Пенообразователь

Пенообразователь — это вещество , способное образовывать ячеистую структуру посредством процесса вспенивания в различных материалах, которые подвергаются затвердеванию или фазовому переходу , таких как полимеры , пластмассы и металлы . ^[1] Обычно их применяют, когда вспениваемый материал находится в жидкой фазе . Ячеистая структура в матрице снижает плотность, увеличивая тепло- и звукоизоляцию, одновременно увеличивая относительную жесткость исходного полимера.

Вспенивающие агенты (также известные как «пневматогены») или связанные с ними механизмы создания отверстий в матрице, производящей ячеистые материалы, классифицируются следующим образом:

• Физические вспенивающие агенты включают CFC (однако, они являются озоноразрушающими веществами, запрещенными Монреальским протоколом 1987 года), HCFC (заменили CFC, но все еще являются озоноразрушающими веществами, поэтому их использование постепенно прекращается), углеводороды (например, пентан , изопентан , циклопентан ) и жидкий CO2 _. Процесс образования пузырьков/пены является необратимым и эндотермическим, то есть для испарения жидкого вспенивающего агента требуется тепло (например, от процесса плавления или химического экзотерма из-за сшивания). Однако при охлаждении вспенивающий агент будет конденсироваться, что является обратимым процессом. ^{[2] [3]}
• Химические вспенивающие агенты включают изоцианат и воду для полиуретана , азодикарбонамид для винила, гидразин и другие материалы на основе азота для термопластичных и эластомерных пен и бикарбонат натрия для термопластичных пен. Газообразные продукты и другие побочные продукты образуются в результате химической реакции химического вспенивающего агента, стимулируемой теплом процесса производства пены или экзотермическим теплом реагирующего полимера . Поскольку реакция вспенивания происходит с образованием низкомолекулярных соединений, действующих как вспенивающий газ, также выделяется дополнительное экзотермическое тепло. Порошкообразный гидрид титана используется в качестве вспенивающего агента при производстве металлических пен , поскольку он разлагается с образованием газообразного водорода и титана при повышенных температурах. ^[4] Гидрид циркония (II) используется для той же цели. После образования низкомолекулярные соединения никогда не вернутся к исходному вспенивающему агенту; реакция необратима.
• Смешанные физические/химические вспенивающие агенты используются для производства гибких пенополиуретанов с очень низкой плотностью. Здесь как химическое, так и физическое вспенивание используются в тандеме, чтобы уравновесить друг друга в отношении выделяемой и поглощаемой тепловой энергии, минимизируя повышение температуры. В противном случае избыточное экзотермическое тепло из-за высокой нагрузки физического вспенивающего агента может вызвать термическую деградацию развивающегося термореактивного или полиуретанового материала. Например, чтобы избежать этого в полиуретановых системах, изоцианат и вода (которые реагируют с образованием диоксида углерода ) используются в сочетании с жидким диоксидом углерода (который кипит, образуя газообразную форму) при производстве гибких пенополиуретанов с очень низкой плотностью для матрасов. ^[5]
• Механически изготовленные пены и вспененные материалы включают методы введения пузырьков в жидкие полимеризуемые матрицы (например, невулканизированный эластомер в форме жидкого латекса). Методы включают в себя взбивание воздуха или других газов или низкокипящих летучих жидкостей в решетках с низкой вязкостью или впрыскивание газа в цилиндр экструдера или фильеру, или в цилиндры или сопла литьевого формования и предоставление возможности сдвиговому/смешивающему действию шнека равномерно рассеивать газ для образования очень мелких пузырьков или раствора газа в расплаве. Когда расплав формуется или экструдируется, а деталь находится под атмосферным давлением, газ выходит из раствора, расширяя расплав полимера непосредственно перед затвердеванием. Вспенивание (похожее на взбивание яичных белков для приготовления безе ) также используется для стабилизации вспененных жидких реагентов, например, для предотвращения оседания, происходящего на вертикальных стенках перед отверждением – (т. е. избегания разрушения пены и соскальзывания вниз по вертикальной поверхности из-за силы тяжести).
• Растворимые наполнители, например, твердые кристаллы хлорида натрия, смешанные с жидкой уретановой системой, которая затем формуется в твердую полимерную деталь; хлорид натрия затем вымывается путем погружения твердой формованной детали в воду на некоторое время, оставляя небольшие взаимосвязанные отверстия в полимерных изделиях относительно высокой плотности (например, синтетические кожаные материалы Porvair для верха обуви).
• Полые сферы и пористые частицы (например, стеклянные оболочки/сферы, эпоксидные оболочки, оболочки из ПВДХ, летучая зола , вермикулит и другие сетчатые материалы) смешиваются и диспергируются в жидких реагентах, которые затем формируются в твердую полимерную часть, содержащую сеть пустот.
• Вспенивающий агент может влиять на физические и механические свойства натурального каучука.

Ссылки

1. Wypych, George (2017). Справочник по пенообразователям и вспенивателям. Торонто. ISBN 978-1-927885-18-5. OCLC  963394095.{{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )
2. "Вспениватель - обзор".
3. Kumaran, MK; Bomberg, MT; Marchand, RG; Ascough, MR; Creazzo, JA (октябрь 1989 г.). «Метод оценки влияния конденсации вспенивающего агента на распыляемые полиуретановые пены». Журнал термоизоляции . 13 (2): 123–137. doi :10.1177/109719638901300207. ISSN  0148-8287. S2CID  110851023.
4. Banhart, John (2000). «Производственные маршруты для металлических пен». JOM . 52 (12). Minerals, Metals & Materials Society: 22–27. Bibcode :2000JOM....52l..22B. doi :10.1007/s11837-000-0062-8. S2CID  137735453. Архивировано из оригинала 2012-01-01 . Получено 2012-01-20 .
5. "CarDio CO2 Technology Leaps Forward". Архивировано из оригинала 2006-05-07 . Получено 2012-01-20 .