Пенопласты

Пенопласты, газонаполненные пластические массы ячеистой структуры. П. имеют строение отвердевших пен. Они содержат преимущественно замкнутые, не сообщающиеся между собой полости, разделённые прослойками полимера. Этим они отличаются от поропластов, пронизанных системой связанных каналов-пор, то есть имеющих губчатую структуру. Выделение П. среди прочих газонаполненных пластмасс в отдельную классификационную группу по признаку изолированности ячеек-полостей условно, так как во многих пеноматериалах значительная их часть всё же соединена. Правильнее к П. относить любой газонаполненный полимер, полученный путём вспенивания и последующего отверждения первоначально жидкой или пластично-вязкой композиции. В производстве П. газ диспергируют в полимерном полуфабрикате (растворе, расплаве, жидком олигомере, дисперсии) или создают условия для выделения газовой фазы непосредственно в объёме отверждаемого продукта. Используют различные технологические приёмы вспенивания: механическое перемешивание или барботирование в присутствии пенообразователей; введение газообразователей (веществ, разлагающихся с выделением газа) или веществ, взаимодействующих с образованием газообразных продуктов; насыщение исходной смеси газом под давлением с последующим снижением давления; введение жидкостей, быстро испаряющихся с повышением температуры. В зависимости от состава композиции и условий её отверждения получают материал с преимущественно открытыми или замкнутыми ячейками.

Пористые материалы можно получать также вымыванием из монолитной полимерной заготовки растворимого наполнителя, спеканием порошкообразных полимерных материалов, путём конденсационного структурообразования в растворах полимеров. Близки по свойствам к П. газонаполненные пластмассы, полученные с применением полых наполнителей, например заполненных газом сферических микрокапсул.

П. можно приготовить из большинства синтетических и многих природных полимеров. Однако П. промышленного назначения выпускают главным образом на основе полистирола, поливинилхлорида, полиуретанов, полиэтилена, фенольных, эпоксидных, карбамидных и кремнийорганических смол. В качестве газообразователей применяют азосоединения, нитросоединения, карбонат аммония и др.; из легкокипящих жидкостей — изопентан, метиленхлорид, фреоны. Промышленность выпускает жёсткие и эластичные П. с размером ячеек 0,02—2 мм (иногда до 3—5 мм). Они обладают чрезвычайно низкой кажущейся плотностью (0,02— 0,5 г/см²) и превосходными тепло- и звукоизоляционными свойствами. Водостойкость, механические и электрические характеристики П. зависят от химической природы и рецептурного состава полимерной композиции, а также от особенностей структуры готового продукта. Основные свойства некоторых П., выпускаемых в СССР, приведены в таблице.

П. широко применяют в самолёто- и судостроении, в транспортном и химическом машиностроении, в строительстве зданий и технических сооружений как тепло- и звукоизоляционный материал. Их используют при изготовлении многослойных конструкций, различных плавучих средств (понтонов, лёгких лодок, бакенов, спасательных поясов и др.). Прозрачность П. для радиоволн и достаточно высокие диэлектрические и гидроизоляционные свойства обеспечивают этим материалам применение в радио- и электротехнике. Из П. делают амортизирующие и демпфирующие прокладки, разнообразную тару для оптических приборов, электронной аппаратуры и др. изделий. Эластичные П. используют в производстве мягкой мебели и тёплой одежды.

Пенополиуретан.

Пенополиуретан - теплоизоляционный материал; разновидность пенопластов. Различают жесткий и эластичный пенополиуретан.

Поропласты, пористые пластмассы, газонаполненные пластмассы, имеющие губчатую структуру, т. е. пронизанные системой сообщающихся между собой каналов-пор и полостей.

Пенополиуретан - теплоизоляционный материал; разновидность пенопластов. Различают жесткий и эластичный пенополиуретан.

Полиуретаны, полимеры, содержащие в основной цепи макромолекулы уретановые группировки -NH-CO-O-; общая формула линейных П.: [?A?OCOHN?A'-NHCOO?] n.

Обычно П. получают поликонденсацией ди- или полиизоцианатов (в общей формуле А' - остаток диизоцианата) с соединениями, содержащими активные атомы водорода, например двух- и трёхатомными спиртами (А - углеводородный остаток). Этот процесс часто называют полимеризацией или полиприсоединением. Для синтеза П. чаще всего используют 1,6-гексаметилендиизоцианат, 2,4- и 2,6-толуилендиизоцианаты, три (n-изоцианатфенил) метан (см. Изоцианаты), простые и сложные алифатические или ароматические полиэфиры, гликоли, глицерин.

Свойства П. изменяются в очень широких пределах (в зависимости от природы и длины участков цепи между уретановыми группировками, от структуры - линейная или сетчатая, молекулярной массы, степени кристалличности и др.). П. могут быть вязкими жидкостями или твёрдыми (аморфными или кристаллическими) продуктами - от высокоэластичных мягких резин до жёстких пластиков (твёрдость по Шору от 15 по шкале А до 60 по шкале D соответственно). П. устойчивы к действию кислот, минеральных и органических масел, бензина, окислителей; по гидролитической стойкости превосходят полиамиды. Линейные П. растворимы в некоторых полярных растворителях (например, диметилформамиде, диметилсульфоксиде).

П. используют в виде пен, каучуков, термопластов, волокон, лаков, клеев, латексов для приготовления герметизирующих составов и др. Изделия из П. получают методом жидкофазного литья непосредственно из исходных мономеров или из предварительно полученных полимеров (форполимеров).

Мировое производство пенополиуретана в 1973 составило около 1,2 млн. т.

Фенопласты, пластические массы на основе феноло-альдегидных смол. Главные компонентом Ф., кроме смолы (новолачного или резольного типа), выполняющей роль связующего, служит наполнитель, по виду которого обычно определяют композицию. Так, порошкообразные наполнители входят в состав пресс-порошков, волокнистые - волокнитов, стекловолокнитов, асбоволокнитов; листовые - слоистых пластиков, например, различной природы ткани используют для получения текстолитов, стеклотекстолитов, асботекстолитов (см. Стеклопластики, Асбопластики), бумагу - гетинаксов, древесный шпон - древеснослоистых пластиков К Ф. относятся также композиции, содержащие порообразователь (пенообразователь), из которых получают фенопенопласты и ячеистые конструкции, т. н. сотопласты. В состав Ф. могут входить также отвердители - главным образом уротропин (обязательный компонент в композициях на основе новолачной смолы), ускорители отверждения (CaO или MgO), смазки (жирные кислоты, их соли, парафин), красители, инертные добавки и др.

Изделия из Ф. характеризуются высокой тепло-, водо- и кислотостойкостью, хорошими электроизоляционными свойствами и механической прочностью, которая в зависимости от типа наполнителя изменяется в широких пределах (см. табл.).

Некоторые свойства изделий из наиболее важных фенопластов (в скобках указан наполнитель)

Олигомеры, члены гомологических рядов, занимающие по размеру молекул область между мономерами и высокомолекулярными соединениями. Верхний предел молярных масс О. зависит от их химической природы и соответствует тому значению, при котором начинают проявляться высокоэластические деформации, вынужденная высокоэластичность и др. свойства, характерные для высокомолекулярных веществ. Полярные О. охватывают более широкий интервал молярных масс (до ~1,5Ї104), чем неполярные (до ~5Ї103).

Большинство методов синтеза О. основано на реакциях ограничения роста макромолекул в процессах полимеризации (см. также Теломеризация) и поликонденсации. Кроме того, О. получают деструкцией высокомолекулярных полимеров, а также ступенчатым синтезом с выделением продуктов реакции на каждой стадии. В последнем случае образуются монодисперсные О.

Из большого числа реакционноспособных О. следует упомянуть полиэфирные смолы, эпоксидные смолы, феноло-альдегидные смолы, алкидные смолы и др., широко применяемые в производстве слоистых пластиков, пенопластов, лаков, клеев, компаундов и т.д. Олигоолефины используют в качестве моторных топлив, смазочных масел, для гидрофобизации бумаги, как компоненты полировальных паст (синтетического воска), О. фторзамещённых этилена - как высококипящие масла, теплоносители, жидкости для гидроприводов. О. на основе окисей олефинов нашли широкое применение как поверхностно-активные вещества.

О. играют немаловажную роль в природе. Например, окситоцин - нонапептид, антибиотики - циклоолигопептиды и т.д.

Полипропилен, термопластичный полимер пропилена, [-CH2-CH (CH3)-] n; бесцветное кристаллическое вещество изотактической структуры, молекулярная масса 300-700 тыс., максимальная степень кристалличности 73-75%, плотность 0,92-0,93 г/см3 при 20 °С, tпл 172 °С. Для П. характерны высокая ударная прочность (ударная вязкость с надрезом 5-12 кдж/м2, или кгс?см/см2), высокая стойкость к многократным изгибам, низкая паро- и газопроницаемость; по износостойкости он сравним с полиамидами. П. - хороший диэлектрик (тангенс угла диэлектрических потерь 0,0003- 0,0005 при 1 Мгц), плохо проводит тепло. Он не растворяется в органических растворителях, устойчив к воздействию кипящей воды и щелочей, но темнеет и разрушается под действием HNO3, H2SO4, хромовой смеси. П. обладает низкой термо- и светостойкостью, поэтому в него вводят специальные добавки - стабилизаторы полимерных материалов.

П. получают полимеризацией мономера в растворе или массе; перерабатывают литьём под давлением и экструзией. Из П. изготавливают волокна и плёнки, сохраняющие гибкость при 100-130 °С пенопласт, детали машин, профилированные изделия, трубы (для агрессивных жидкостей), различную арматуру, контейнеры, бытовые изделия и др.

Аморфную фазу, образующуюся при синтезе П. в количестве 3-7%, отделяют от основного кристаллического продукта и используют в производстве бытовых резиновых изделий и присадок к смазочным и моторным маслам. П. производится в СССР, Италии (моплен), Великобритании (пропатен), ФРГ (хостален), США (полипро, профакс). Мировое производство П. в 1973 составило около 2,4 млн. т. См. также Полиолефины.

Мипора, жёсткий пенопласт, получаемый на основе мочевино-формальдегидной смолы. Изготовляют механическим взбиванием в аппарате с многолопастной мешалкой водной эмульсии смолы, модифицированной глицерином для снижения хрупкости. В качестве пенообразователя применяют нефтяные сульфокислоты, катализатором отверждения служат органические кислоты. Полученную пену разливают в металлические формы, где отверждают первоначально при комнатной температуре, а затем в сушильных камерах при 30-50 °С. Готовая продукция - блоки, плиты, крошка. По другой технологии пену заливают непосредственно в заполняемый объём, где и отверждают при комнатной температуре. М. почти в 10 раз легче пробки (кажущаяся плотность не более 20 кг/м3); коэффициент теплопроводности 0,03 вт/(м? К)[0,026 ккал/(м?ч?°С)]. Она обугливается, но не горит в открытом пламени при 500 °С, а при введении в композицию антипиренов не воспламеняется в среде кислорода. М. обладает значительным водопоглощением и чувствительностью к воздействию агрессивных химических реагентов. При хранении и эксплуатации её защищают целлофаном или полиэтиленовой плёнкой. М. применяют в качестве тепло- и звукоизоляционного материала в строительстве, при изготовлении холодильных установок, хранилищ и сосудов для перевозки жидкого кислорода, как заполнитель пустотелых конструкций в транспортном машиностроении, для улучшения структуры почв.

Полиимиды, полимеры, содержащие в основной или боковой цепи молекулы циклическую имидную группу:

Практическое значение получили ароматические линейные П. с имидными циклами в основной цепи благодаря ценным физико-химическим свойствам, не изменяющимся длительное время в широком интервале температур (от-270 до +300 °С).

П. - твёрдые термостойкие, негорючие вещества, преимущественно аморфной структуры; молекулярная масса = 50-150 тыс.; плотность 1,35-1,48 г/см3 (20 °С). Большинство из них не растворяется в органических растворителях, инертно к действию масел, почти не изменяется при действии разбавленных кислот, однако гидролизуется под влиянием щелочей и перегретого пара. П. устойчивы к действию озона, g-лучей, быстрых электронов и нейтронов, весьма теплостойки. Так, наиболее промышленно ценные полипиромеллитимиды

не размягчаются вплоть до начала термического разложения (500-520°С) и выдерживают при 300 °С напряжение 50 Мн/м2, или 500 кгс/см2, прочность при растяжении при 20 °С 180 Мн/м2, или 1800 кгс/см2; температура длительной эксплуатации 250-300 °С.

П. получают главным образом поликонденсацией тетракарбоновых кислот и их производных (в основном диангидридов - чаще всего пиромеллитовой кислоты и 3,3?, 4,4'-бензофенонтетракарбоновой кислоты) и диаминов (например, 4,4'-диаминодифенилоксида и м-фенилендиамина) в одну или две стадии. Обычно сначала получают высокомолекулярные растворимые полиамидокислоты, из них формуют изделия (плёнки, волокна), которые и подвергают термической обработке; П. перерабатывают также прессованием (см. Пластические массы). Из П. изготовляют монолитные изделия, электроизоляционные плёнки, проволочную и кабельную изоляцию, связующие для армированных пластиков, клеи, пластмассы, пенопласты, волокна; применяются в авиации и космической технике.