Усиление карбамидных пенопластов активными наполнителями

Способы наполнения карбамидных пенопластов

Проведя анализ тенденций развития охранных документов и публикаций, можно сделать вывод о том, что главные исследования в области улучшения свойств карбамидных пенопластов за рубежом проводились 30-40 лет назад и были направлены на разработку составов и технологии производства, химически модифицированных карбамидоформальдегидных смол с целью улучшения токсикологических характеристик материала и снижения усадки, а также оборудования для производства карбамидных пенопластов.

Основными направлениями исследований и разработок в области улучшения эксплуатационных показателей карбамидных пенопластов в России на сегодняшний день являются: разработка модифицированных карбамидоформальдегидных смол с меньшим содержанием формальдегида и разработка высокотехнологичного оборудования для производства карбамидного пенопласта. В меньшей степени патентуются составы, включающие различные пластификаторы и наполнители.

До сих пор попытки изготовить наполненный карбамидный пенопласт низкой плотности с требуемыми свойствами не имеют эффективного решения.

В патенте [120] в качестве наполнителя предлагается использовать широкий спектр тонкодисперсных или пористых материалов на основе кремнезема или золошлаковых отходов мусоросжигательных заводов, или золошлаковых отходов металлургических производств, или керамзита, или гипса, или силиката калия или натрия, или мрамора, или гранита, или пород горных выработок. Авторы утверждают, что предлагаемый ими способ позволяет получать экологически чистый материал с высокими физико - механическими показателями. Однако, тот факт, что большинство из указанных наполнителей являются химически несовместимыми с компонентами смеси и имеют высокую насыпную плотность и введение данных наполнителей может привести к снижению кратности и стабильности пены, вызывают сомнения в достоверности данных представленных в данном патенте.

Разработке составов наполненных карбамидных пенопластов посвящен ряд авторских свидетельств, патентов и публикаций, которые можно разделить по способам изготовления карбамидных пенопластов.

Известны работы, посвященные наполнению карбамидных пенопластов, получаемых химическим вспениваем за счет выделяющихся газообразных продуктов в результате химического взаимодействия компонентов.

В работе [121] представлена композиция для теплоизоляционного материала, содержащая карбамидоформальдегидную смолу, лёсс, ПАВ, 10-20% раствор серной кислоты и водную эмульсию битума в качестве модификатора, улучшающего морозостойкость пенопласта. Лёсс представляет собой тонкозернистую осадочную породу, богатую углекислым кальцием. Газообразование в предложенном составе происходит в результате химического взаимодействия лёсса с кислотой и с интенсивным выделением газа, в котором лёсс играет роль наполнителя и вспенивающего агента. Введение лёсса повышает прочность пенопласта, но при этом пенопласт, получаемый на основе этой смеси характеризуется плотностью от 160 кг/м и высоким коэффициентом теплопроводности. Кроме того, введение в систему дополнительной воды в составе битумной эмульсии способствует повышению усадочных деформаций при отверждении и сушке пенопласта.

Так же известна композиция [122], содержащая в качестве наполнителя и газообразователя технический мел. Однако труднорегулируемая кинетика газообразования и плохая диспергируемость в результате плохого смешения приводят к получению высокоплотных пенопластов с неравномерной ячеистой структурой, что негативно сказывается на теплофизических свойствах пенопласта.

Наполнение карбамидных пенопластов, изготавливаемых физическим способом вспенивания путем введения низко кипящих жидкостей или механическим вспениванием, приводит к непредсказуемым нарушениям реологических параметров пеномассы, и как следствие, ухудшению ячеистой структуры.

С целью повышения механической прочности физически вспененных карбамидных пенопластов разработан состав [123] на основе карбамидоформальдегидной смолы, содержащей древесный наполнитель, в качестве которого предлагаются древесная мука, опилки, а также волокнистая фильтромасса от вакуумных фильтров очистных сооружений целлюлозно - бумажных заводов.

Советским ученым в начале 1980-м г. удалось заменить 30-50% карбамидоформальдегидной смолы на кислый гидролизный лигнин- крупнотоннажный попутный продукт гидролизной и целюлозно-бумажной промышленности и одновременно несколько повысить прочность наполненного им пенопласта [124]. Интересно, что параллельно в этом же направлении (и тоже не без успеха) работали болгарские коллеги.

Главным недостатком карбамидных пенопластов, наполненных древесными наполнителями и гидролизным лигнином, является горючесть и необходимость дополнительного введения антипиренов.

Повышение горючести также является недостатком композиций [125,126], содержащие органические наполнители - углегуминовые модификаторы и кубовые остатки производства тетрагидрофурана.

Углегуминовый модификатор получается в результате механохимической переработки бурых и окисленных углей, содержащих 60-85% гуминовых кислот. Гуминовые кислоты - сложные высокомолекулярные соединения, характеризующиеся наличием активных кислых групп карбоксильных (СООН) и фенольных (-ОН), а также хиноидных группировок, что позволяет им активно взаимодействовать с формальдегидом, также основными (аминными) группировками карбамидоформальдегидной смолы. Введение в состав композиции гуминовых кислот существенно повышает прочность карбамидных пенопластов и снижает уровень миграции формальдегида, уменьшая тем самым их токсичность [125].

С целью улучшения механических характеристик и уменьшения коррозионной активности теплоизоляционного материала за счет снижения

Остаточной кислотности конечного продукта,,была разработана сырьевая смесь, содержащая в качестве модифицирующей добавки; кубовые остатки производства тетрагидрофурана [126]. Снижение остаточной кислотности конечного продукта обусловлено реакциями, ' как полимеризации, так и поликондёнсации фурановых соединений в присутствии минеральных кислот и кислых солей.. ' • : ' •

Введение традиционных наполнителей, в карбамидные: пенопласты, получаемые на сегодняшний день, .широко распространенным' воздушно- механическим: способом вспенивания, приводит к разрушению структуры образующейся пены, иногда вплоть до полного оседания.

Первые, попытки изготовить воздушно-механическим способом-, наполненный карбамидный пенопласт низкой плотности, .с требуемыми свойствами были предприняты в США. С целью повышения стабильности пены и снижения объемной массы карбамидный пенопласт модифицировали тонкодисперсным карбонатом кальция [127]. Улучшение стабильности и кратности вспенивания карбамид ной пены достигается за счет выделяющегося углекислого газа, образующегося в - результате взаимодействия; карбоната кальция - и катализатора отверждения карбамидоформальдегидной смолы - ортофосфорной кислоты. При этом удалось добиться увеличения прочности на. 30%. Но, главным, недостатком использования в качестве наполнителей; химически чистых компонентов (карбонат кальция) является высокая степень трещинообразования пенопласта в. результате интенсивной - реакции: взаимодействия; химически - чистых- наполнителей с кислым катализатором отверждения карбамидоформальдегидной смолы. Поэтому максимальное количество вводимого' карбоната кальция не превышает 1-2%, при этом не наблюдается значительного увеличения прочности.