Газо- и пенообразующие вещества
Ячеистая или пористая структура при изготовлении газонаполненных пластмасс создается при помощи газо- или пенообразующих веществ.
Газообразователи, или вспенивающие вещества, по агрегатному состоянию разделяют на твердые, жидкие и газообразные. Виды твердых и жидких газообразователеи рассмотрены ниже.
Газообразователи, выделяющие газ вследствие необратимого термического разложения. К этой группе относят различные органические вещества (порофоры), которые при повышенной температуре разлагаются с выделением газов N2, CO2, NH3 и др.
Порофоры, имеющие необратимый характер реакции газообразования, могут хорошо совмещаться с полимерами. В советской промышленности для производства газонаполненных пластмасс наиболее широко применяют порофоры ЧХЗ-57, ЧХЗ-21, 5 и 18 (табл. 18).
Таблица 18. Органические газообразователи
Реакция протекает через промежуточную стадию образования свободных радикалов, вследствие чего порофор ЧХЗ-57 можно применять в качестве инициатора реакции полимеризации. Продукты разложения его токсичны.
К газообразователям, выделяющим газы вследствие обратимого термического разложения, относятся неорганические вещества — карбонаты.
Из газообразователей этого вида для получения пенопластов широко применяют карбонат аммония и бикарбонат натрия. Карбонат аммония начинает распадаться при температуре 60°: (NH4)2CO3 ↔ 2NH3 + CO2 + Н2О.|
Разложение карбоната аммония происходит очень бурно; быстро образующиеся значительные количества аммиака и углекислого газа резко повышают внутреннее давление, в результате чего образуется крупнопористая структура материала.
Бикарбонат натрия разлагается при t > 85° по уравнению NaHCO3 ↔ Na3CO3 + Н2О + СО2
Реакция ускоряется с повышением температуры. Теоретическое количество газообразных продуктов при разложении составляет 267 см3/г. Разложение протекает спокойно, с образованием равномерной структуры без крупных пор.
Поскольку бикарбонат натрия обладает относительно малой силой вспенивающего действия, его обычно применяют в сочетании с карбонатом аммония.
Газообразователи, выделяющие газы в результате химического взаимодействия компонентов, используют реже. Для вспенивания фенолоформальдегидных полимеров используют реакции взаимодействия некоторых металлов с кислотами, сопровождающиеся выделением газов (например, Н2, СО2). Для этих целей применяют, например, реакции взаимодействия металлов Al, Zn, Mg, Fe с неорганическими кислотами H2SO4, Н3РО4, НСl или с органическими кислотами (например, олеиновой) при повышенной температуре (80°).
Газообразователи, выделяющие ранее поглощенные газы вследствие термической десорбции, представляют собой адсорбенты, которые выделяют при повышенной температуре газы, адсорбированные их активной поверхностью. К их числу можно отнести активированный уголь, силикагель, активированные глины.|
Жидкие вспенивающие вещества. К веществам этой группы относятся легкокипящие жидкости, не растворяющие вспениваемые полимеры. При нагревании до температуры кипения или при снижении давления эти вещества способны вспенивать полимер (табл. 19).
Таблица 19. Основные физико-химические свойства жидких вспенивающих веществ
Газообразные вспенивающие вещества. Применением таких веществ для вспенивания полимеров можно значительно упростить технологию получения газонаполненных пластмасс. С этой целью в основном используют азот, воздух, инертные газы, реже СO2; применять же кислород нежелательно, так как во время эксплуатации может происходить окислительная деструкция полимера.
Насыщают полимер газами под давлением, а последующее снижение давления и повышение температуры ведет к вспениванию полимера. Возникающая при этом ячеистая или пористая структура фиксируется отверждением термореактивных полимеров или снижением температуры у термопластичных.
Пенообразующие вещества (пенообразователи) представляют собой в основном поверхностно-активные вещества, облегчающие образование мелких пузырьков газа в жидкости и повышающие устойчивость тонких пленок между пузырьками.
Пенообразователи можно разделить на две группы: слабые и сильные. Слабые пенообразователи изменяют поверхностное натяжение жидкости на границах двусторонних пленок. Концентрируясь в поверхностных слоях пленки, они способствуют возникновению местных разностей поверхностного натяжения и замедляют стекание жидкости в наиболее тонких ее слоях. |Происходит это вследствие возникновения противодействующего стеканию двухмерного давления (разности поверхностных натяжений) из-за уменьшения адсорбции и утончающейся средней части пленки. Благодаря этому замедляются дальнейшее утончение пленки и ее разрыв. Сильные пенообразователи образуют в адсорбционных слоях высоковязкие и прочные пространственные структуры, замедляющие утончение и разрыв пленок.
В качестве пенообразователей при производстве газонаполненных пластмасс можно использовать как низкомолекулярные вещества (мыла, соли сульфокислот и др.), так и высокомолекулярные (белки, пектины, сапонины и др.). Каждый пенообразователь имеет свою оптимальную температуру пенообразования, которая находится в определенной связи с его молекулярным весом и строением. Вещества с большим молекулярным весом могут образовывать пену при более высокой температуре, чем их низкомолекулярные гомологи.
Существенно влияет на пенообразование и свойства пен концентрация пенообразователя. Каждый из них имеет свою оптимальную концентрацию, при которой резко повышаются кратность пены, ее стойкость и вязкость.
При использовании пенообразователей следует учитывать, что некоторые вещества (например, сульфат алюминия, алюминиевые и хромовые квасцы, хлорное железо, сапонин, желатин) могут повышать стойкость пен, а спирты и другие — разрушать пену. Значительное влияние на активность пенообразователей оказывает рН среды.
5363 всего просмотров, 0 просмотров за сегодня
