ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЕ ПЕНОПЛАСТЫ НА ОСНОВЕ КАРБАМИДНЫХ СМОЛ С АКТИВИРОВАННЫМИ НАПОЛНИТЕЛЯМИ

Современное представление о технологии карбамидных пенопластов и области их применения

Карбамидные пенопласты в строительстве используются в качестве теплоизоляционных материалов для чердачных перекрытий и трубопроводов теплотрасс, для заполнения полых стеновых панелей, а также для защиты грунтов от промерзания /37, 64, 46/.

В отличие от полиуретановых и фенольных, карбамидные пенопласты получают не только за счет протекания химических реакций, но и в основном физическим путем. Этот процесс заключается в принудительном введении газа (воздуха) в жидкую композицию с помощью быстровращающихся мешалок (взбивание) или его продуванием через распределительное устройство (барботирование).

Карбамидный пенопласт, известный под названием «мипора», выпускается в виде блоков. Технологический процесс получения «мипоры» включает подготовку сырья, приготовление раствора карбамидной смолы, приготовление пенообразующего раствора, вспенивание, отверждение и сушку пенопласта.

Раствор пенообразователя получают смещением концентрированного раствора, состоящего из отвердителя-контакта Петрова, ортофосфорной кислоты, резорцина, щавелевой кислоты и умягченной воды. Растворы карбамидного олигомера, пенообразователя и фосфорнокислого аммония поступают в рабочие емкости, откуда через дозаторы подаются на смещение в пеновзбиватель. В верхнюю часть пеновзбивателя при работающей мешалке вначале подают пенообразователь, который в течение 3-4 мин взбивают в пену при непрерывном поступлении сжатого воздуха в нижнюю часть. Затем за 1-2 мин подаются растворы смолы и фосфорнокислого аммония и перемешивание продолжается еще 15-20 с, после чего пену сливают через выдвижное дно аппарата в формы, уложенные на движущийся транспортер.

Отверждение блоков производят в специальной камере, где их выдерживают в течение 3,5-4 ч. при (18-22°С), затем блоки сушат по следующему режиму: 1 сут при (30-40°С); 2 сут при (40-50°С); 1 сут при (50°С). После сушки блоки поступают в камеру выстаивания, где находятся 72 ч при 20°С. Процесс сушки может быть значительно ускорен при помощи высокочастотного или комбинированного нагрева /37, 39/.

Поиски более прогрессивной технологии и вместе с нею расширения области применения карбамидных пенопластов привели к созданию заливочных карбамидных пенопластов, приготавливаемых на месте применения.

Заливочный карбамидоформальдегидный пенопласт марки МФП-1 с р=10 - г - 25 кг/м3 (ТУ 605-221-276-81), разработанный ВНИИССом изготавливается на установке УЗМФП-1 из двух компонентов карбамидоформальдегидной смолы марки КФ-МТ и агента вспенивания и отверждения АВО-1 (в состав которого входят контакт Петрова, фосфорная кислота и резорцин). Перед употреблением раствор АВО-1 необходимо разбавить водой (в соотношении 1:9). Пенопластполучаютсмешениемолигомера и АВО с воздухом на передвижной пневматической заливочной установке, производительностью до 20 м3/ч. Образующейся пеной с помощью гибкого шланга заполняют формы. В течение 2-4 ч пена теряет текучесть и становится твердой, а через 2-7 сут окончательно высыхает.

С учетом недостатков установки УЗМФП-1 разработаны другие универсальные пеногенерирующие установки (УЗМФП-2 - УЗМФП-8), которые отличаются между собой по производительности и устройству отдельных узлов, на которых были получены пенопласты марок МФП-2 - МФП-5 /66/.

Пенопласт марки МФП-2 со средней плотностью, равной 15-30 кг/м3, изготавливался из карбамидной смолы марки КФ-МТ и агента вспенивания и отверждения АВО-2 (раствор триэтаноламиновой соли лаурилсульфата в ортофосфорной кислоте) в соответствии с ТУ 6-05-221-276-81.

Карбам и доформ альдегидный пенопласт МФП-3 с р = 5-30 кг/м3 был получен на основе карбамидной смолы и агента вспенивания и отверждения АВО-2 в соответствии ТУ 6-05-221-276-81. Этот пенопласт отличается от предыдущих марок тем, что при получении пенопласта содержание жидкости на 1м3 было снижено на 40-60 л. При заливке композиции в строительную конструкцию уменьшается «дренаж» (истечение жидкости из пены) жидкости, снижается усадка и увеличиваются адгезионные свойства пенопласта в обшивкам конструкции /65/.

Для получения пенопласта марки МФП-4 используют вспенивающе- отверждающий агент ВВО-3, который содержит в своем составе ортофосфорную кислоту, пенообразователь №3, солянокислый гидроксиламин и воду. Пенообразователь №3 выпускается химической промышленностью в соответствии с ТУ 6-14-508-80. Гидроксиламин солянокислый вводят в композицию с целью снижения суммарного количества выделяемого формальдегида.

В отличие от пенопласта МФП-3 (соотношение смола: АВО-2-1: 1,5) для изготовления пенопласта МФП-5 при меня ют соотношение карбамидная смола: АВО-2-1:1.

В процессе отверждения и сушки карбамидных пенопластов вышеуказанных марок наблюдается значительная усадка, тем большая, чем выше температура и скорость сушки. В результате имеет место явление отслаивания материала от стенок формы. В этом случае необходима дополнительная заливка пены по периметру изделия. Для предотвращения растрескивания блоков их сушат при температуре 40- 45°С и высокой относительной влажности воздуха.

Разработаны марки быстротвердеющих карбамидных пен - БТП (ВНИИГ им. Веденеева) и БТП-М (ЛенЗНИИЭП). Пенопласт БТП получают механическим смешением с помощью эжекторного устройства водного раствора карбамидной смолы и пенообразователя (ПОИ, ПО-ЗА или «Прогресс») с добавкой отвердителя (соляной кислоты).

Исходная композиция БТП-М вотличиеот БТП дополнительно содержит резорцин и синтетический латекс СКД-1; способствующие улучшению прочностных свойств материала, снижению хрупкости и усадки (см. таблицу 1.2). Кроме того, процесс получения пенопласта БТП-М можно осуществить при температурах до -17°С. Следует отметить, однако, что применение пенопластов БТП и БТП-М ограничено их высокой коррозионной активностью из-за использования в качестве отвердителя соляной кислоты.

ВНИИдрев разработал пенопласт марки ПКП-30, который изготавливают согласно ТУ 16-627-82. Этот вид пенопласта получают на пеногенирирующей установке воздушно-механическим способом.

Пенопласт ПКЗ-ЗО рекомендован для экспериментального строительства в деревянном домостроении /37/.

Общим недостатком ныне существующих установок для получения карбамидных пенопластов (установка ВНИИГ, УЗМФП-1-УЗМФП-5) является необходимостью заранее, перед получением пены, приготавливать растворы смолы и отвердителя, что увеличивает трудоемкость. Кроме того, известные установки имеют небольшую производительность - 10-15 м3 пенопласта в час и не позволяют обеспечивать непрерывный процесс его получения. При каждом перерыве в процессе работы установок требуется проводить очистку ряда узлов и шлангов от остатков затвердевающего пенопласта.

Указанные недостатки были сведены к минимуму совмещением технологических операций по приготовлению растворов смолы, кислоты и процесса получения пенопласта /67/. Установка позволяет проводить непрерывное получение пенопласта в течение 10-12 ч путем дозаправки компонентов.

За рубежом большинство марок карбамидоформальдегидных пенопластов получают непрерывным заливочным способом по технологии фирмы ВА Р на малогабаритных и высокопроизводительных установках.

При этом в нижнюю часть вертикального реактора с мешалкой непрерывно подается смола, а в верхнюю часть - АВО и сжатый воздух. Свежеформованный пенопласт через регулирующий клапан непрерывно выгружается на движущийся транспортер (1).

В ФРГ заливочным методом на месте применения изготавливают пенопласт под названием «Изошаум», «Гидромуль», в Чехословакии - «Мофотерм» /70, 71/.

• Заливочные карбамидные пенопласты получают во Франции и в ФРГ методом напыления на рабочую поверхность под давлением 0,2 МПа. Выпускаемую в Японии пену диафом, также наносят методом напыления /72/.

Успехи технологии получения наполненных пенопластов по сравнению с технологией ненаполненных композиций достаточно скромны. Это является следствием специфических трудностей получения качественной макроструктуры пенопласта в присутствии наполнителя. В результате в ряде случаев наблюдается не улучшение, а ухудшение под действием наполнителя наиболее ценных свойств пенопласта: легкости, удельной прочности, теплоизоляционной способности. Кроме того, при создании промышленной технологии производства наполненных пенопластов возникают те же проблемы, что и при переработке любых наполненных полимерных систем:

1) Под влиянием наполнителя изменяется термо - и гидродинамические параметры формирования полимерного материала, что заставляет кардинально изменять технологический режим проведения процесса; для введения наполнителя в полимерную композицию и гомогенного диспергирования в ней требуется специальное оборудование;

2) Повышение вязкости одного из компонентов и всей композиции под влиянием наполнителя часто приводит к снижению производительности и удлинению технологического цикла;

3) При переработке композиции с наполнителем повышается абразивный износ перерабатывающего оборудования.

При получении наполненных пенопластов двухкомпонентным способом, чаще всего, наполнитель совмещают с композицией до вспенивания. При этом достигается лучшее смачивание и более равномерное распределение наполнителя во вспенивающейся композиции, что способствует получению более качественной ячеистой структуры.

Данный способ введения наполнителя не свободен от недостатков: выбор дисперсного наполнителя ограничен размером его частиц, а повышение вязкости наполненного компонента часто не позволяет вводить такое количество наполнителя, которое необходимо для удовлетворения требований, предъявляемых к пеноизделию.

Но при оптимальном подборе соотношения полимера к наполнителю и достижения гомогенности смешиваемых компонентов вышеуказанные недостатки могут быть сведены к минимуму.

В ряде работ /53, 48, 74/ указывается на эффективность данного способа введения наполнителя. Предварительно готовили смесь, включающую карбамидную смолу, ОП-Ю и карбонатный наполнитель. С помощью скоростного шнекового смесителя полимерную композицию совмещали с кислым отвердителем и заливали в формы. Пенопласт отличается однородной мелкоячеистой структуры и достаточно высокими эксплуатационными свойствами.

С целью повышения производительности заливочного устройства и качества смешения компонентов путем увеличения пропускной способности линии подачи компонентов в смесительную головку авторами работ /68, 69/ предложена дополнительная линия рециркуляции и камера предварительного распределения. Отмечается равномерное распределение потоков отдельных компонентов в смесительном пространстве.

В народном хозяйстве карбамидные пенопласты применяются в качестве теплоизоляции строительных конструкций и холодильных установок /70, 75, 76, 77/. В последние годы они шире начали внедряться для изоляции трубопроводов, для изготовления трехслойных панелей и в панелях из древесных материалов /46, 78/. ■

Известен опыт применения карбамидных пен для изоляции горных выработок и защиты почв золотоносных карьеров от промерзания в условиях Крайнего Севера. При этом глубина промерзания грунта уменьшается в 2,1 раза/75/.

Карбамидный пенопласт был применен в качестве теплоизоляции взамен минераловатного утеплителя в совмещенных проветриваемых покрытиях жилых домов /79/. Теплоизоляция из пенопласта наносилась непосредственно на строительной площадке. Нанесение пенопласта проводилось на непрерывный пароизоляционный слой из рубероида.

Фирма «Вармаль ЛТД» (Англия) применяет карбамидный пенопласт «Вармаль» с р = 8кг/м3 для теплоизоляции стен. Приготовление смеси исходных компонентов, их вспенивание и заполнение полостей в стенах осуществляется на строительной площадке.

В Нидерландах карбамидная пена используется для теплоизоляции зданий с полыми стенами из кирпича. Полость между наружной стеной, выполненной из обычного кирпича, и внутренней стороной, выполненной из силикатного кирпича, заполнялась пеной, толщиной 50+60 мм. В наружной кирпичной стене на определенном расстоянии друг от друга высверливаются в швах отверстия, через которые жидкая пена подается в полость стены пистолетом под небольшим избыточным давлением.