Научные основы создания пенопластов второго поколения (стр. 6 )

Большое внимание в последнее время уделяется вопросу введения газообразователей в композицию, в том числе созданию концентратов газообразователей. Простейший способ введения – смешение в барабане – осуществляется по принципу окраски ’’всухую’’ [3]. Этот способ имеет множество недостатков, главные из которых – запыленность помещения и нестабильность композиции при хранении. Частичное устранение этих недостатков может быть достигнуто добавлением 0,2 % бутилстеарата или жидких веществ, совместимых с полимером, в количестве 0,05 – 10 % [136]. Более равномерного распределения ХГО удается добиться, если применять его в виде паст или суспензий в жидкости [137 – 139] или в пластификаторе, например, при производстве ПВХ [140].

Следующий шаг – это изготовление концентратов ГО, стабильных при хранении и транспортировке. Такие концентраты представляют обычно гранулы полимера с высоким содержанием газообразователя как ХГО, так и ФГО. Непосредственно перед применением гранулы концен­трата смешивают с гранулами полимера. Гранулы готовят в основном экструзией при температуре ниже температуры разложения ГО. Для высокотемпературных ГО применяют обычно полимеры, из которых будут изготовлять пеноизделия [141, 142], для низкотемпературных – или полимеры, имеющие низкие температуры переработки, например сополимер этилена с винилацетатом (70:10) с температурой переработки 50 °С [143], или вводят пластификаторы, снижающие температуру переработки [144]. У концентратов, предлага-емых иностранными фирмами, состав обычно не указывается. Из них наибольший интерес представляет концентрат на основе вспенивающего агента Ficel EP-D, который до температуры 204 °С практически не разлагается, а максимальное количество газа выделяется при 220 °С, что позволяет использовать его для вспенивания полиолефинов и полистиролов. Изделия из этих материалов имеют гладкую и ровную поверхность [142]. Кроме экструзии гранулы концентрата, например ФГО, могут быть приготовлены путем диспергирования в водной среде и последующего отделения и сушки масляной фазы, полученной растворением в водосовместимом органическом растворителе термопласта и ФГО, не растворимого в воде [146]. Концентрат в виде гранул чечевицеобразной формы, содержащий до 60 % порофора ЧХЗ-57 или любого другого ГО, растворимого в диметилформамиде,  можно получить  путем  высаждения  раствора полистирола  и  ГО в диме-тилформамиде в жесткий высадитель, например, в воду [145].

Вспенивающим агентам посвящено несколько обзоров и статей, в которых приводится сравнительная оценка достоинств физических и химических газообразователей с точки зрения их применения для получения пенопластов методами литья под давлением или экструзией [18, 106, 147].

Добавки специального назначения. В предыдущей части упоминались добавки – активаторы разложения порофоров, многие из них, например окислы и соли металлов, выполняют и роль нуклеируюших агентов.

Добавкам, регулирующим качество ячеистой структуры, отводится значительное место. При получении пенопластов литьем под давлением и экструзией могут быть использованы и обычные нуклеирующие добавки, особенно при использовании ФГО, такие как тальк, двуокись титана, кремнезем [1, 19]. В качестве регулятора пенообразования в японском патенте [150] предлагается использовать жидкий углекислый газ. Имеются работы, в которых сообщается об использова­нии в качестве нуклеазитов низкомолекулярных полимеров: жидкого полиизобутилена [20] и полиакриламидов [152].

Важную проблему представляет снижение времени охлаждения пеноизделия, которое значительно выше, чем время охлаждения моно-литного изделия. Ранее считалось [148], что время охлаждения уве-личивается за счет снижения теплопроводности материала. Но, как оказалось, хотя уменьшение плотности и ухудшает теплопроводность материала, это в какой-то мере компенсируется тем, что за счет снижения количества материала снижается количество тепла, которое необходимо отвести. Более важное значение имеет избыточное внутреннее давление вспенивающего агента. Если время охлаждения недостаточно, то изделие раздувается или даже разрывается. При оптимальных содержании ГО и температуре литья время охлаждения можно снизить введением в композицию наполнителя, повышающего теплопроводность, например окиси легких металлов [149]. Снижает время охлаждения и введение веществ с большой теплоемкостью, например воды [151] или смеси амидов с температурой плавления 35 – 115° С [153] , которые, испаряясь в момент сброса давления, при впрыске или на выходе из головки обеспечивают внутреннее охлаждение пенопласта, а также одновременно благоприятные условия для формирования качест­венной структуры. Имеются сообщения, что время охлаждения можно уменьшить введением силиконового ПАВ (М = 1400 – 3000) [154] или 0,06 – 0,6 % декаглицерилоктаолеата [155].

Другой путь уменьшения времени охлаждения с одновременным снижением энергозатрат - снижение температуры переработки. В качест­ве добавок, снижающих температуру переработки, могут быть исполь­зованы низкомолекулярные полимеры, например полиэтиленовые воски [30] или специально синтезированные многофазные полимерные модификаторы на основе алкиларилатов и алкилметакрилатов [31]. Фирма “Velsicol Chemikcal Corp” предлагает для этих целей твердые бензоаты под общим торговым названием “Benzoflex” [34] . Снижают температуру переработки также соединения типа ароматических сульфамидов и их низшие алкилзамещенные производные [35] или галогензаметенные углеводороды, например тетрабромдихлорпиклогексан [76]. Некоторые из этих добавок могут быть использованы для широкого круга полимеров [31, 34], другие, например полиэтиленовые воски, рекомендуют только для полиолефинов [30]. Количество этих добавок обычно 1 – 5 %. Иногда введение таких добавок становится необходимым, например, при переработке высоко-наполненной композиции, имеющей очень высокую вязкость. В этом случае количество добавки, снижающей вязкость, зависит от количества наполнителя и может достигать 20 % [156]. Снижение температуры пере-работки становится возможным, по-видимому, за счет снижения вязкости. Особенность вводимых добавок должна заключаться в том, что­бы не снижать прочности пеноизделий, так как известно [80], что обычные пластификаторы вызывают значительное снижение прочностных свойств. Необходимо также отметить, что во многих случаях наблюдается улучшение структуры [31]. Для снижения плотности получаемых пенопластов и сохранения стабильности размеров при минимальной усадке вводят специальные добавки, представляющие собой сложные органические вещества: смесь первичных, вторичных и третичных амидов с углеводородными радикалами С8-21 [81], гликоль эфирного соединения, например три (1,2 дистеарилглиперо-3) борат [82], триглицериды высших алифатических кислот [157] или полиэтиленоксид [28]. Ингибиторами усадки могут быть моно- и диэфиры полиэтилен- или полипро-пиленгликолей [158] или моно- и дипальмитаты и стеараты полиокси-этиленлауриламинов [159]. Введение этих добавок позволяет снизить плотность при экструзии до 10 кг/м3 [158, 159] и до 15 – 20 кг/м3 при литье под давлением [157]. При этом изделия в основном получают с минимальной усадкой (2 %), что способствует сохранению гладкой поверхности. По-видимому, эти добавки, вводимые в примерно равных количествах (0,1 – 20 %), играют роль барьерного материала, препят-ствующего миграции газа через полимерные мембраны, повышая одновременно процент закрытых ячеек [160].

Повышению огнестойкости пеноизделий, получаемых экструзией или литьем под давлением, уделяется, на наш взгляд, недостаточно внимания. Хотя здесь существуют свои трудности. Использование большинства известных антипиренов невозможно, так как они начинают разлагаться уже в материальном цилиндре. Их введение затрудняет переработку, ухудшает качество изделий [161]. В настоящее время работы ведутся в основном в направлении поиска новых антипиренов как типичных галогенпроизводных, но имеющих несколько более высокую температуру разложения [162], так и веществ других классов. Несом-ненный интерес представляют сообщения об использовании гранули-рованных, содержащих кристаллизационную воду минеральных соеди-нений (А1(ОН)3, СаСО3 и т. п.) с покрытием из гидрофобной силиконовой смолы [163]. Эти соединения разлагаются при повышенных температурах с поглощением тепла и выделением воды. Можно применять и обычные антипирены, снизив предварительно температуру переработки [164].

Качество поверхности также может быть улучшено введением до-бавок. В частности, улучшают качество поверхности добавки, снижающие температуру переработки [34, 35]; добавки, улучшающие структуру, также оказывают положительное действие на качество поверхности. Есть сообщения, что качество поверхности улучшается при введении в композиции на основе ПС, ПЭ 0,1 – 15 % тонкоизмельченного (10 меш) неорганического наполнителя, например литопона [165].

Тесно связана с качеством поверхности прочность пеноизделий, особенно получаемых литьем под давлением. При низком качестве по-верхности прочность сварных швов мала, что может снизить прочность самого пеноизделия в 2 раза [107].

Второй фактор, оказывающий влияние на свойства пеноизделий, –прочность полимерной основы, которая может быть увеличена несколь-кими способами. Во-первых, на прочность полимера значительное влияние оказывает его молекулярная масса. Так, сравнение прочности двух марок пенопластов на основе полистиролов ПС-1 и ПСВ, отличающихся молекулярной массой, показывает, что прочность при растяжении пенопласта ПСВ составляет примерно 50 – 60 % прочности ПС-1, а прочность при сдвиге этих материалов отличается более чем в 2 раза [27]. Во-вторых, прочность полимерной основы может быть повышена введением наполнителей, в качестве которых в основном используют стеклянные волокна или тальк [166, 167]. В работе [168] показано, что при снижении плотности на 25 % и бо­лее теряется положительный эффект от введения дисперсной добавки. Применение стеклянных волокон вызывает повышенный износ оборудо­вания (сопла, формующей головки). Поэтому наполненные пенотермопласты не получили широкого распространения.