Общие принципы получения газонаполненных полимеров.

Существует огромное количество методов и 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:

- получение пены (наполнение жидкого полимера пузырьками газа);

- 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. Физические:

- охлаждение расплава термопласта ниже температуры плавления или стеклования;

2. Химические:

а) «сшивание» макромолекул реактопластичных 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.

Основные методы получения пенопластов.

Механическое вспенивание.

Для получения пены механическим путем необходимо создать очень интенсивное перемешивание жидкости с газом (воздухом) с высоким значением критерия Рейнольдса. Это возможно только при низкой вязкости жидкости, и поэтому осуществимо только для мономеров, олигомеров, или растворов полимеров в мономерах или пластификаторах. Этот метод неприменим для расплавов высокополимеров. Для облегчения пенообразования и стабилизации пены в жидкость вводят ПАВ. Степень вспенивания (объемное содержание газа) и размер пузырьков определяется дозированием газа (воздуха) в смеситель, эффективностью перемешивания и природой ПАВ. Эффективность различных ПАВ в полимерах неодинакова. Для получения мелкоячеистой структуры необходимы ПАВ, наиболее эффективно снижающие поверхностное натяжение полимера.

После получения пены или непосредственно в процессе ее получения осуществляется отверждение полимерной матрицы одним из вышеперечисленных методов.

Этот метод нашел применение для получения пены из карбамид-формальдегидных, фенолформальдегидных смол, пластизолей поливинилхлорида (ПВХ) (дисперсий эмульсионного ПВХ в пластификаторе).