Химическая энциклопедия - пенопласты

(вспененные или ячеистые пластмассы, газонаполненные полимеры), композиц. материалы с каркасом (матрицей) из полимерных пленок, образующих стенки и ребра ячеек (пор), заполненных газом (преим. воздухом). Последние могут иметь сферич., эллиптич., полиэдрич. или др. форму. По физ. структуре П. аналогичны древесине, искусств. и натуральной коже, туфам, пористым керамич. и т. п. материалам. Объемное соотношение газовой и полимерной фаз в П. составляет обычно от 30: 1 до 1:10.

Вспененные пластмассы, содержащие преим. автономные (закрытые) ячейки, наз. собственно П. (замкнутоячеистые П.), в отличие от поропластов-материалов, в к-рых преобладают сообщающиеся (открытые) ячейки или тупиковые капилляры-поры (открытопористые П.). Типичные представители замкнутоячеистых П.-пластики с полым сферич. наполнителем, т. наз. синтактные (синтактичные) П., или сферопласты. Полностью открытопористую структуру имеют сетчатые (ретикулированные) П., в к-рых дополнит. вскрытие ячеек достигается в результате разрушения их стенок выщелачиванием, направленным взрывом и др. спец. приемами.

П. с модулем упругости выше 1000 МПа относят к эластичным, ниже 100 МПа-к жестким (полужесткие П. занимают промежут. положение). В особую категорию выделяют пенопласты интегральные.

П. получены из большинства известных полимеров. Основу пром, ассортимента П. составляют пенополиуретаны, пе-нополистиролы, пенополивинилхлориды, пенополиолефины, пе-нофенопласты, карбамидо-формальдегидные пенопласты. Освоены также в пром. масштабе П. на основе полиамидов, полиимидов, поликарбонатов, модифицир. полифениленок-сида, поливинилформаля, эфиров целлюлозы, эпоксидных и ненасыщ. полиэфирных смол, полиизоциануратов, поликар-бодиимидов, а также CK (см. Пористая резина).

В исходный олигомер или полимер вводят обычно неск. добавок, способствующих получению П. заданного качества. Это могут быть жидкий, твердый и (или) газообразный порообразователъ (вспенивающий агент), ПАВ, катализатор, ускоритель или ингибитор протекающих хим. р-ций, сшивающий агент, антиоксидант, светостабилизатор, антиста-тик, наполнитель (усиливающий, токопроводящий или др.), пластификатор, разбавитель, краситель или пигмент, мономерный или полимерный модификатор и др. Создаются комбинированные П. из смесей полимеров, в т. ч. с керамич. порошком, цементом, р-римым стеклом, измельченными отходами древесины.

Добавки вводят чаще всего в готовый полимер (олигомер), реже-на стадии его синтеза.

Получение. Независимо от типа и агрегатного состояния исходного олигомера или полимера в процессе произ-ва любого П. выделяют 3 осн. стадии: 1) смешение (в один или неск. приемов) составных компонентов (компаундированяе); 2) газонаполнение с вспениванием или без него (ключевая стадия, определяющая принципиальную технол. схему процесса); 3) фиксация (стабилизация) полученной микро-и макроструктуры П. Формование П. и изделий из них производят преим. в ходе вспенивания, реже-после завершения этой стадии. Возможности техн. реализации упомянутых стадий обширны даже для однотипных полимеров, что обусловило многообразие вариантов технологии и аппаратурного оформления действующих произ-в П.-периодич. или непрерывных, часто оснащенных автоматич. управлением.

Вспенивают (с увеличением объема в 2-300 раз) р-ры, дисперсии, эмульсии, расплавы олигомеров и (или) линейных и сшитых полимеров, а также термопласты в размягченном состоянии. Процесс ведут в открытой ("свободное" вспенивание) или в замкнутой ("стесненное" вспенивание) формующей полости. В результате газового пересыщения в системе зарождаются "первичные" пузырьки газа, к-рые увеличиваются в объеме и статистически распределяются в полимерной матрице, находящейся в вязкотекучем состоянии и способной к упругопластич. деформациям.

Фиксация образовавшейся ячеистой структуры достигается быстрым охлаждением (преим. термопластов) и (или) хим. или физ. сшиванием полимера.

Вспенивание осуществляют твердыми (т. наз. порофора-ми) или жидкими порообразователями (газообразователя-ми), напр. хладонами, пентаном, CH2Cl2 и т. п. При повышении т-ры в результате внеш. подогрева или протекания во вспениваемой системе экзотсрмич. р-ций порробразователи начинают интенсивно испаряться. Этот же эффект достигается и при уменьшении давления в системе. Подобные легкокипящие порообразователи часто вводят уже на стадии синтеза термопластичных полимеров с целью получения полимерных частиц, способных увеличиваться в объеме при т-ре, превышающей т-ру размягчения полимера.

Полимеры вспенивают и непосредственно газами. При этом р-р или расплав полимера насыщают под давлением N2, CO2, реже др. газом, к-рый при резком понижении давления высвобождается вследствие уменьшения р-римос-ти и вспенивает систему. В присут. подходящего ПАВ возможен непосредственный "захват" воздуха или др. газа жидкой фазой при интенсивном ее мех. перемешивании и (или) пневматич. продавливании через набор сит-сеток. Полученную пластичную пену фиксируют (отверждают) до начала ее разрушения (коалесценции).

Универсален способ вспенивания газами, образующимися при термич., каталитич. или др. разложении твердых поро-образователей, а также при хим. р-ции их с к.-л. ингредиентом вспениваемой композиции. Так, толуилендиизоцианат и др. орг. изоцианаты, реагируя с водой, выделяют CO2; порошки Al, Zn, Fe при взаимод. с сильными к-тами выделяют H2, и т. п.