Методы вспенивания полимеров газами, образующимися непосредственно в объеме композиции

Вспенивание газом, растворенным в полимере под давлением. Сущность метода состоит в том, что жидкий (расплавленный) полимер предварительно насыщается газом за счет создания высокого давлении. Для ускорения растворения газа процесс ведут при перемешивании полимера. Низковязкие олигомеры и форполимеры перемешивают в автоклавном реакторе, а высоковязкие полимеры насыщают газом в шнековых смесителях (экструдерах). Количество растворенного газа регулируют давлением и температурой. Затем насыщенный газом полимер вспенивают за счет снижения давления. Вспенивание можно производить непосредственно в автоклаве или в отдельном объеме (в форме), после передавливания туда полимера. Затем или одновременно с формированием пены ее фиксируют путем охлаждения полимера о стенки формы (для термопластов), либо отверждением олигомера химическим путем (для реактопластов) за счет выдержки в нагретом состоянии.

В качестве вспенивающего газа по этому методу может использоваться любой относительно безопасный газ или пары любой жидкости, ограниченно растворимой под давлением в полимере. В качестве газа чаще всего используют наименее безопасный азот или хладоны.

Степень вспенивания (плотность пенопласта) регулируют количеством растворенного газа или величиной перепада давления. При передавливании расплава в форму степень вспенивания можно регулировать еще и путем изменения соотношения объемов загружаемого в форму расплава и формующей полости. Размер газовых ячеек регулируют скоростью сброса давления.

Вспенивание за счет растворенной в полимере легколетучей жидкости. По этому методу в полимере предварительно растворяют несколько процентов низкомолекулярной легколетучей жидкости. Температура кипения жидкости должна быть немного ниже температуры перехода полимера в вязкотекучее состояние. Растворение проводят либо путем набухания твердого полимера (порошка или гранул) в жидкости, либо жидкость вводят в мономер на стадии получения полимера. При последующем нагревании полимера, согласно закону Генри, растворимость жидкости в полимере снижается, в результате чего образуется пересыщенный раствор. Пересыщенный раствор существует до температуры перехода полимера в вязкотекучее состояние. При достижении этой температуры происходит расслоение раствора на газ и жидкость с выделением пузырьков газовой фазы. Происходит вспенивание полимера. Затем вспененный полимер отверждают охлаждением или "сшиванием" макромолекул.

Наиболее широкое промышленное использование этот метод нашел для получения пенополистирола. В качестве легколетучей жидкости для вспенивания ПС чаще всего используется изопентановая углеводородная фракция.

Вспенивание за счет термического разложения специально вводимых в полимер твердыхгазообразователей. В качестве газообразователей в этом методе используются термически неустойчивые твердые химические соединения, которые при нагревании разлагаются с образованием инертных газообразных продуктов. Эти вещества получили название химические газообразователи (ХГО). Температура разложения этих веществ близка к температуре текучести или отверждения полимера. Для получения вспенивающейся композиции ХГО в виде высокодисперсного порошка распределяют равномерно в объеме полимера, олигомера или форполимера путем смешивания или перетирания компонентов. При нагревании такой композиции происходит разложение частиц газообразователя с выделением газа. Образующийся газ растворяется в полимере с образованием пересыщенного раствора, а затем начинает выделяться в газовую фазу. В результате происходит вспенивание олигомера или вязкотекучего полимера. Затем или одновременно полученную пену фиксируют (отверждают) одним из известных методов.

Рис. 11.3 - Зависимость плотности пенопласта от количества газообразователя.

При таком способе вспенивания твердые частичка газообразователя могут являться одновременно и центрами зарождения новой газовой фазы. В этом случае образующийся газ может попадать в растущую газовую ячейку, минуя стадию растворения в полимере. Степень вспенивания полимера определяется количеством газообразователя (рис. 9.3).

Этот метод вспенивания является сравнительно дорогостоящим из-за высокой стоимости вспенивающих агентов. Но вместе с тем он является наиболее универсальным, пригодным для очень широкого класса полимеров, олигомеров и форполимеров. Кроме того, его достоинствами являются: большие возможности по регулированию структуры пенопласта, сравнительно несложное аппаратурное оформление процесса. Благодаря этому он нашел наиболее широкое промышленное применение из всех перечисленных методов получения газонаполненных полимеров.

Технологические приемы введения газообразователя в полимер и вспенивания композиции весьма разнообразны и рассмотрены ниже.

Вспенивание за счет газов, выделяющихся при взаимодействии компонентов полимерной композиции. Этот метод нашел применение при вспенивании полимеров или полимерных композиций, получаемых смешением нескольких компонентов. Газообразование и вспенивание идет непосредственно в процессе полимеробразования или получения композиции. Например, при синтезе поликонденсационных полимеров (полиуретанов, карбамидоформальдегидных или фенолформальдегидных смол), при отверждении олигомеров (эпоксидных, кремнийорганических), при введении пластификатора в полимер (ПВХ пластикаты, этролы). При таком методе получения полимеров имеется возможность получения газа за счет химической реакции двух веществ, например, металла и кислоты, или воды и изоцианата. Эти вещества предварительно вводят в компоненты, образующие полимер или композицию. При последующем смешении компонентов эти вещества реагируют с образованием газа, который вспенивает образующийся полимер или композицию. Газообразующими компонентами могут быть и мономерные компоненты полимера, если при их взаимодействии образуется газ.

Наиболее широкое промышленное применение этот метод нашел для различных пенополиуретанов, получаемых взаимодействием диизоцианатов с полиэфирдиолами. Для этого в полиэфир предварительно вводят небольшое количество воды. При последующем смешении полиэфира с диизоцианатом одновременно идет образование полиуретана и выделение газа за счет реакции изоцианатных групп с водой:

R−N=C=O + H₂O → R−NH₂ + CO₂

В результате образуется вспененный пенополиуретан. Степень вспенивания регулируется количеством компонентов газообразования. В этом случае очень важно согласование скоростей полимеризации (возрастания вязкости) и газообразования.

Поиск по сайту: