол будет острый, A Cos о >0 (рис. 3.6 а). В обратном случае поверхность наполнителя будет противодействовать растеканию на ней жидкости, краевой угол будет больше 90°, а Cos и <0(рис. 3.6, б), связующее не смачивает наполнитель.

Данные табл. 3.6 свидетельствует о том, что введение КПАВ в композицию способствует уменьшению краевого угла смачивания барханного песка с 65 до 30° и с 65 до 34° при использовании ЛДБАХ и ДПХ соответственно.

Таблица 3.6

Влияние КПАВ на смачивание барханного песка карбамидным связующим

Улучшение смачивания барханного песка карбамидной смолой в присутствии ЛДБАХ и ДПХ можно объяснить ориентированной адсорбцией последних на поверхности наполнителя. Поверхность барханного песка первоначально является гидрофильной, т. е. преимущественно смачивается с водой. КПАВ, адсорбируясь на границе раздела фаз «барханный песок - смола» ориентируются в адсорбционном слое таким образом, что к поверхности наполнителя обращены полярные группы, а углеводородные радикалы - в окружающую среду, что делает зерна песка гидрофобными и хорошо смачиваемыми карбамидной смолой.

Из вышеизложенного можно сделать вывод, что обладая дифильным строением, КПАВ уравнивают полярность связующего и наполнителя, снижают поверхностное натяжение связующего, улучшают смачивание наполнителя, увеличивают площадь контакта наполнителя и связующего.

2) Для изучения возможных химических и координационно-химических изменений использован метод ИК-спектроскопии (рис.3.7). Как видно, в

Структурные модели смачивания наполнителей связующим

Б< 90

Б)

90

В)

Воздух f

"чи J

Связующей наполнитель

Рис. 3.6. а - смачивание; б - переходный случай; в - несмачивание

ИК-спектре карбамидной смолы (спектр 1) наблюдаются полосы пропускания при 1020 см'1 (ОН-группы метилола), 1140 см-1 (сложные эфирные связи С-О-С), 1300 см-1 (группы третичных азотов), 1700 см-1 (карбоксильные группы С=0) и 3300-3400 (ОН-группы).

При совмещении карбамидного олигомера с наполнителем активированным ЛДБАХ (общую массу смешивали в течение 3 мин) интенсивность полос пропускания связи Si-OH снижается (850 см-1). В то же время увеличивается полоса пропускания метильных групп (1450 см-1).

В ИК-спектре композиции с ДПХ (рис. 3.8, спектр.2) наблюдается незначительное расширение полосы пропускания связи Si-OH. Кроме того, колебания, относящиеся в ОН группам метилола, смещаются влево (1020 см-1).

Из вышеизложенного можно сделать вывод о существовании координационно-химической связи между метиленовыми группами карбамидного олигомера и кремниевых соединений наполнителя.

3) Стойкость разработанных составов карбамидных пенопластов с активированными наполнителями к термическим воздействиям изучен методом дифференциально-термического анализа.

Как видно из рис.3.9, температура начала разложения (температура при которой теряется 5% массы) пенопластов с активированными наполнителями смещены в область высоких температур. При нагреве до 200° С контрольные составы теряют 16% своей первоначальной массы, тогда как образцы с активированными наполнителями теряют 7-8% массы. Максимальную температуру начала разложения имеет композиция с ДПХ (180° С).

Вместе с тем следует отметить, что все составы карбамидных пенопластов при нагреве до 500 °С теряют в пределах 30% массы.

4) Вывод о повышении термостабильности карбамидных пенопластов с

ИК - спектры наполненных полимерных композиций

Рис. 3.7. I - карбамидная смола;

II - наполненная композиция без ПАВ

ИК - спектры полимерных композиций с активированными

Наполнителями

Рис. 3.8. I - наполненная композиция с ЛДБАХ; II - то же с ДПХ

Активированными наполнителями подтверждается и при определении полноты отверждения пенопластов (табл. 3.7). Максимальную полноту отверждения имеет состав пенопласта с ДПХ (84%).

5) Изучено влияние КПАВ (при оптимальном их содержании) на микропористость карбамидных пенопластов (рис.3.10). Пенопласты с активированным барханным песком с добавками ЛДБАХ и ДПХ обладают

О

Более широким набором пор от 74 до 105 А (преимущественно в области

О

100-1000 и 70000-100000А).

Выводы

1. Доказано, что эффективным модификатором поверхности барханного песка для получения карбамидного пенопласта являются катионоактивные поверхностно-активные вещества, ионная активность которых соответствует поверхностной активности наполнителя.

2. Получены низконаполненные карбамидные пенопласты с активированным барханным песком, где в качестве активаторов использованы ЛДБХ и ДПХ. Выявлены статистические модели прочности карбамидных пенопластов в зависимости от количества КПАВ и

Дисперсности наполнителя, а также установлены оптимальные содержания активаторов в композициях.

3. Установлено, что при использовании активаторов улучшается смачиваемость наполнителя связующим, повышается термическая устойчивость (на 30-40%) и степень отверждения пенопласта (8-10%). ИК- спектроскопическими исследованиями показано существование координационно-химической связи между связующим и активным наполнителем.