|
Заливочный метод получения
пенопластов на основе феноло-формальдегидных полимеров выгодно отличается от
беспрессового метода технологичностью процесса получения, сравнительной
дешевизной, недефицитностью исходных компонентов и наличием развитой
промышленной базы. Этим методом получают несколько марок пенопластов ФРП,
которые разработаны Владимирским институтом синтетических смол (НИИСС).
Сырье. Для получения пенопластов используют ре- зольные
феноло-формальдегидные форполимеры: ФРВ-1 (СТУ 14-07-8565), ФРВ-2 и ФРВ-1 Л (ВТУ ВНИИСС 37-64), «резоцел» (ТУ В-129-68), промышленное производство которых освоено
Владимирским химическим заводом.
Форполимер ФРВ-1 —'гомогенная жидкость от вишневого
до темно-коричневого цвета, со слабым запахом фенола и формальдегида,
полидисперсиая смесь первичных продуктов конденсации фенола с формальдегидом
в присутствии едкого натра в качестве катализатора.
Форполимер марки ФРВ-1А представляет собой смесь
водорастворимого феноло-формальдегпдпо) о форполп- мера марки ФРВ-1 с
продуктом ОП-7 и алюминиевой пудрой марки ПЛК-4. Вязкость ФРВ-1Л — до 10000
спз при 20СС, удельный вес— 1,235—1,245 г/см3. Растворим в воде
(ограниченно), этаноле, ацетоне, взрывобезопасен, трудновоспламеняем.
Форполимер должен удовлетворять следующим требованиям:
Форполимер ФРВ-2 — вязкая гомогенная жидкость вишневого
цвета; по растворимости, наличию свободного фенола и формальдегида аналогичен
ФРВ-1. Полимер марки «резоцел» — гомогенная, вязкая (до 2000 спз при 20°С)
жидкость серебристого цвета со слабым запахом фенола и формальдегида.
Удельный вес при 20°С— 1,135—-1,145 г/см3. Растворим в воде, этаноле,
ацетоне, взрывобезопасен, трудновоспламеняем.
В качестве вспенивающего агента и газообразователя
применяют продукты марок ВАГ.
Продукт ВАГ-3 (ТУ В-70-66)— гомогенная нпзковяз- кая
жидкость от желтого до коричневого цвета, со слабым запахом фенола;
представляет собой продукт конденсации сульфофенилмочевины с формальдегидом и
ор- тофосфорной кислотой. Удельный вес (при 20°С) — 1,39—1,43 г/см3, вязкость
при 20°С — в 'пределах 700— 1000 саз, кислотное число — в пределах 290—360
.«г КОН/г, растворим в воде (ограниченно), спиртах, ацетоне. Взрывобезопасен,
трудновоспламеняем.
Закономерности получения. Пенопласт может образовываться в
двух принципиально различных режимах: изобарном и изохорном.
Изобарный режим характеризуется постоянством давления в
системе, практически равного атмосферному. В этом случае образование и
развитие газообразных очагов в тюлимеризующейся системе вызывает
«вспучивание» и увеличение занимаемого объема. При этом давление в порах
пенопласта становится равным атмосферному. Такой режим называется также
свободным вспениванием или вспениванием в открытой форме. Критерием для
оценки вспенивающей способности композиции служит кратность вспенивания,
выражаемая отношением объема твердого пенопласта к объему композиции в жидком
состоянии
Так как вспенивающая способность композиции с течением
времени н шепис'К'я и, кроме того, зависит от ко личества и состава
вспенивающего агента, кратность вспенивания необходимо проверять в каждом
конкретном случае.
Изохорный режим вспенивания характеризуется постоянством
объема. При изохорном вспенивании форму полностью заполняют композицией и
герметично закрывают крышкой. Стенки формы не позволяют вспенивающейся
композиции увеличиваться в объеме. Поэтому выделяющиеся в процессе
вспенивания газы развивают внутри формы повышенное давление.
Практически при изготовлении пенопласта, особенно при
производстве пенопласта для строительных целей, ни изобарный, ни изохорный
режимы вспенивания самостоятельно не применяются.
Пенопласт, образующийся прн свободном вспенивании,
обладает малой механической прочностью, а пенопласт, полученный в изохорном
режиме вспенивання, обладая хорошими механическими свойствами, имеет большой
объемный вес и плохие тепло- и звукоизоляционные показатели. Поэтому для
строительства рекомендуется изготовлять пенопласт объемным весом, в 2—3 раза
превышающим объемный вес пенопласта, полученного при режиме свободного
вспенивання [70].
В практике обычно применяют комбинированный режим
вспенивания: сначала происходит свободное вспенивание в течение времени,
необходимого для полного заполнения полости формы вспенивающейся композицией.
При этом воздух из формы должен вытесняться через отверстия в крышке. При
появлении в выпускном отверстии композиции форму полностью изолируют от
окружающей среды, после чего процесс вспенивания протекает по изохорному
режиму с увеличением давления внутри формы. Развивающееся давление можно
опреде- тить по формуле
где Уф — объем формы; VK — объем композиции; К — кратное
гь llCIIOIIIIUnllini.
В производственных условиях возможны утечки композиции
через щели формы. Поэтому практически давление ниже, чем определенное по
формуле (53), примерно на 10—12%. Для получения стабильных
физико-механических свойств пенопласта необходимо, чтобы темпера |\ра не Mil
П|,| \ iMiMHoiieiiiuii п окружающей гречи была
he ниже 20°C. При более низких температурах объемный вес пенопласта в периферийной зоне увеличивается за счет интенсивного
теплообмена с окружающей средой. Вспенивание и отверждение композиции
сопровождается выделением значительного количества тепла: например, при
вспенивании 2,2 кг композиции в стеклопла- стиковой форме размером 60Х50ХЮ см
температура внутри формы поднимается до 90°С. Поэтому для нормального
вспенивания формы, обладающие большой теплоемкостью (например,
металлические), необходимо подогревать до температуры около 30°С во избежание
отвода тепла реакции.
Технологический процесс получения пенопластов ФРП
заключается в механическом смешивании при нормальной температуре
соответствующих количеств форполи- мера и вспенивающего агента и заливке
полеченной композиции в полость формы или конструкции, подлежащей заполнению.
Композиция вспенивается под действием экзотермического тепла реакции
окончательной поликонденсации феноло-формальдегидного форполиме- ра с
кислотным катализатором.
При использовании форполимера ФРВ-1 А, содержащего
алюминиевую пудру, композиция вспенивается водородом, выделяющимся при
реакции кислого катализатора с алюминиевой пудрой. При использовании форпо-
лимеров ФРП-1 и ФРП-2, не содержащих алюминиевой пудры, за счет
экзотермического тепла реакции поликои- денсации испаряется содержащееся в
полимере легкоки- пящее вещество, например четыреххлористый углерод или
фреон-113, пары которых и вспенивают композицию. Таким образом, композиция
вспенивается и отверждается непосредственно в изделии без подвода тепла
извне.
Технологический процесс получения и заливки пенопласта
может быть периодическим и непрерывным, с использованием машины типа УЗФП
конструкции ВНИИСС [59]. В обоих случаях необходимо проверить:
герметичность формы, подлежащей заполнению пенопластом
(особенно в нижней части), обеспечивающую сохранение жидкой композиции в
формующей оснастке изделия;
наличие (в соответствии с рабочими чертежами)
технологических отверстий для заливки композиций и выхода газообразных
продуктов, выделяющихся в процессе вспенивания.
В зависимости от требований внутреннюю поверхность изделия
окрашивают, грунтуют, когда требуется предотвратить адгезию пенопласта к
поверхности оснастки, обкладывают бумагой, целлофаном, полиэтиленовой пленкой
или применяют разделяющие кремнийорга- нические смазки, машинное масло.
При заливке тонкостенных изделий, когда для устранения
возникающих в процессе вспенивания деформаций используется дополнительная
оснастка, перед началом заливки проверяют исправность этой оснастки и
надежность ее крепления к изделию.
При изготовлении пенопластов марки ФРП по периодическому
процессу применяют обычные смешивающие устройства (мешалки лопастные, якорные
и т. п.) с числом оборотов 800—1400 в I мин. В один прием рекомендуется
смешивать не более 5—10 кг композиции. При необходимости композицию можно
заливать в несколько слоев с вспениванием и отверждением каждого слоя в
отдельности. Продолжительность смешения компонентов составляет в зависимости
от интенсивности смешения 20—40% времени живучести данной партии форполиме-
ра. При заливке изделий или форм необходимо иметь открытой одну поверхность
(свободное вспенивание), в случае замкнутых контуров — одно-два
технологических отверстия в верхних точках для а л л пики жидкой комио зицин
и выхода газов.
Пенопласт вспенивается и отверждается в форме или в
изделии без подвода тепла извне.
Для непрерывной заливки пенопласта применяют машину
УЗФП-1, состоящую из двух емкостей (для форполимера и продукта ВАГ), двух
насосов и смесительной головки, соединяемой с машиной при помощи двух
шлангов, по которым подается форполимер и ВАГ в необходимом соотношении.
'Производительность машины 6 м3/ч. Машину обслуживают аппаратчик и слесарь
средней квалификации.
До начала работы определяют (с точностью до ±2%) объем
формы, который необходимо заполнить пенопластом. По этому объему и кратности
вспенивания применяемой композиции рассчитывают ее количество, необходимое для
гарантированного заполнения формы пенопластом.
Количество продукта ВАГ на Ge форполимера определяют
расчетом в соответствии с установленной рецептурой и данными контрольного
технологического вспенивания
Емкости машины перед началом работы заполняют
соответственно форполимером ФРВ и продуктом ВАГ. По заранее рассчитанному
графику устанавливают производительность обоих насосов таким образом, чтобы
они обеспечивали подачу форполимера и ВАГ в заданном соотношении. Перед
работой 2—3 раза проверяют подачу каждого насоса, сливая дозируемые
компоненты в промежуточные емкости. Исходя из установленной
производительности заливочной машины, рассчитывают продолжительность Т
заливки по формуле
Отрегулировав подачу компонентов, соединяют шлан ги со
смесительной головкой машины и заливают композицию в форму или-изделие.
Крупногабаритные изделия, не разделенные на элементарные
ячейки (секции), следует наполнять пенопластом послойно. В этом случае
продолжительность разовой заливки не должна превышать времена «живучести» форполимера.
Каждую последующую подзаливку проводят через 5—10 мин после окончания
предыдущей. Возможно заполнение питающих емкостей дополнительными
количествами форполимера ФРВ и продукта ВАГ, расходующихся при работе, без
остановки машины После работы смесительную головку разбирают, тщательно
очищают и промывают спиртоглицериновой смесью (1 :3). Промывают также насосы
и емкости.
Техника безопасности. Производство пенопластов на основе
резольных феноло-формальдегидных полимеров не относится к категории пожароопасных.
Но при заливке выделяются газы, которые могут содержать в своем составе
фенол, формальдегид, пары кислот и т. д. Поэтому для обеспечения требований
промышленной санитарии необходимо предусматривать на участке заливки
приточно-вытяжную вентиляцию, с кратностью обмена не ниже бис местным отсосом
газов непосредственно от заливаемого изделия. Для предотвращения попадания
композиции или ее составных частей на кожу к работам по приготовлению
компонентов и различным работам допускаются рабочие, обеспеченные
соответствующей спецодеждой и средствами защиты (очки, резиновые перчатки и
противогаз марки М).
Свойства и области применения. Пенопласты марки ФРП
представляют собой жесткие газонаполненные материалы розового цвета. Основные
показатели пенопластов ФРП-1 (ВТУ ВНИИСС 50-65), полученного вспениванием
тазами, выделяющимися при реакции алюминиевой пудры и продукта ВАГ, и ФРП-2,
полученного вспениванием за счет испарения легкокипящих жидкостей, приведены
в 58.
Пенопласт ФРП по горючести относится к группе
трудновоспламеняемых материалов, так как ею показатель горючести К по методу
калориметрии находится в пределах 0,5—1,05 (для объемного веса ~ 140 кг/м3).
При вспенивании пенопласт ФРП обладает достаточно хорошей
адгезией к стеклопластику, древесностружечным плитам и несколько худшей к
асбестоцемент).
Исследованы санитарно-гигиенические характеристики
пенопласта ФРП. При насыщении 2,7 м2/м3 содержание в воздухе формальдегида
превышает предельно допустимые концентрации для производственных помещений, а
содержание фенола—для атмосферного воздуха. При насыщенности 0,6 м2/м3
формальдегид и фенол в воздухе не обнаруживаются [23]
Пенопласты марки ФРП применяются в качестве
теплоизолирующего материала при изготовлении трехслойных стеновых панелей и
плит покрытий, тепловой изоляции трубопроводов, работающих длительное время в
диапазоне температур от —50 до +'100°С; для заполнения различных конструкций;
в качестве звукоизоляционного материала и т. д. Стоимость 1 м3 пенопласта ФРП при объемном весе 50 кг/м3 примерно на 50% ниже стоимости мипоры и на 30% ниже
стоимости 1 м3 изоляции из минераловатных плит. По своим свойствам пенопласт
ФРП превосходит аналогичные феноло-фор- мальдегидные пенопласты зарубежных
марок (США, Англия, ФРГ, Франция) пониженными токсичностью и коррозионной
активностью.
ЗАРУБЕЖНЫЙ ОПЫТ
За рубежом пенопласты па основе феноло-формаль- дегидных
полимеров выпускаются промышленностью в значительных масштабах и занимают
наряду с пенопо- листиролом и пенополиуретаном ведущее место. Наличие
развитой промышленной базы, доступность сырья и сравнительно низкая стоимость
делают их особенно перспективными для строительства.
В настоящее время в США пенопласты на основе
феноло-формальдегпдпых полимеров широко применяются в строительстве для
заполнения пространств междустенами сооружений, для термоизоляции кровель,
трубопроводов, а также для сооружения сводов-оболочек и других легких
конструкции i[34]. В основном пенопласты производят методом заливки. Так,
например, фирма «Bacelite and Со» выпускает композиции, состоящие из
резольного феноло-формальдегидного полимера, металлического порошка и
кислотного катализатора, которые можно вспенивать на месте укладки. При
взаимодействии компонентов выделяется газ н значительное количество тепла
Пенопласт отвсрждается примерно за 50—60 сек. Пенопласт имеет хорошую адгезию
к строительным материалам. Этим способом можно получать пенопласты объемным
весом от 30 до 160 кг/м3 ( 59) [28, 70].
В промышленном масштабе пенопласты па основе фс-
ноло-формальдегидных полимеров выпускают фирмы «Catalin Corporation of
America» (под фирменным названием Catalex), «U. S. Rubber Со» (Flotofoam);
«Colton Pabmolive Co» (Sno-Pak), «Union Carbide and Corbon Carp.» и др. [28]
В основном производство пенопластов организовано по
заливочному методу с использованием для вспенивания газов, выделяющихся при
реакции металлов с кислыми катализаторами [133, 136, 138]. Имеется сообщение
о выпуске облегченных материалов объемным весом 300—470 кг/м3, которые
получают смешением феноль- ных шариком (10%) диаметром около 0,025 ям,
заполненных .1 ином, с рм i.'i114к!• мн полимерами (,
эпоксидными, полиэфирными и др.) (60%). После отверждения
при нагреве образуются материалы с пределом прочности при сжатии около 140
кгс/см2 и при растяжении около 50 кгс/см2.
В Англии промышленное производство теплоизоляционных
пористых плит на основе феноло-формальдегид- ных полимеров и волокнистых
наполнителей было организовано в 1935 г.: 20—40 вес. ч. измельченного резоль- ного феноло-формальдегидного или смешанного фенол- аиилииформальдегидиого
полимера -смешивают с 80 60 вес. ч. асбестового волокна. Полученную смесь
компонентов засыпают в формы и обрабатывают прн 100 160°С. В процессе
термообработки зерна в местах со прикосновения сплавляются и резольпын
полимер пс реходит в стадию С. В результате получается материал с объемом пор
до 95%. Величина пор определяется сред ним размером зерен полимера. Объемный
вес у '80 -^-250 кг/м3, коэффициент теплопроводности Х=0,035 ккал/м-ч-град,
рабочая температура 150— 180°С [91, 251].
Интересен способ получения пенопласта, заключающийся в
обработке гофмороак питого феноло-формнль- чегидного полимера при прогревании
(назониевом солью (например, сульфатом пли фосфатом фепилдиазоиия), ([(R1')
(R")C6H3N- N]—х—). Вода, выделяющаяся в результате отверждения полимера,
реагирует с диазопне- вой солью с выделением N2, вызывающего вспенивание полимера,
фенола, реагирующего с избытком формальдегида, и соответствующей кислоты,
способствующей отверждению полимера. В композицию вводят также смачивающий
агент и наполнитель.
В Италии выпускается п используется пенопласт на основе
резольною водорастворимого феноло-формальде- гидного полимера объемным весом
56 кг/м3 с пределом прочности при сжатии 2,4 кгс/см2 [300].
Япония широко применяет н строительстве пенопласты па
основе феполо формальдегидиых полимеров. 11роизводство этого вида пенопласта
обгоняет производство пенопластов на основе других полимеров. Рецептуры
пенопластов во многом аналогичны описанным [259].
Во Франции пенопласты также выпускают на основе жидких
резольных феноло-формальдегидных полимеров, которые вспениваются за счет
взаимодействия порошкообразных компонентов с кислым катализатором [182].
В ГДР, РНР, ЧССР производство пенопластов организовано на
основе жидких резольных феноло-формальдегидных полимеров, которые
вспениваются за счет выделения газа при реакции металлического порошка и
кислого катализатора [34, 70, 317].
За рубежом пенопласты на основе феноло-формаль- дегидных
полимеров применяются в качестве тепло-звукоизоляционного и конструктивного
материала для изготовления панелей и плит перекрытий; заливки по месту
применения; утепления степ, кровель, чердачных поме шепни, прн строительстве
холодильников и т. д.
|