ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЕ ПЕНОПЛАСТЫ НА ОСНОВЕ КАРБАМИДНЫХ СМОЛ С АКТИВИРОВАННЫМИ НАПОЛНИТЕЛЯМИ

Наполненные пенопласты на основе реакционноспособных олигомеров

В последние годы из многочисленных заливочных композиций для изготовления многослойных конструкций наибольший практический интерес представляют и наиболее широко используются полиуретановые, фенолоформальдегидные и карбамидоформапьдегидные газонаполненные полимеры /1, 2, 3/.

Газонаполненным пластмассам, независимо от вида исходного полимера и способа их получения, присущаоднаособенность - зависимость их физико-механических свойств от плотности. Механические свойства пенопол и мера определяются как механическими свойствами полимерной матрицы, так и параметрами, характеризующими ячеистую структуру. Поэтому, логично предположить, что наиболее плодотворный путь повышения свойств невспененных пластмасс (полимербетонов) - наполнение - окажется эффективным и для пенопластов.

Во многих случаях к пенопластам предъявляются специальные требования: повышенная тепло - и огнестойкость, звукопоглощение, радиационная стойкость, гидрофильность и т. п. Выполнение этих требований только за счет модификации полимерной матрицы не всегда рационально. Наиболее эффективный способ решения подобных проблем

- принцип физической модификации - за счет введения наполнителей.

Кроме того, для пенопластов имеет значение и такая функция наполнителей, как экономия полимера и удешевление изделий, хотя малая полимероемкость и без того характерна для газонаполненных пластмасс. Тем не менее, проблема дальнейшего уменьшения расхода полимера сохраняет свою актуальность.

Наполнитель всегда в той или иной степени несовместимый с полимерной фазой, изменяет параметры процесса вспенивания и, как следствие, макроструктуру и свойства конечного пенопласта. Но было бы неправильно однозначно оценивать влияние наполнителя как негативное. Так, наполнитель может стабилизировать эмульсиюосновных компонентов при получении пенополиуретанов, и при определенных условиях может выступать в роли стабилизатора эмульсий /4/.

Принято, что наполнитель разрушает структуру образующейся пены, иногда вплоть до полного оседания (коллапса),, но при определенном размере частиц способен стабилизировать пену. Снижая эластичность пленок расширяющейся пены, наполнитель «открывает» ячейки, но в других случаях, влияя на кинетику структурообразования реактопласта, может обеспечивать получение закрытоячеистого пенополимера /5/. Поэтому, для извлечения максимальной «выгоды» от применения наполнителя, по-видимому, нужно четко выявить механизм действия наполнителя и влияние его на структуру образующегося пенополимера.

Первым промышленным пеноматериалом, содержащим наполнитель, был разработанный в США фирмой « Дюпон» эластичный пенополиуретан (ППУ), содержащий до 125% (масс) порошкообразного доломита или тяжелого шпата. Эта добавка позволила довести эластические свойства этого пенопласта до уровня пенорезины, но лишила ППУ главного преимущества-легкости. Кроме того, снизилась прочность при растяжении, а также относительное удлинение. В настоящее время производство подобных пенопластов почти польностью прекращено из-за отсутствия явных преимуществ в свойствах перед ненаполненными ППУ новых марок.

В 1976 году в США был получен эластичный ППУ марки «Хайпол», получающийся в результате совмещения гидрофильного преполимера с водой. В такой ППУ можно ввести до 80% (масс) и более наполнителя, поскольку вязкость (наполнитель добавляют в водный компонент) перестает быть лимитирующим фактором переработки. Вскоре стало ясно, что пенопласт, в силу присущих ему недостатков (низкая упругость, высокая остаточная деформация) вряд ли сможет конкурировать с обычным эластичным ППУ, но открывает поистине безграничные возможности для создания наполненных пенопластов /4/.

В работе /6/ показана возможность получения пенополиуретановой композиции с применением ряда усиливающих минеральных наполнителей (пеностекло, керамзит, вакулит, азерит) насыпной плотностью до 200 кг/м3. Установлено, что прочность композиционных пенополиуретанов при 10%-ной деформации сжатия на 15-30%, а при растяжении на 15% выше ненаполненных композиций.

Хорошие результаты получены при физической модификации - наполнении пенополиуретанов меламином, расслаивающимся и вспучивающимся при горении графитом /7, 8/ а также рубленым стекловолокном /11, 12/.

Свойства некоторых составов пенополиуретанов, применяемых в многослойных панелях /9, 10, 13/ приведены в таблице 1.1.

Широкое распространение во всех развитых странах мира получили фенольные композиции и пенопласты на их основе. Для получения утеплителей строительного назначения используют фенольные пенопласты марок ФЛ, ФПБ, ФРВ-1 и Виларес-400. Изучению структуры и свойств фенольных композиций посвящены значительное число работ /14, 25/.

При получении пенопластов ФЛ используется спирторастворимая смола ВИАМ-Б с катализатором отверждения и вспенивающим агентом, образующимся при взаимодействии алюминиевой пудры с кислотным отвердителем. В состав композиции входит также уротропин и поверхностно-активное вещество ОП-7. В отличие от пенопластов ФЛ пенопласт ФПБ получают на основе резольной смолы марки Б.

Наибольшее практическое применение в многослойных конструкциях нашли заливочные композиции, разработанные во ВНИИСС, марок ФРП-1 и Виларес.

Основной компонент смеси для получения пенопласта ФРП-1- жидкая фенолоформальдегидная смола ФРП-1А, содержащая в своем составе вспенивающий агент (порошок алюминия марки ПАК-3), тщательно диспергированный в смоле и ПАВ /21/. Введение в состав смолы пенообразующей добавки, которая, будучи гомогенно распределенной внутри смолы, способствует, в дальнейшем, образованию равномерной мелкоячеистой структуры пенопласта.

Известен состав наполненного пенопласта на основе фенолформальдегидной смолы марки СФЖ-309, содержащий, с целью улучшения физико-механических характеристик и затрат, фосфогипс. При этом предел прочности при сжатии и изгибе пенопласта повышается соответственно на 35 и 45%, а усадка уменьшается на 17%.

Авторами работы /26/ показано, что экономия полимера достигается при использовании любых наполнителей, если в случае замены части композиции на эквивалентное по объему количество наполнителя, объемы наполненного и ненаполненного пенопласта одинаковы. Исходя из этого условия, плотность пенопласта (у н), содержащего в своем составе ( Снап) (масс, доля) наполнителя, плотностью ( рнап ) , связана с плотностью исходного ненаполненного пенопласта ( у 0 ) следующей зависимостью:

То = [С„ап.(Ро /Риал. " ') + Ч?„ап. <1 •'1)

Где: ( р0 ) - плотность полимера.

Разработан состав для теплоизоляции трубопроводов на основе фенолформальдегидного полимера ФРВ-1А, который с целью снижения расхода полимера содержит до 29-34 масс, части перлитового песка /27/. Возгораемость перлитофенопласта на 15-25% ниже, чем у пенопласта ФРП-1.

Из других типов наполненных пенореактоп ластов широко производятся пенопласты наоснове ненасыщенных полиэфирных смол. Эти пенопласты долго не находили применения из-за отсутствия явных технических и экономических преимуществ перед известными пеноматериалами. К тому же специально разработанные жидкие азосоединения, служившие одновременно газообразователем и инициатором радикальной полимеризации, были признаны канцерогенными и сняты с производства.

Положительные результаты были получены при использовании полиэфирной смолы марки П-3 в качестве целевой модифицирующей добавки смолы ФРВ-1А /28/. Выявлено, что при совмещении обоих компонентов получается устойчивая смесь, сохраняющая свои свойства в течение месяца.