Главная > Пеноматериалы > 11. главные принципы получения пеноматериалов

11. главные принципы получения пеноматериалов

6 октября 2014

11. Главные принципы получения пеноматериалов
11.1. Вступление
Создание вспененных материалов является одним из основных применений ГХФУ в мировом масштабе.
ГХФУ-141b, ГХФУ-142b и ГХФУ-22 употребляются в изготовлении нескольких видов полимерных пенопластов и экструзионных вспененных полистирола и целофана.
Пенополиуретан и пенополистирол имеют очень отличные изоляционные характеристики и отличные коэффициенты дела прочности к весу и употребляются в очень широком спектре применений. Они очень нередко употребляются как теплоизоляция для холодильников, морозильников и холодильных камер и в строительной индустрии как термоизоляция для крыш, стенок и контейнеров хранения. Эластичный пенополиуретан также обширно употребляется как набивочный материал в мебели и в неких типах упаковки и для производства огромного числа компонент для авто индустрии. Эти области внедрения не рассматривают тщательно в этом документе, так как в их не употребляются ГХФУ.
Повышение цен на нефть и глобальные усилия по уменьшению употребления энергии и выбросам углекислого газа повлекли за собой принятие новых нормативов и требований к эффективности изоляции при сооружении новых построек. Это привело к росту употребления и производства пенополиуретана и пенополистирола, так как их внедрение является главным методом увеличения эффективности термоизоляции и уменьшения энергопотерь.
^ Широкоиспользуемые пенопласты

Полиуретан

Полистирол

Целофан

Эластичный

Экструзионные листы

Экструзионные листы

Жесткий

Экструзионные плиты

Жесткая изоляция

Интегралные пенопласты

Этот раздел управления дает некое представление о хим компонентах, применяемых для получения пенополиуретана, пенополистирола и пенополиэтилена и об областях их внедрения.
11.2 Полиуретан
Полиуретаны относятся к полимерам. Они были разработаны в конце 1930-х германским химиком Отто Байером и с того времени стали самым универсальным и обширно применяемым полимером для производства разных пластмасс. Полиуретаны употребляются в изготовлении термоизоляции построек, лаковых покрытий, клея, жестких пластмасс, обуви, а так же как эластичных пенопластов, как упомянуто выше.
Полиуретаны принадлежат к большему классу хим соединений, именуемых полимерами. Они являются синтетическими (искусственными) полимерами, произведенными при помощи хим реакций, когда отдельные молекулы, известные как мономеры, соединяются воединыжды в цепи молекул. Хим соединения, состоящие из этих цепей молекул, известны как полимеры.
Полиуретаны могут быть произведены в 4 разных формах, а конкретно, эластичные пенопласты, жёсткие пенопласты, эластомеры и покрытия. Жесткие пенопласты время от времени именуют сшитыми пенопластами, так как средством образования перекрёстных связей создаётся жёсткая трёхмерная структура.
^ Категории и сфера использования полиуретана

Эластичные пенопласты

Внедрение эластичных пенопластов обеспечивает больший рынок для полиуретанов. У этих материалов высочайшая ударная вязкость, и они употребляются как амортизационный набивочный материал при изготовлении мебели. Они также употребляются в изготовлении матрацев и амортизирующих подушек для мягенькой мебели. Полужёсткие интегральные пенополиуретана используются для производства атомобильных приборных панелей и облицовки дверей. Другое применение включает подложку ковровых покрытий, упаковку, губы, резиновые швабры и внутреннюю набивку.

Жесткие пенопластыа

Жёсткие либо сшитые пенополиуретаны употребляются как изоляция в холодильниках, морозильниках и холодильных камерах и для производства изоляции в форме изоляционных плит и ламинированных панелей. Ламинированные панели обширно употребляются как кровельный материал в строительстве. При изоляции построек пенополиуретановая изоляция нередко наносится способом напыления.

Эластомеры

Эластомеры - материалы, которые могут быть растянуты, но в конечном счете ворачиваются к собственной начальной форме. Они используются в случаях, которые требуется крепкость, упругость, сопротивление абразивному износу, и демпфирующие свойства. Термопластичные полимерные эластомеры могут прессоваться и формироваться. Это позволяет их использовать как удобный материал для производства авто частей, лыжных башмак, колес роликовых коньков,, кабельной изоляции и других изделий. Когда эти эластомеры прядут в волокна, они употребляются в производстве гибкого материала, именуемого спандексом. Спандекс употребляется, в производстве чулочно-носочных изделий. бюстгальтеров, корда шлангов, купальников, и другой спортивной одежки.

Лако-красочные материалы

Лакокрасочные материалы из полиуретана отлично противодействуют растворителям и имеют значительную износостойкость. Эти материалы употребляются для поверхностных покрытий, где требуется сопротивление износу, упругость, резвое высыхание, не плохая адгезия и стойкость к хим воздействию, к примеру в кегельбанах и танцевальных залах. Лакокрасочные полимерные материалы на аква базе употребляются для поскраски самолетов, автомобилей и другого промышленного оборудования.

Интегральные пеноматериалы владеют эластичностью.

^ 11.3 Как получают полиуретан
Полиуретан получают в итоге хим реакции 2-ух главных компонент, узнаваемых как полиолы и изоцианаты. Нередко употребляется термин диизоцианаты. Это составы, содержащие двойные группы изоцианата.
Полиолы и изоцианаты вступают в реакцию в присутствии соответственных катализаторов и добавок, образуя разные типы и сорта полиуретана. Добавки обычно употребляются для защиты физической целостности материала, окрашивания и огнестойкости.
Изоцианаты
Обычно применяемые изоцианаты - продукты хим соединений, содержащих азот, толуол, водород и метаналь.
Дифенилметандиизоцианат обычно именуемый как МДИ - более нередко применяемый изоцианат в производстве жестких и полужёстких пенополиуретанов и составляет примерно 80 процентов мирового употребления всех видов изоцианатов. Незапятнанный MДИ представляет из себя кристаллы либо хлопья от белоснежного до бледно желтоватого цвета с лёгким запахом плесени. MДИ менее небезопасен из обычно доступных изоцианатов. Это уменьшает опасности во время его обработки по сопоставлению с другими часто-используемыми изоцианатами (TДИ, ГДИ). Но он как и другие изоцианаты, светочувствителен и является аллергентом.
Толуолдиизоцианат обычно именуемый как ТДИ, употребляется, сначала, при получении эластичных пенополиуретанов. ТДИ представляет из себя жидкость от тусклого до бледно желтоватого цвета либо кристаллы с резким запахом. Он становится бледно желтоватым под воздействием воздуха и растворим в хлорированных углеводородах, ацетоне, обычных и сложных эфирах. Он реагирует с водой, аммиаком и спиртами с образованием углекислого газа и окислов.
В дополнение к этим изоцианатам также употребляются более сложные составы, такие как 1,5-нафтилендиизоцианат и толуилеидиизоцианат, Эти более дорогие материалы употребляются для получения более твёрдых полиуретанов с более высочайшей температурой плавления.

Хим заглавие

Класс изоцианатов

Общая аббревиатура

Дифенилметандиизоцианат

Ароматичный

МДИ

Толуолдиизоцианат

Ароматичный

ТДИ

Гексаметилендиизоцианат

Алифатический

ГДИ

Изофорондиизоцианат

Алифатический

ИФДИ

Все изоцианаты ядовиты и вредоносны при вдыхании, попадании внутрь либо на кожу.
Полиолы
2-ой главный компонент полиуретанов – полиолы - соединения, которые основаны на спиртах. Они употребляются в разных видах для получения разных материалов: с эластомерами для эластичных волокон, с ординарными и сложными эфирами и мочевиной для пеноматериалов и лакокрасочных материалов.
Более обширно употребляются полиэфирные полиолы. Это полимеры с высочайшей молекулярной массой, которые имеют широкий спектр вязкости. Употребляются разные полиэфирные полиолы, включающие: полиэтиленгликоль, полипропиленгликоль и политетраметиленгликоль.
Полиэстер полиолы обычно являются более обширно применяемыми полиолами для производства полиуретанов. Но, полиэфирный полиол стал существенно наименее дорогим и вытеснил полиэстер полиол.
Добавки
Некие материалы из полиуретана могут повреждаться под воздействием тепла, света, атмосферных загрязнителей и хлора. Потому для их защиты добавляются стабилизаторы. Антиокислители также употребляются, чтоб предупредить реакции окисления.
После того, как полимеры сформированы, они естественно-белого цвета. Для их окрашивания добавляют красители. В этих случаях могут также быть добавлены составы, которые защищают от обесцвечивания, вызванного атмосферными загрязнителями.
^ 11.4 Полимерные пеноматериалы
Пенополиуретаны получают оковём вспенивания консистенции хим веществ. Происходит реакция, в итоге которой создается ячеистая структура с газонаполненными ячейками в отличие от материала твердого либо плотного состава.
Количество и размер этих газовых пузырей оказывает влияние на плотность и физические характеристики пеноматериала.

изоцианат полиол пенообразователь
пенополиуретан

.

изоцианат + полиол + пенообразователь = пенополиуретан
^ Структура пеноматериалов
Газовые пузыри, получаемые во время реакции, остаются в ячейках материала и делают пенообразную структуру. Когда ячейки не сообщаются меж собой, такие пеноматериалы именуются замкнутоячеистые пенопласты, в отличие от поропластов-материалов, в каких преобладают сообщающиеся (открытые) ячейки, дозволяющие газу выходить из матрицы через утончённые либо разрушенные мембраны ячейки.
^ Пенопласт с открытыми ячейками
Обычно пенопласт с открытыми ячейками мягенький. Стены ячейки либо сферы газовых пузырей в данном случае разрушены и воздух заполняет все ячейки в материале. Это делает пеноматериал более мягеньким и поболее покладистым к механическому воздействию чем пенопласт с закрытыми ячейками.
Теплоизоляционные характеристики этого пеноматериала определяются теплоизоляционными качествами недвижного воздуха, находящегося в матрице ячеек. Плотность пеноматериалов с открытыми ячейками составляет примерно 8 - 12 кг/м3.
^ Пенопласт с закрытыми ячейками
Пенопласт с закрытыми ячейками более жёсткий, чем пенопласт с открытыми ячейками. Существует разная степень твердости, зависимо от плотности. Пенополиуретан с закрытыми ячейками обычно делается с плотностью меж 30 и 50 кг/м3. Он обычно довольно прочен, чтоб по нему можно было бы ходить, не вызывая значимой деформации.
Большая часть стен ячеек либо пузырей в матрице материала не разрушены. Они напоминают раздутые воздушные шары либо футбольные мячи, сложенные вкупе в малогабаритной конфигурации. Это делает пену крепкой и жёсткой, так как пузыри довольно высокопрочны, чтоб противостоять большенному давлению, как надутые шины, которые держат автомобиль. Выбор газа, заключенного в ячейках, также имеет воздействие на теплоизоляционные характеристики пенопласта, так как различные газы имеют различную теплопроводимость.
Достоинства пены с закрытыми ячейками по сопоставлению с пеной с открытыми ячейками включают крепкость, более высочайшее значение теплового сопротивления и наименьшие утечки воздуха либо аква пара.
Недочет пенопластов с закрытыми ячейками в том, что они имеют огромную плотность, и требуют большего количества материала, и потому более дорогостоящие.
Вспениватели
Вспениватель (пенообразователь) – зто вещество, которое одно либо в композиции с другим веществом генерирует ячеистую структуру в полимере, образуя пеноматериал. Есть разные методы вспенивания полиуретана.
Вспениватели классифицируются на физические либо хим. Хим вспениватели (обычно находятся в твёрдой фазе) – это те, которые в итоге хим реакции выделяют газ, в то время как физические вспениватели обычно подвергаются обратимому физическому изменению состояния, к примеру, испарению.

Тип пенообразователя

Примеры

Сжатые газы, введенные в смесь хим веществ, находящихся под давлением, которые расширяются при сбросе давления.

Газы, такие как азот либо углекислый газ, под высочайшим давлением поглощаются и мелкодисперсно распределяются в полимере, созданным для вспенивания, и потом расширяются, ворачиваясь к атмосферному давлению.

Воды, которые образуют ячейки при переходе в паровую фазу.

Летучие воды, такие как пентан либо фторированные соединения, поглощаются и мелкодисперсно распределяются в полимере, созданном для вспенивания, и потом расширяются при нагревании, образуя значимый объема пара.

Хим вещества, которые распадаются либо реагируют под воздействием тепла с образованием газа.

Хим пенообразователи, которые варьируются от обычных солей, таких как бикарбонат аммония либо натрия, до сложных соединений, высвобождающих азот.

Обычно, ХФУ-11 был обширно применяемым пенообразователем для пенополиуретана. С началом выполнения Монреальского протокола и сокращения употребления ХФУ-11 было создано много других вспенивателей. Сначало подмены включали циклопентан в Европе и ГХФУ-141b в Соединенных Штатах и странах Азии и Тихоокеанского региона.
^ Физические характеристики жёстких пенополиуретанов
У пенополиуретана есть много применений, но большая часть из их употребляет его изоляционные характеристики, его высшую конструктивную крепкость по отношению к весу и его низкую плотность.
Характеристики пены зависят от многих характеристик, включая хим составляющие и их соотношение, добавки, выбор пенообразователя и производственного процесса.
Изменяя эти характеристики, можно получать различные виды пеноматерилов с разными физическими качествами для разных областей использования.
Окончательный выбор пеноматериала для специфичного внедрения будет основан на композиции параметров, которые требуются для данного внедрения. Потому что применяемые химикаты и добавки могут быть относительно дорогими, большая часть изготовителей стремится отыскать подходящий баланс цены и требуемых рабочих черт материала.
К примеру, жёсткие пенополиуретаны употребляются для производства бытовых холодильников. В этой ситуации пеноматериал действует не только лишь как термическая изоляция, но также и как структурный компонент, обеспечивающий крепкость холодильного шкафа и дверей в композиции с железным корпусом.
Есть несколько причин, которые должны быть учтены в разработке рецептуры теплоизоляционного пеноматериала, включая крепкость, коэффициент теплопередачи и плотность. Композиция этих причин определяет количество пеноматериала для обеспечения действенной теплоизоляции холодильника и, как следует, объема и цены сырья. Сокращение толщины изоляции могло бы уменьшить цена конечного продукта, но это прирастило бы эксплуатационные расходы конечного юзера, так как теплоизоляция холодильника будет наименее эффективна, что повлечёт завышенное энергопотребление.
В почти всех странах приняты строгие нормативы, обусловливающие уровни энергопотребления холодильников и морозильников и эффективности термоизоляции построек.
Главные характеристики, применяющиеся при оценке физических параметров пенополиуретана в метрических единицах:

Свойство

Единицы

Плотность

Кг/м3

Крепкость на сжатие

Н/м2

Крепкость на извив

Н/м2

Крепкость на растяжение

Н/м2

Модуль упругости

Н/м2

Содержание закрытых ячеек

%

K-фактор (коэффициент теплопередачи)

Вт/м2 К

Крепкость на сдвиг

Н/м2

Водопоглощение

%

Главные характеристики пеноматериалов - это коэффициент теплопередачи (К-фактор) и крепкость. Но, плотность также очень принципиальна, потому что она отражается на цены материала. Не считая того толщина пеноизоляции должна обеспечивать требуемый К-фактор, что оказывает влияние на внутренний объём камеры холодильника, потому что наружные размеры устройств установлены эталонами.

Пеноматериалы , ,

Комментирование отключено.