Усиление карбамидных пенопластов активными наполнителями

Добавки в карбамидные пенопласты

1. Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена возможность и эффективность усиления «химическим наполнением» карбамидных пенопластов, получаемых сочетанием воздушно-механического пенообразования и газообразования за счет химического взаимодействия компонентов системы с химически активными наполнителями. Установлена эффективность усиления карбамидных пенопластов адсорбционно-активным высокопористым и ультратонкодисперсным наполнителем, содержащим наноразмерные частицы.

2. Для разработки усиленных карбамидных пенопластов осуществлен выбор наполнителей из числа неорганических техногенных отходов и природных карбонатсодержащих пород. Анализ химического, минерального, и гранулометрического состава наполнителей позволил выдвинуть рабочие гипотезы о механизме влияния наполнителей на комплекс технологических и эксплуатационных свойств карбамидных пенопластов. Все рассмотренные наполнители могут быть использованы в качестве эффективных модификаторов, усиливающих карбамидные пенопласты. В качестве адсорбционно-активного высокопористого наполнителя был выбран ВПП, ультратонкодисперсного - ЖОШ, а в качестве химически активных наполнителей - АНО, ОВТЭЦ и доломит.

3. Показана специфика «химического наполнения», проявляющаяся во влиянии реакции взаимодействия химически активных наполнителей на процесс формирования ячеистой структуры карбамидных пенопластов. Выделяющийся при взаимодействии кислоты с доломитом и ОВТЭЦ углекислый газ приводит к росту кратности вспенивания, что позволяет получить высокопрочный пеноматериал низкой плотности. Эффект усиления связан с образованием привитых металлополимеров в результате химической сшивки гидроксидами кальция и магния молекул карбамидоформальдегидной смолы, протекающей параллельно с поликонденсационным отверждением.

4. Выявленное повышение прочности химически наполненных карбамидных пенопластов определяется как формированием однородной мелкоячеистой структуры с узким распределением ячеек по размерам и меньшей разнотолщинностью элементов структуры, так и конденсационным наполнением, заключающимся в образовании в полимерной матрице тонкодисперсных (в том числе наноразмерных) частиц фосфатов кальция, магния и алюминия, «армирующих» межпоровые перегородки карбамидного пенопласта.

5. Показано, что технологические свойства формирующегося пенополимера зависят от фракционного состава ВПП и адсорбционных процессов на их поверхности. Пористая структура ВПП позволяет получить усиленный карбамидный пенопласт с высокими физико-механическими свойствами при сохранении высоких теплозащитных характеристик. Выявлена наиболее эффективная для наполнения фракция ВПП (менее 160 мкм).

6. Установлено, что высокое наполнение пенопласта ультратонкодисперсными частицами железоокислого шлака (до 50 масс.%) не изменяет реологические параметры пеномассы, что позволяет формировать ячеистую структуру, реализующую свойства высоконаполненной полимерной матрицы, а именно увеличение прочности в 10 раз, снижение усадки в 9 раз и сорбционного увлажнения в 2,5 раза.

7. Исследование изменения свойств карбамидных пенопластов с течением времени в условиях, соответствующих эксплуатационным, а именно температурно-влажностным воздействиям (1 цикл: 8 часов при +20°С и относительной влажности 97%; 16 часов при-30°С; 8 часов при +20°С; 16 часов при +60°С) показало, что наполнение карбамидных пенопластов повышает их эксплуатационную стабильность. При циклическом температурно-влажностном воздействии в течение 60 циклов, соответствующих 20 условным годам эксплуатации, снижение прочности на сжатие для карбамидного пенопласта, наполненного доломитом и ОВТЭЦ, составляет 6-7%; АНО - 13%; ВПП- 18%; ЖОШ - 8,5%, а для ненаполненного аналога - 33%.

8. Определены оптимальные рецептуры усиленных карбамидных пенопластов с следующим содержанием наполнителей (масс. ч. на 100 масс. ч. смолы): АНО-3, ОВТЭЦ - 5, доломит - 7, ЖОШ - 20, ВПП (фр. < 160 мкм)- 5 и разработана технология их производства и применения в ограждающих конструкциях. Высокий комплекс технологических и технических показателей, в том числе, эксплуатационная стабильность, позволяет рекомендовать их в качестве эффективного строительного теплоизоляционного материала в ограждающих конструкциях зданий и сооружений;

9. Результаты исследований воплощены в технических решениях:

Разработаны ТУ 5772-034-02069622-2008 «Теплоизоляционный карбамидный ПЕНОГАЗОПЛАСТ» и составлены технические рекомендации по применению усиленных карбамидных пенопластов в различных вариантах конструкций в качестве теплоизоляционного материала (трехслойные ограждающие конструкции с защитными слоями на точечных связях, ограждающие конструкции мансард и чердачных перекрытий, полы на лагах по подстилающему бетонному слою или железобетонному перекрытию и т. д.);

Техническая новизна подтверждена Патентом РФ №2294344 «Композиция для получения теплоизоляционного материала» по заявке 2006108031/04 от 28.02.2006;

Выпущена опытно-промышленная партия (100 м ) усиленного карбамидного пенопласта на предприятии ООО «КОРН» г. Казань;

- проект по организации производства усиленного карбамидного пенопласта включен в каталог III Казанской венчурной ярмарки.