Теплоизоляционные пенопласты на основе карбамидных смол с активированными наполнителями тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.08, кандидат технических наук Хаддад, Джурджос

• Хаддад, Джурджос
• кандидат технических наук
• 1995

Оглавление диссертации кандидат технических наук Хаддад, Джурджос

ВВЕДЕНИЕ

I. НАПОЛНЕНИЕ - КАК СПОСОБ УСИЛЕНИЯ ПЕНОПЛАСТОВ

1.1. Наполненные пенопласты на основе реакционно-способных олигомеров.

1.2. Структурообразование и свойства наполненных карбамидных пенопластов.

1.3. Современное представление о технологии карбамидных пенопластов и области их применения.

1.4. Выводы.

II. ХАРАКТЕРИСТИКА ИСПОЛЬЗОВАННЫХ МАТЕРИАЛОВ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1. Применяемые материалы.

2.2. Методы исследований.

III. ПОЛУЧЕНИЕ КАРБАМИДНЫХ ПЕНОПЛАСТОВ С АКТИВИРОВАННЫМИ КВАРЦЕВЫМИ НАПОЛНИТЕЛЯМИ

3.1. Обоснование выбора активаторов и получение активированных наполнителей',.'»7.

3.2. Получение наполненных карбамидных пенопластов с активированными наполнителями.

3.3. Физико-химические исследования карбамидных пенопластов с активированными наполнителями.

3.4. Выводы.

IV. ИЗУЧЕНИЕ ОСНОВНЫХ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ И

ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ КАРБАМИДНЫХ ПЕНОПЛАСТОВ С АКТИВИРОВАННЫМИ НАПОЛНИТЕЛЯМИ

4.1. Прочностные свойства карбамидных пенопластов на активированных наполнителях.

4.2. Деформативные свойства.

4.3. Теплофизические свойства.

4.4. Выводы.

V. ОПЫТНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ И ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ

5.1. Технология получения карбамидных пенопластов с активированными наполнителями.

5.2. Получение опытной партии теплоизоляционных плит на основе карбамидных композиций с активированными наполнителями и технико--экономические расчеты.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Теплоизоляционные пенопласты на основе карбамидных смол с активированными наполнителями»

Переход к рыночной экономике, развитие частного сектора в промышленном и сельскохозяйственном производстве, появление конкуренции формируют новые требования к строительным материалам. Очевидно, что в новых условиях хозяйствования, конкурентоспособными окажутся, в первую очередь, материалы, имеющие наименьшую стоимость при сохранении конструкционных качеств на уровне, гарантирующим надежную работу в нормативные сроки эксплуатации.

Дальнейшее совершенствование индустриального строительства связано с применением особо легких ограждающих конструкций, обеспечивающих снижение массы зданий и повышение их теплозащиты, и, в большей мере, зависит от увеличения выпуска и расширения номенклатуры пенопластов.

Основной группой пенопластов в структуре мирового производства газонаполненных полимеров являются пенополиуретаны (ППУ). Их производство составляет 50% от общего объема пенопластов. Также в большом количестве выпускаются пенополистирол (32%) и пенофенопласты (18%).

Более широкое их применение в строительстве сдерживается высокой стоимостью и дефицитностью сырьевых материалов. Факторы весьма важные, так как строительство - одна из самых материалоемких отраслей народного хозяйства. Кроме того, для большинства вспененных пластмасс, применяемых в строительных конструкциях, остро стоит проблема снижения их пожарной опасности. При воздействии высоких температур (до 673 К) и окислительной среды полимерная основа пенопластов активно разлагается с выделением летучих продуктов, способных поддерживать горение. Для пенопластов положение усугубляется наличием высокоразвитой поверхности, облегчающей доступ кислорода к полимеру. Все это, естественно, сужает область применения разработанных к настоящему времени промышленных марок пенопластов, побуждая исследованиям по их замене или модификации.

В этом отношении исключение составляют пенопласты на основе карбамидоформальдегидных смол, имеющие развитую сырьевую базу, независимую от запасов топливно-энергетических ресурсов. Однако, наряду с такими ценными свойствами, как дешевизна и доступность, хорошая смешиваемость с водой карбамидным смолам и композиционным материалам на их основе свойственны серьезные недостатки: большая усадка при твердении, хрупкость и низкая механическая прочность, исключающие возможность использования этих материалов (пенопластов) в качестве легкого конструкционного материала. В связи с этим проблема создания карбамидных пенопластов, сочетающих легкость с прочностью и жесткостью, приобретает чрезвычайную актуальность. Одним из путей их упрочнения является применение наполнителей.

Несмотря на большие возможности изменения свойств пенопластов с помощью наполнителя, доля наполненных пенопластов в общем объеме производства пенополимеров сегодня еще мала - около 5%. В данном случае к известным факторам, препятствующим созданию высокопроизводительных процессов и организации крупномасштабного производства наполненных полимеров, добавляются трудности, связанные со спецификой образования полимерных пен. При вспенивании и отверждении полимерная композиция, как правило, претерпевает сложные физико-химические превращения, и присутствие в дисперсной системе газ-жидкость третьей фазы - твердого наполнителя не может не сказаться на параметрах процесса вспенивания и отверждения, структуре и свойствах конечного продукта.

Целью настоящей диссертационной работы является разработка пенопластов на основе карбамидоформальдегидных смол с активированными карбонатными наполнителями и изучение их физико-технических свойств.

Основными предположениями для успешного решения поставленной цели послужили предположения о том, что активный наполнитель с хемосорбционно связанной поверхностно-активными веществами (ПАВ) на поверхности способен взаимодействовать с карбамидной смолой с образованием усиленной связи на границе раздела полимер-наполнитель.

Для выполнения поставленной цели потребовалось решение следующих задач:

- изучение природы поверхностно-активных веществ (ПАВ), повышающих активность наполнителя и выяснение механизма активизации;

- выбор активатора для получения активированного наполнителя;

- исследование влияния количества ПАВ и дисперсности наполнителя на процесс вспенивания и отверждения карбамидных пенопластов;

- разработка оптимальных составов карбамидных пенопластов с активированным барханным песком; исследование технологических физико-механических деформативных и теплофизических свойств карбамидных пенопластов с активированными наполнителями;

- опытно-промышленное внедрение разработанных карбамидных пенопластов и оценка их технико-экономической эффективности.

Научная новизна заключается в научно-теоретическом и экспериментальном обосновании и разработке состава и способа получения низконаполненных карбамидных пенопластов на основе карбамидоформапьдегидной смолы и активированного мелкодисперсного барханного песка, в том числе:

- предложены добавки - катионоактивные ПАВ наоснове четвертичных аммониевых оснований, активизирующие поверхность наполнителя:

- найдена зависимость физико-механических, технологических и эксплуатационных свойств пенопластов от вида и количества активаторов и дисперсности наполнителя;

- установлена закономерность структурообразования карбамидных пеноп ластов;

- обоснованы методом математического планирования и подтверждены экспериментально-оптимальные составы разработанных карбамидных пенопластов;

- установлено влияние начальных условий хранения на прочностные и деформативные свойства наполненных карбамидных пенопластов.

Практическое значение работы заключается в разработке составов карбамидоформальдегидных пенопластов с активированными наполнителями, удовлетворяющих техническим требованиям на пенопласты для строительных конструкций. Предложена рациональная технология их изготовления, а также разработаны методические рекомендации по изготовлению и применению карбамидных пенопластов с активированными наполнителями.

Результаты исследований нашли практическое отражение при проектировании и строительстве цеха в А. О. «Мантра» по производству теплоизоляционных пенопластов на основе карбамидных смол производительностью 100 тыс.м3 в год. Основные результаты исследований доложены и обсуждены на международной научно-практической конференции «Научные основы производства полимерных материалов» Караганда, 1993 г. Образцы карбамидных пенопластов с активированными наполнителями экспонировались на 1-й Казахстанской Международной выставке «Строительство и проектирование» Каг В1ПиЭ'94.

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка использованной литературы из 85 наименований, изложена на 100 страницах машинописного текста с 23 рисунками, 16 таблицами и 2 приложениями.

Заключение диссертации по теме «Технология и организация строительства», Хаддад, Джурджос

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Разработаны карбамидные пенопласты с улучшенными физико-техническими и эксплуатационными свойствами на активированных высокодисперсных наполнителях. Установлено, что при совмещении с карбамидной смолой активный наполнитель входит в координационно-химическую связь с полимером.

2. Предложены эффективные катионоактивные поверхностно-активные вещества для карбонатсодержащих кварцевых наполнителей на основе четвертичных аммониевых оснований.

3. Установлено, что активация поверхности наполнителя ЛДБАХ и ДПХ позволяет улучшить смачиваемость ее полимером. При этом краевой угол смачивания снижается соответственно на 35° и 31°, поверхность наполнителя переходит в гидрофобное состояние.

4. Выявлено, что использование активированных наполнителей позволяет повысить термостойкость пенопласта на 20-25%, а степень их отверждения к 30 сут возрасту на 8-10%.

5. Методом математического планирования эксперимента оптимизированы составы карбамидных пенопластов с активированными наполнителями. Установлено, что статистические модели прочности адекватно описывают результаты исследований.

6. Исследованы прочностные свойства наполненных карбамидных пенопластов. Выявлено, что активация поверхности барханного песка ЛДБАХ и ДПХ обеспечивает постоянство высоких прочностных свойств пенопласта в температурном интервале от 0° до 60° С.

7. Установлено, что применение активированных наполнителей способствует снижению интенсивности удаления влаги из материала в начальный период хранения и, в следствии, более равномерному протеканию процессов деформирования при отверждении. Пенопласты на активированных наполнителях позволяют развитие 11-12%-ных деформаций сжатия без потери материалом несущей способности.

8. С применением наполнителей активированных ЛДБАХ и ДПХ теплостойкость пенопластов повышается на 13-15% при оптимальной дисперсности наполнителя, а также значительно снижается показатель горючести конечного продукта.

9. Установлено, что разработанные карбамидные композиции отвечают требованиям, предъявляемым к теплоизоляционным материалам, применяемым в качестве утеплителя для многослойных ограждающих конструкций. На основании разработанных составов и технологии изготовления осуществляется производственное внедрение на базе А. О «Мантра», где строится цех по выпуску карбамидных пенопластов на конвейере непрерывного действия, мощностью 100 тыс.м2 в год.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Хаддад, Джурджос, 1995 год

1. АбрамзонА.А., ЗайченкоЛ. П., ФайнгольдС. ИПоверхностно-активные вещества. Л.: Химия, 1988.-200 с.

2. Аввакумов Е.Г. Механические методы активации химических процессов. Новосибирск: Наука. 1979.-252 с.

3. Альперн В. Д., Бородкина Н.И., Бол дина Л. А. Карба-мидоформальдегидные пенопласты. М.: НИИТЭХим, 1984. - 60 с.

4. Андрианов В. И. и др. Силиконовые композиционные материалы. М.: Стройиздат, 1990.-224 с.

5. А. С. № 527449 (СССР) Способ получения пенопласта. Артюшина А. А. и др. А. С. № 527449 (СССР) Опубл. 1976. Б. И. №33

6. А. С. N° 673645 (СССР) Композиция для получения пенопласта /Думов С.Н., Еремин Н.Ф., Горлов Ю.П. и др. Опубл. 1979. Б. И. № 26.

7. A.C. № 896007 (СССР) Композиция для получения теплоизоляционного материала /Вительс Л.Э., Винокурова Л.И., МеркинА.П. Опубл. 1982. Б.И. №1.

8. A.C. № 896008 (СССР) Композиция для получения мочеви-ноформальдегидного пенопласта /Пашков Д. Н., Тараненко С. К., Мытченко В. Л. Опубл. 1982. Б. И. № 1.

9. А. С. № 896011 (СССР) Композиция для получения пенопласта /Веселов П. А., Смирнов Ю. ВДавыдов Г. И. Опубл. 1982. Б.И. №1.

10. A.C. № 914583 (СССР) Композиция для получения пенопласта /Пашков Д. Н. Опубл. 1982. Б. И. № 11.

11. А. С. № 929658 (СССР) Композиция для получения пенопласта /Думов С. П., Еремин Н. Ф., Горлов Ю. П., Тойчиев Т. Т., Виноградов В. М., Захарова О. Б. Опубл. 1982. Б. И. № 19.

12. A.C. № 929659 (СССР) Композиция для получения пенопласта

13. Вилькова С. Н., Котлик С. И., Балабанцев И. J1., Джумаходжаев

14. X. Опубл. 1982. Б. И. № 19.

15. A.C. № 994489 (СССР) Композиция для получения пенопласта /Порывай Г. А., Вишняков О. К. и др. Опубл. 1983 Б. И. № 5.

16. А. С. № 1162829 (СССР) Устройство для изготовления пенопласта /Ракитин Е. А., Меркин П. А. Опубл. 1985. Б. И. № 18

17. А. С. № 1199632 (СССР) Устройство для получения вспененных материалов /Яковлев И. Н., Чистякова. М., Гурьев В. В. Опубл. 1985. Б. И. № 47

18. А. С. Ng 1232487 (СССР) Устройство для смешения компонентов вспенивающегося полимерного материала / Яковлев И. Н., Чистякова. М., Гурьев В. В. Опубл. 1986. Б. И. №19

19. А. С. № 1477730 Композиция для пенопласта / Самигов Н. А., Соломатов В. И., Муминджанов X. И. и др. Опубл. 1989. Б. И. № 17

20. А. С. №1698263 (СССР) Композиция для пенопласта / Самигов Н. А., Соломатов В. И., Джалилов А. Т. и др. Опубл. 1991. Б. И. № 46

21. Берлин A.A., Щутов Ф.А. Пенополимеры на основе реакционноспособных олигомеров М.: Химия, 1978. - 296 с.

22. Брык М Т. Деструкция наполненных полимеров. М.: Химия, 1989. - 192 с.

23. Валгин В.Д., Емелина Ч.М. Алюмофор новый вспенивающий агентв производстве фенолформапьдегидныхпенопластов// Строительные материалы. - 1981. - № 12.

24. Ветошкина Т. В., Чертков Н. С., Исакова А. Г. и др. Пенопласты повышенной прочности на основе фенолформальдегидных смол // В кн.: Новые способы получения и области применения газонаполненных полимеров. Черкассы: ВНИИСС, 1982, - с. 78-80.

25. Вирпша 3., БжезинскийЯ. Аминопласты М.: Химия, 1973.-537 с.

26. Вознесенский В.А., и др. Современные методы оптимизации композиционных материалов. К., Будивельник, 1983. - 144 с.

27. ВоробьевВ.А.,АцдриановР.А. Полимерные теплоизоляционные материалы. М.: Стройиздат, 1972. -320 с.

28. Воробьев В.А., Стефурак Б.И., Стефурак /I.A. Перли-тофенопласт для теплоизоляции трубопроводов // Строительные материалы. 1976. - № 9. - с. 25-26

29. Григоров О.Н. и др. Руководство к практическим работам по коллоидной химии. М. -Л.: Химия. 1964.-331 с.

30. Дементьев А. Г. и др. Долговечность фенолформальдегидных пенопластов при эксплуатации в стеновых железобетонных панелях //Строительные материалы. 1984. - № 5

31. Дружинин С.А., Русаков Н.Л. Некоторые вопросы получения заливочных карбамидных пенопластов//В кн.: Использование пенопластов в легких конструкциях. М.: ЦНИИСК им. Кучеренко, 1985.-209 с.

32. Дружинин С.А., ЧевердаА.К. Опыт использования полимерной пены для предохранения грунта от промерзания /Серия П. Передовой опыт в строительстве. Реф. ст. ЯДНТП. Ярославль: 1981, вып. 1

33. Захаров С.С., Леонович A.A., Белов Ю.Н. Трудногорючий теплоизоляционный материал с гидролизным лигнином // Строительные материалы. 1988. - № 12. - С. 8-9

34. Иванов В.В. Физико-механические свойства фенольного пенопластаФЛ-3//Строительные материалы и конструкции. 1982. - №1

35. Калинин Б.А., Черепанов В.П. и др. Улучшение качества и адгезионных свойств жесткого пенополиуретана //Пластические массы. -1976. № 8. - С. 39-40.

36. Кербер М.Л., Акутин М.С. и др. Структура пеноматериала на основе совмещенных феноло- и карбамидоформальдегидныхолигомеров // Пластические массы. 1985. - № 8. - С. 55-56.

37. Кутфитдинов Р.Н., Хожиева А., Яблочкина Л.Д., Магрупов

38. Ф.А. Композиционные материалы на основе мочевиноформальдегидного олигомера// Пластические массы. 1986. - № 11. - с. 40-41.

39. Леонович А.А. и др. Гидролизный лигнин как наполнитель карбамидных пенопластов // Пластические массы. 1983. - № 11.- с. 44-46.

40. Липатов Ю.С. Коллоидная химия полимеров. Киев. Наукова думка, 1984. - 344 с.

41. Мавлянов Н. Карбамидный полимербетон с активированными наполнителями. Автореф. дисс. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук. -Саратов, 1982.

42. Методы физико-механических испытаний пенопластов/Под ред. Тараканова О.Г. Сб, трудов ВНИИСС. М.: ВНИИЭХИМ. 1976.-80 с.

43. Миханов С.А., Миронов Д.П., Голубев В.М. Водостойкость фенолформальдегидного пенопласта //Пластические массы. 1990.-№ 5. - С. 18-20.

44. Муминджанов X. И. Карбамидный полимербетон с комплексными отвердителями. Автореф. дисс. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук. Саратов, 1985. - 24 с.

45. МухинЮ. Г. Пенопласт ФРП-1 в конструкции повесного потолка // Строительные материалы. 1974. - № 8.

46. Наполнители для полимерных композиционных материалов /Перевод с англ. под ред. Каца Г. С. и Милевски Д. В. М., Химия. 1981. - 736 с.

47. Насриддинов З.Ш. Карбамидный полимербетон с термостабилизирующими добавками. Автореф. дисс. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук Ташкент. ТАСИ, 1992.-13 с.

48. Нейман А., Беликова М. С., Долгина А. Ф. Фенол ьный утеплитель ФРП-1 для изоляции теплосетей и облегченных ограждающих конструкций // Строительные материалы и конструкции. 1978.-N2 2.

49. Неймарк И. Е. Синтетические минеральные адсорбенты и носители катализаторов. Киев, 1982. - 210 с.

50. Николаев А. Ф. Синтетические полимеры и пластические массы на их основе М.-Л., 1964, с.

51. ОсовцоваИ. М.Улучшение свойств карбамидоформальдегидных пенопластов в панелях из древесных материалов. Автореф. дисс. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук. Москва, 1986. - 18 с.

52. Патент ФРГ № 1170615, 1964.

53. Патент Японии № 23334/68, 1968.

54. Поверхностные явления и поверхностно-активные вещества: Справочник /Абрамзон А. А. и др. Л.: Химия, 1984. - 392 с.

55. Полунин В Л. Пенополимеры в низкотемпературной изоляции.- М.: Энергоатомиздат, 1991. 192 с.

56. Полуянов А.Ф., МакотинскийМ.П. Перспективы производства полимерных материалов для строительства //Строительные материалы.- 1986. № 3. - с. 6-9.

57. Пономарев Ю.Е. Пенопласты на основе Новолачных фенолформальдегидныхолигомеров// В кн.: Использование пенопластов в легких конструкциях. М.: ЦНИИСК им. Кучеренко, 1985. - С. 134-142.

58. Пособие по физико-механическим характеристикам строительных пенопластов и сотопластов. М., Стройиздат, 1977.-79 с.

59. ПутляевИ. £, Сыпченко Т. И. Легкие полимербетоны объемной массой 350-600 кг/м3 на основе водорастворимых карбамидных смол /Вкн.: Перспективы применения бетонополимеров и полимербетонов в строительстве. М., 1976, с. 130-131.

60. Ребиндер П.А. Поверхностные явления в дисперсных системах. М.: Наука, 1979.-387 с.

61. Романенков Г.И. Физико-механические свойства пенистых пластмасс. М.: Стандарт, 1970.-27 с.

62. Руководство по применению ячеистых пластмасс в ограждающих конструкциях жилых зданий. М., Стройиздат, 1981.-40 с.

63. Руководство по изготовлению и применению теплоизоляционных плит на основе модифицированных карбамидных композиций. Ташкент, 1989.

64. Савин B.C., Шамов И.В. Влияние дисперсных наполнителей на ячеистую структуру жестких ППУ // Пластические массы. 1982. - № 3. -С. 34-36.

65. Савин B.C., Шамов И.В. Жесткие пенополиуретаны с дисперсными наполнителями // Пластические массы. 1987. - № 3.- С. 18-20.

66. Самигов Н.А., Соломатов В.И. Технология карбамидного полимербетона. Ташкент. Фан, 1987.-108 с.

67. Сильверстейн Р., БасслерГ., Морилл Т., Спектрометрическая идентификация органических соединений. М., Мир, 1977.-590 с.

68. Соломатов В. И. и др. Полимерные композиционные материалы в строительстве. М.: Стройиздат, 1988. - 309 с.

69. Соломатов В. И и др. Полиструктурная теория композиционных строительных материалов. Ташкент, Фан, 1991. 342 с.

70. Тараканов О.Г., Шамов И.В., Альперн В.Д. Наполненные пенопласты. М., Химия, 1989.-216 с.

71. ТараненкоС. К., Пашков Д. Н.,ХрулевВ. М. Теплоизоляционный материал на основе карбамидного полимера с лессовым наполнителем // Изв. ВУЗов. Строительство и архитектура. 1981. - № 9. - с. 68-71.

72. Тихомиров В.К. Пены. Теория и практика их получения и разрушения. М., Химия, 1983.-264 с.

73. Толстая С. Н., Щабанова С. А. Применение поверхностно-активных веществ в лакокрасочной промышленности. М.: Химия, 1976.-176 с.

74. Ходаков Г. С. Физика измельчения. М.: Наука, 1972.-308 с.

75. Черепанов В. П., Шамов И. В. и др. Влияние длины стекловолокон на свойства наполненного жесткого пенополиуретана //Пластические массы. 1975. - № 1. - С. 71-72.

76. Чистяков А.М. Применение пенопластов в строительных конструкциях//Пластические массы. 1984. - № 4. - с. 52-54.

77. ЧистяковА.М. Легкие многослойные ограждающие конструкции. М., Стройиздат, 1987.-240 с.

78. Чошщиев К.Ч. и др. Сверхлегкий полимербетон на основе карбамидной смолы и барханного песка. // Труды научной конференции, Липецк, 1986.

79. Шантарин В.Д. и др. Склеивание фенолформальдегидного пенопласта с алюминием //Пластические массы. 1984.-№ 2.

80. Шорфман Э.Н. и др. Экологическая оценка эффективности применения карбамидных пенопластов //Строительные материалы. -1974. № 12. - с. 11-12.

81. Шплет Н.Г. Опыт применения карбамидных пенопластов в строительстве. Л.: ЛДНТП, 1977. 24 с.

82. Шплет М. Г. Сверхлегкие эффективные пенопласты для гражданского строительства. Л., Стройиздат, 1985.-64 с.

83. Юсупов X. И. Поризованные легкие полимербетоны на основе карбамидных смол и пористых заполнителей. Автореф. дисс. на соис. учен. степ. канд. техн. наук. М., 1984. - 18 с.

84. Яхонтова Н.Е., Голубова Г.А. Применение композиционных пенополиуретанов в легких ограждающих конструкциях //В кн.: Использование пенопластов в легких конструкциях. М.:ЦНИИСК им. Кучеренко, 1985-209 с.

85. Frisch К. О. Jn: Proc. Polyurethane Jndustrys Jnt. Conf. UTECH-86, The Hague, 1986, P. 4-7.

86. Urethane Technol. 1987. Vol. 4. № 2. P. 24.