Общие принципы получения газонаполненных полимеров

Существует множество технологических приемов получения газонаполненных полимеров. Тем не менее, во всех этих разнообразных методах имеются общие принципы, рассмотрим их.

Наполнить множеством пузырьков газа можно только жидкость – олигомер, мономер или полимер, находящийся в вязкотекучем состоянии. Полученные при этом газонаполненные жидкости являются термодинамически и кинетически неравновесными системами, стремящимися к расслоению. Время их жизни ограничено, поэтому пену необходимо зафиксировать путем перевода полимерной матрицы в нетекучее состояние. Поэтому получение любого газонаполненного полимера включает в себя две стадии:

1) получение пены (наполнение жидкого полимера пузырьками газа);

2) фиксация полученной пены.

Существует ряд способов осуществления как первой, так и второй стадий процесса. Все способы получения пены можно разделить на две группы, принципиально различающиеся по механизму образования газовых пузырьков в полимере:

1) механическое диспергирование газа в полимере (взбивание пены);

2) вспенивание полимера пузырьками газа, образующимися непосредственно в объеме композиции.

Для осуществления первого метода необходимо создать очень эффективное перемешивание жидкости с воздухом до образования достаточно устойчивой пены.

Второй способ вспенивания предполагает, что в массе самого полимера имеется источник газа, который выделяется в результате какого-либо воздействия (изменения) и образует пузырьки (ячейки) газа. Существуют следующие источники газа или газообразователи (ГО), вспенивающие полимер:

1) газ, растворенный в вязкотекучем полимере (олигомере) под давлением (газ выделяется при сбросе давления);

2) растворенная в полимере легкокипящая жидкость, которая при нагревании превращается в пар;

3) вводимые в полимер твердые вещества – химические газообразователи (ХГО), разлагающиеся при нагревании с выделением газообразных продуктов;

4) газообразные продукты, выделяющиеся при смешении компонентов полимерной композиции вследствие взаимодействия последних.

После газообразования и формирования ячеистой структуры в полимере необходима ее фиксация. Как уже отмечалось, коллоидная система жидкость-газ кинетически неустойчива и быстро распадается. Поэтому требуется перевод короткоживущей системы «жидкость-газ» в «безгранично долго живущую» систему «твердое тело – газ». Этот переход всегда осуществляется по одному принципу – увеличением вязкости жидкой матрицы вплоть до потери текучести. Реализация этого принципа может быть осуществлена различными методами как физическими, так и химическими. Можно выделить следующие основные методы фиксации ячеистой структуры.

1. Физический: охлаждение расплава термопласта ниже температуры плавления или стеклования;

2. Химические:

а) «сшивание» макромолекул термореактивных полимеров поперечными химическими связями за счет:

– радиационного облучения,

– введения инициаторов радикальных процессов,

– взаимодействия реакционно-способных олигомеров,

– взаимодействия добавляемых мономеров;

б) синтез полимерной матрицы из олигомеров или форполимеров в процессе вспенивания.