Використання полімерних матеріалів у повсякденному житті здається людині XXI століття абсолютно природним, а самі ці матеріали – звичними та незамінними. При цьому промислове виробництво полімерів не налічує ще ста років.
Історія народження пінопласту – яскравий приклад того, як довгий шлях часом має пройти відкриття від моменту виявлення нового явища та висування теорій до практичного його використання.
Почалося все у тридцяті роки ХІХ століття. В 1839 Едуард Симон, аптекар з Берліна, в процесі вивчення властивостей натуральних смол, виділив зі стираксу (смоли Ліквідамбара далекосхідного) легку, безбарвну, прозору рідину, яка була названа стиролом. Через кілька днів дослідник виявив, що консистенція рідини змінилася, набувши вигляду гелю. Припустивши, що речовина, що утворилася, – продукт окислення стиролу киснем повітря, Е.Симон назвав його стиролоксидом.
Знадобилося ще шість років, щоб зробити наступний крок: в 1845 Артур Вільхельм фон Хофман і Джон Бліт зацікавилися властивостями стиролу. Серія проведених експериментів показала, що процес перетворення стиролу гелеподібну субстанцію відбувається і без доступу кисню. Ідентичність цієї речовини, названої метастиролом, стиролоксиду була доведена при подальших дослідженнях, але практичної користі від своєї роботи дослідники не побачили.
І лише 1922 ще один німець, Герман Штаудінгер, довів процес до логічного кінця. При підвищених температурах молекули стиролу поєднувалися в довгі ланцюжки – макромолекули, утворюючи тверду речовину. За результатами дослідження Штаудінгер отримав Нобелівську премію, а решта людства – масове виробництво пластмас та полімерів.
У 1931 році фахівці німецького концерну BASF запустили апарат з випуску полістиролу. Розплав продавлювався через гарячу трубу екструдера, спеціальний різак відсікав шматочки маси у вигляді кульок. Кульки ці, за дуже високої гнучкості, по міцності не поступалися алюмінію. До створення пінопласту залишався один крок.
Піонером виробництва пінопласту став той самий німецький концерн BASF. У 1949 році інженер Фріц Штясни запатентував технологію спінювання полістиролу – і з цього моменту пінопласт розпочав свою переможну ходу найрізноманітнішими сферами життя. Найбільш затребуваними виявилися його чудові теплоізоляційні властивості.
У сучасних теплоізоляційних матеріалах використовується пінопласт, понад 90% обсягу якого становить газ. В залежності від технології виробництва, це може бути повітря,
Використання вуглекислоти як газонаповнювач для пористих полімерних матеріалів було абсолютно логічним кроком. Пожежна безпека, хімічна інертність, доступність, низька вартість вуглекислоти зробили її одним з перших випробуваних, і до сьогодні одним з найпопулярніших матеріалів у виробництві пінопластів.
За більш ніж піввікову історію розвитку пористих матеріалів на полімерній основі, асортимент їх значно розширився. Наведемо найпоширеніші види.
• Пінополістироли – пінопласти на основі полістиролу. Білий жорсткий пористий матеріал із замкнутою структурою осередків. Малотоксичний, широко використовується у виробництві будівельних матеріалів, упаковки для харчових продуктів.
• Пінополіуретани, найбільш відомим представником яких є поролон. На відміну від пінополістиролу, структура осередків поролону переважно відкрита. Цей матеріал має дуже високу еластичність, чудово вбирає вологу, пропускає повітря та пари води. Полівінілхлоридні пінопласти, завдяки вмісту у складі понад 56 % зв’язаного хлору мають знижену горючість, відносяться до самозагасних матеріалів. У ролі газонаповнювачів служать зазвичай солі вугільної кислоти (бікарбонат натрію чи харчова сода, і навіть карбонат амонію), які у процесі виробництва розкладаються із газоподібної вуглекислоти.
• Пінополіетилени виробляються в основному у вигляді напівпрозорих листів, наповнених бульбашками газу. Широко використовуються для упаковки тендітних предметів, що б’ються.
Пропонована класифікація заснована на складі твердого компонента, що становить каркас осередків пінопласту. Ці матеріали досить сильно відрізняються за хімічними та фізичними властивостями, визначаючи значною мірою сферу вживання того чи іншого його різновиду. Але й те, чим заповнені пори, значною мірою визначає як споживчі властивості готового матеріалу, і його безпеку.
Від виду газонаповнювача та технології його введення до складу полімерної композиції залежать як фізичні властивості отриманого матеріалу (питома вага або щільність, тепло- і звукоізоляційні властивості), так і його пожежна безпека. Найчастіше як газонаповнювачі у виробництві пінопластів використовуються:• Інертні гази: вуглекислота, азот, аргон.Переваги їх використання очевидні: зниження пожежної небезпеки за рахунок обмеження доступу кисню до зони горіння. Газ, що виривається, сам стримує поширення вогню. На жаль, більшість інертних газів погано розчиняється в реакційній масі при виробництві полімеру. А хороша розчинність у вихідних матеріалах і погана у продуктах реакції (і, отже, витіснення з них у вигляді бульбашок газу) – одна з основних вимог до газонаповнювача, що забезпечує рівномірну пористість готового продукту.
Найбільшою мірою цій вимогі задовольняє вуглекислота. Газ під тиском вводиться реакційну масу, ретельно перемішується. Надалі, при різкому зниженні тиску, розчинність газу зменшується, і бульбашки вуглекислоти спінюють розплав полімеру. Така технологія застосовується під час виробництва екструзійних пінопластів. Отриманий матеріал однорідний, важко розламується. Однак щільність його зазвичай вища, ніж у отриманого за іншими технологіями.
• Ще один спосіб введення вуглекислоти в масу полімерної композиції для виробництва пінопластів – використання як газоутворювальний компонент сухого льоду. Сухий лід або твердий оксид вуглецю (II) утворюється при різкому зниженні тиску вуглекислого газу, наприклад, при випуску з балона. Дрібнодисперсний порошок, що утворюється, вводиться в реакційну масу, надалі він випаровується, спінюючи полімер і заповнюючи пори пінопласту вуглекислим газом.
• Легкокиплячі рідини, добре розчинні у вихідній сировині для виробництва полімеру. Це можуть бути фреони, ізопентан, метиленхлорид та багато інших речовин. Надалі, при термічній обробці гранул полімеру, насичених такою рідиною, відбувається спінювання та збільшення обсягу гранули в кілька разів. На сьогоднішній день це найпоширеніша технологія. На жаль, більшість легкокиплячих рідин мають загальний недолік – горючістю. Тому, при виникненні спалаху, газ, що виходить із осередків, стає додатковим джерелом небезпеки. Саме тому використання пінопластів у внутрішній обробці приміщень заборонено пожежними нормами. Допускається використання лише для зовнішнього утеплення. Використання фреону у зв’язку з його впливом на руйнування озонового шару обмежене законодавством більшості держав, тому використання фреонових газонаповнювачів у виробництві пінопластів наразі незначне.
• Вуглекислота може бути введена до складу полімерної сировини ще одним способом – додаванням легко розкладаються солей вугільної кислоти, наприклад бікарбонату натрію або карбонату амонію. Ці солі у разі підвищення температури в процесі термічної обробки розкладаються з виділенням вуглекислого газу.
На сьогоднішній день виробництво пінопласту – надійний та прибутковий бізнес. Попит на газонаповнені полімерні матеріали щодня зростає, при цьому розширюються сфери його застосування. Сьогодні це не тільки чудовий тепло- та звукоізолятор для будівельних робіт, але й матеріал для виготовлення упаковки, одноразового посуду, декоративних елементів.
Якісна вуглекислота знаходить у виробництві пористих полімерів широке застосування. Але успішний бізнес неможливий без розуміння перспективи, без уважного вивчення ринку завтрашнього дня.
Якщо сьогодні ми говоримо про використання вуглекислоти у виробництві пінопластів, то вже завтра очікується бурхливого розвитку виробництва пінопласту з вуглекислоти. У 2004 році Джефрі Коатс і Скотт Аллен (Корнельський університет, США, штат, Нью-Йорк) розробили технологію каталітичного синтезу полімерів при кімнатній температурі та низькому тиску з діоксиду вуглецю та чадного газу. Отриманий продукт, крім очевидної вигоди від використання доступної відновлюваної сировини, має ще одну цінну якість – біорозкладність. Тож новий матеріал сьогодні – на вістрі уваги вчених, екологів, виробничників.
Вуглекислота від компанії «DP Air Gas» по всьому показникам відповідає вимогам, що висуваються до технічних газів. Традиційні технології чи нові розробки пов’язані з технічними газами, якими Вас може забезпечити компанія. Перелік продукції – тут.
