Вспенивающие вещества–газообразователи.

Различают химические и физические газообразователи. Важнейшими характеристиками газообразователей являются: газовое число (Г); начальная температура разложения (твёрдые ГО) или кипения (жидкие ГО); температурный интервал максимальной скорости разложения; скорость и кинетика газовыделения; давление, развиваемое газом.

Физические газообразователи – это собственно газы и вещества, выделяющие газы в результате физических процессов (испарение, десорбция) при повышении температуры и снижении давления. ФГО должны быть инертными по отношению к компонентам композиции и экономически доступными, легко растворяться и смешиваться, иметь низкие теплоёмкость, скрытую теплоту газообразования и скорость диффузии.

К ФГО относятся низкокипящие летучие жидкости, алифатические и галогенированные углеводороды, в том числе фреоны (хладоны), низкокипящие спирты, простые эфиры, кетоны, ароматические углеводороды, а также высокопористые сорбенты, насыщенные газами и низкокипящими жидкостями. Применение в качестве вспенивающих агентов собственно газов позволяет значительно упростить технологию получения пеноматериалов.

Для газов, легко растворяющихся в полимерах (NH₃, СО₂), не требуется создания высоких давлений (0,5 – 2 МПа), а для таких труднорастворимых газов, как N₂, H₂, Hе и др. необходимы давления порядка 10 – 30 МПа и выше. Эти газы используют для получения некоторых видов пенопластов на основе ПВХ, ПС, полиолефинов.

В качестве ФГО нашли применение бутан (Т_кип = – 0,5 ⁰С), пентан (30 – 38 ⁰С), гексан (65 – 70 ⁰С), гептан (96 – 100 ⁰С), толуол (110 – 112 ⁰С), метиленхлорид (40 ⁰С), трихлорэтилен (87 ⁰С), трихлорфторметан – фреон-11 (24 ⁰С), трифторхлорметан – фреон-13 (–81 ⁰С), 1,2,2-трихлортрифторэтан – фреон-113 (47 ⁰С). В зависимости от конечной плотности пеноматериала содержание ФГО может составлять 2–20 мас. ч., при этом кажущаяся плотность пенопластов уменьшается с 350 до 50 кг/м³.

Химические газообразователи – это вещества и их смеси, выделяющие газ:

1) в результате процессов термического разложения (порофоры);

2) химических реакций взаимодействия компонентов композиции.

Основные требования к ХГО сводятся к следующему: температура разложения ХГО должна быть близка к температуре плавления или отверждения полимера, и газ должен выделяться в узком температурном интервале.

Основными представителями ХГО первого типа являются аммонийные соли минеральных и органических кислот; гидрокарбонаты и карбонаты щелочных или щелочноземельных металлов, а также различные ароматические, жирно-ароматические и алифатические и азо- и диазосоединения, диазоамиды, разлагающиеся по следующим схемам:

а) (NH₄)HCO₃ ® NH₃­ + CO₂­ + H₂O (Т=60 ⁰С)

гидрокарбонат

аммония

 

б)

динитрил азобисизомаслянная

кислота или порофор ЧХЗ-57

 

в) NH₂–CO–N N–CO–NH₂®N₂­ + CO₂­ + NH₂–CO–NH₂ (Т=210 ⁰С)

порофор ЧХЗ-21 мочевина

 

Ко второй группе ХГО относятся вещества, выделяющие газы в результате химического взаимодействия компонентов композиции, например, смеси порошков металлов, карбонатов, с органическими и минеральными кислотами:

а) C₁₉H₂₉COOH + Aℓ ® (C₁₉H₂₉COO)₃Aℓ + H₂ ­ (Т=160 ⁰С)

б) C₁₉H₂₉COOH + СaCO₃ ® (C₁₉H₂₉COO)₃Ca + H₂O + CO₂­ (Т=170 ⁰С)

Пенополиуретаны образуются обычно в результате реакции гидроксилсодержащих смол (полиолов), диизоционата и воды:

В реакции диизоционата с водой образуются мочевина и диоксид углерода:

Широкое применение для вспенивания ПВХ, ПС, ПЭ, фенопластов, полиизоцианатов, ПВА, полиэпоксидов, ПА, полиакрилатов, производных целлюлозы, каучуков и резин получили порофоры ЧХЗ-57 и ЧХЗ-21.

Среди промышленных ГО не существует универсальных веществ, и их выбор зависит от метода получения, переработки пеноматериала, свойств полимерной матрицы, конечной плотности пенопласта и экономической целесообразности. Для получения лёгких термопластичных материалов рекомендуется использовать ФГО, а для пеноматериалов средней плотности (100 – 200 кг/м³) экономически оправдано применение ХГО. В случае вспенивания олигомерных систем используют вещества, реагирующие с компонентами композиции с образованием газообразных продуктов. Отсутствие универсальных ГО привело к созданию комбинированных систем на основе смесей ФГО и ХГО.