|
|
В этом разделе рассматриваются
методы получения пепополистирола, которые находятся в стадии разработки или
применяются за рубежом, а в СССР еще не получили широкого распространения.
1. Экструзионный метод
В последние годы за рубежом большое распространение
получает экструзионный метод получения пенополистирола в виде плит, листов,
труб, стержней и других профильных изделий.
При экструзии пепополистирола в качестве газообразователей
используют органические порофоры, минеральные газообразователя, легкокштящие
жидкости, фторуглероды, фреоны, а также газы, подаваемые в эк- струдер под
давлением через полый шпек [293, 145— 148]. При экструзии в полистирол можно
вводить различные добавки, красители, пластификаторы, антипи- рены и другие
вещества, которые позволяют получать материал с требуемыми свойствами:
эластичный, окрашенный, негорючий и т. д.
В США из пенополистнрола изготовляют плиты (Шириной
1250—500 мм и толщиной 200—50 мм, объемным весом 32—50 кг!мг по методу фирмы
«Dow Chemical» при помощи обычного экструдера, снабженного специально
сконструированным щелевым мундштуком .[238, 70]. Ряд фирм в США выпускает
листы и пленки из пе- пополнетирила обьемным весом or 10 до 120 к,'/мл [70].
В СССР разработан экструзноппый метод производства изделий
из пенополистнрола па основе эмульсионного полистирола. В качестве
газообразователя применяется порофор ЧХЗ-57. Режимы экструдирования
следующие: температура в зоне разложения 110—120°С, давление 50—70 кгс/см2;
температура головки 140— 150°С, давление перед головкой 80 кгс/см2. Время
нахождения композиции п экструдсрс 3—5 мин. При выходе из головки экструдера
лпег иепополпетнрола имеет объемный вес 150—300 кг/мъ. После довспеиивания
его объемный пес снижается до 50 70 кг/м3 [1, 17].
В МИ СИ им. В. В. Куйбышева авторами была исследована
структура пенополистнрола, полученного экструзионным методом. Лист, выходящий
из экструдера, имеет неравномерную структуру, близкую к слоистой. Скопления
ячеек перемешиваются е узлами и прослойками полимера. Ячейки овальной формы,
сплюснутые и вытянутые в плоскости направления процесса экструзии,
располагаются слоями. Размер ячеек в поперечном сечении 0,23—0,04 мм, в
продольном 6,2—0,34 мм. В прослойках полимера содержатся ячейки размером 2— 3
мк. После довспеиивлппя пенополистирол имеет структуру, б.чп iKvio к мчгистн.
Ячейки нмпш пил. миипнрап- пикоп, вытянутых в направлении, перпендикулярном
плоскости экструзии. Размеры ячеек в среднем 0,78 X Х0,4 лш; толщина стенок
0,07—0,007 мм [4]. Основные физико-механические свойства полученного
пенополистирола следующие: объемный вес 65—100 кг/м3; прочность при 10%-ном
сжатии 7—II кгс/см2; предел прочности при изгибе 7—12 кгс/см2; водопоглощеиие
объемное 5,2—3%; коэффициент теплопроводности 0,028— 0,03 ккал/м • ч град.
2. Метод полимер-мономерных паст
Сущность этого метода заключается в том, что вместо
порошкообразной композиции применяют пасту, состоящую из полимера, мономера,
инициатора и газообразователя.
Пластичность пасты позволяет оформить заготовку изделия
весьма сложных конфигураций при нормальной температуре и низком давлении. При
последующей тепловой обработке формы мономер в пасте полимери- зуется, в
результате чего образуется твердая заготовка, которая при дальнейшем
нагревании вспенивается за счет разложения газообразователя. Вспенивание
ведут в ограничительной форме, внутренние размеры которой соответствуют
заданным наружным размерам изделия [42].
В состав пасты входит стирол (40—50 вес. ч.), эмульсионный
полистирол (б3—50 вес. ч.), порофор ЧХЗ-57 (3—2,5 вес. ч.) и перекись
бензоила (0,5 вес. ч.). Порофор ЧХЗ-57 и перекись бензоила полностью
растворяются в стироле. Компоненты смешивают в смесителе (причем сначала
заливают стирол и затем постепенно засыпают полистирол) в течение 3—4 ч при
интенсивном охлаждении. Полученную пасту загружают в герметические прессформы
и нагревают по режиму: прогрев до 120°С в течение 60—80 мин и выдержка при
этой температуре 1,5 ч; прогрев до 140°С в течение 30 мин п выдержка при этой
температуре 30 мин; охлаждение прессформы до 60—70°С в течение 30—40 мин.
После этого форму распрессовывают и заготовку извлекают. Форма должна
выдерживать давление 50—100 кгс/см2. Изделия вспенивают при помощи пара в
паровой камере в течение 5—10 мин до размеров ограничительной формы.
Получаемые изделия из пепополистирола имеют объемиын вес
120—220 кг/м3-, их физико-механические свойства не отличаются от свойств
пепополистирола Г1С-1, за исключением удельной ударной вязкости, которая
приблизительно в 2 раза ниже, чем у ПС-1. Этот способ применяется для
изготовления из пепополистирола изделий сложной конфигурации [42].
Прочностные показатели получаемого материала аналогичны
показателям пенопласта ПС-1 соответствующего объемного веса, за исключением
удельной ударной вязкости, которая примерно в 1,5 раза меньше, чем у ПС-1.
Повысить удельную ударную вязкость можно вводя в состав пасты синтетические
каучуки. Пенополистирол, в состав которого введены антипирены, получается
самозатухающий. Помещаемая в кассету арматура не мешает процессу вспенивания
пепополистирола и прочно сцепляется с материалом
3. Автоклавный метод
Этот метод, как указывалось выше, основан па насыщении
полистирола газами или низкокипящими органическими веществами. В основном он
распространен в США.
Фирма «Dow Chemical» выпускает пенополистирол под
названием стирофоум. Композицию, состоящую из полистирола, метиленхлорида и
спирта, помещают в автоклав и нагревают до 170°С. Вспенивание композиции
ведут в том же автоклаве за счет испарения растворителей при снятии давления
[34, 42].
Вспенивание одновременно с формованием изделия можно вести
и вне автоклава. Для этого 'композицию после охлаждения извлекают из
автоклава и помещают в перфорированную закрытую форму. Форму нагревают при
помощи пара или погружением в жидкость, не растворяющую полистирол, до
температуры размягчения полимера. За счет испарения адсорбированной жидкости
материал вспенивается и заполняет объем формы. Полученный материал имеет
объемный вес 20- 50 кг/см3; предел прочности при сжатии 1,3—2,8 кгс/см2;
максимальную температуру применения 80°С, коэффициент теплопроводности —
0,031 ккал/м-ч-град [25, 34].
В ФРГ пенополистирол предложено получать несколько видоизмененным
методом. Композицию вспенивают, выдавливая через сопло. Смесь полистирола
стеарата бария (0,06% веса полистирола) сплавляют автоклаве при 180°С, вводя
в смесь 13—14% метиленхлорида. Смесь с температурой 100°С перекачивают в
другой аппарат, где ее выдерживают в течение 3—8 ч под давлением 30 кгс/см2.
Затем смесь выпускают через соответствующее сопло для получения листового
материала, брусков и других изделий [42, 206].
4. Непрерывный метод
Этот метод получения пенополистирола, разработанный и проверенный
авторами в лабораторных условиях МИСИ им. В. В. Куйбышева, позволяет
совмещать полимеризацию стирола и вспенивание полученного полистирола в одном
непрерывном автоматизированном процессе [46, 86, 261, 298]. Технологическая
схема получения пенополистирола непрерывным методом показана на 46.
Сырьем для получения пенополистирола этим методом служит
стирол и газообразователь, который вначале способен инициировать реакцию
полимеризации стирола, а затем вспенивать полученный полистирол до нужного
объемного веса. В качестве газообразователя можно применять порофор ЧХЗ-57
или ЧХЗ-22. Для получения самозатухающего пепополистирола одновременно
вводится 4,5—5% тетрабромпаракснлола (ТГ>К).
Стирол подают в смеситель, где в нем при 20—40°С
растворяется необходимое количество порофора (ЧХЗ- 57—3—7%, ЧХЗ-22—5—10%) в
зависимости от требуемого объемного веса. Для организации непрерывного
технологического процесса необходимо иметь два смесителя. Из смесителя
полученный раствор поступает в форполимеризатор, где проводится
предварительная полимеризация стирола до содержания 40—50% полимера. При
использовании порофора ЧХЗ-57 форнолиме- ризация проводится при 40°С в
течение 10—12 ч, порофора ЧХЗ-22 —при 100—120°С в течение 3—4 ч. При
необходимости процесс растворения порофора в стироле и форполимеризацшо
стирола можно объединить в одном агрегате. Из форполимеризатора форполнмер
под давлением 10—80 атм нагнетается в полимеризатор. В качестве
полимеризатора можно использовать аппараты змеевшкового типа или полпмерп
пщпопные колонны с дпамс!ром НЕ более 250 ,IMI. Полимеризации проводится
при постепенном повышении температуры от 40 до 100°С в
течение 10—12 ч, при применении порофора ЧХЗ-57 и от 100 до 160°С в течение
9—12 ч при применении порофора ЧХЗ-22. При этом молекулярный вес полученного
полистирола составляет 30000—50 000 (порофор ЧХЗ- 57) и 80 000—120000
(порофор ЧХЗ-22). Из полимеризатора полученный полистирол, в котором в
растворенном виде находятся газообразователь и газы от частичного его
разложения, поступает в экструдер ( 23).
После довспенивания полученных после экструдиро- вания
листов пенополистирола прн помощи пара, горячен воды, ламп инфракрасного
излучения можно получить материал объемным весом до 50 кг/м3. Для дальнейшего
снижения объемного веса (30 кг/м3) дов- спенивание следует вести в вакууме.
Структура материала мелкоячеистая однородная, размер ячеек
в пределах 0,8—0,3 мм.
Как показали лабораторные исследования, физико-
механические свойства пенополистирола, полученного, непрерывным методом,
почти не уступают показателям пенопластов марок ПС-1 и ПС-4 ( 24).
|