Winner - декинг "премиум класса" по экономичной цене!
Главная страница / Статьи / Вспенивающие агенты для термопластичных ДПК

Вспенивающие агенты для термопластичных ДПК

В производстве конструкционных материалов всегда существует интерес к снижению веса конструкций и, соответственно, плотности материала. Сразу после появления технологии экструзии ДПК возник и вопрос о возможности производства вспененных композитов. Тема эта остается популярной и в настоящее время.

В настоящее время несколько фирм производят древеснополимерные композиты во вспененном виде. Во вспененных ДПК чаще используют ПВХ. Следует иметь ввиду, что древесные частицы вспенить нельзя, а в составе композита вспенивается только базовая смола. Поэтому вспененные композиты содержат, как правило, большее количество смолы (от 30% и более) и соответсвенно меньше древесины. Обычно снижение веса композита составляет только 5-10 %, но американской фирмой Reedy International, например, уже получены ДПК плотностью 788 кг/м3 ( против 1200 - 1300 для обычных композитов).

На фотографии показана структура вспененного термопластичного ДПК.

структура вспененного термопластичного ДПК

Считается, что облегченные вспененные ДПК целессобразнее использовать в изделиях, не несущих больших механических нагрузок ( детали заборов, облицовочные панели и т.п.).

В качестве вспенивателей используются химические вспенивающие агенты (chemical foaming agents - CFA). Принцип химического вспенивания заключается в разложении агента с выделением газа. Эти реакции имеют эндотермический и экзотермический типы , т.е. требующие подвода тепла (эндотермический агент) и наоборот, - происходящие с выделением тепла (экзотермический агент).

По механизму разложения химические вспенивающие агенты можно разделить на 3 группы:

  • соединения, выделяющие газ в результате необратимой реакции разложения при нагреве. К этой группе относятся органические вспенивающие агенты. Обычно в результате таких реакций выделяется азот, моно- и диоксид углерода и аммиак.
  • соединения, выделяющие газ в результате обратимых реакций. К этой группе относятся карбонаты и бикарбонаты щелочных и щелочноземельных металлов ( обратимый характер реакции разложения может привести к снижению концентрации газа в системе и, как следствие, снижению давления и усадке пены).
  • комбинация соединений, выделяющих газ в результате химического взаимодействия компонентов смеси. К этой группе относятся смеси карбонатов с органическими или неорганическими кислотами.

Наиболее распространенные вспенивающиеся химические соединения:

Азодикарбонамид (ADC). При разложении выделяет азот и небольшое количество аммиака. Оптимальная температура разложения 205 С – 215 С. Реакция экзотермическая, при разложении выделяется 86 кал/г (10 ккал/моль) тепла. Для ускорения разложения в районе более низких температур используются специальные химические активаторы (kickers) - органические соли или оксиды металлов (обычно цинка), полиолы, амины, органические кислоты и основания, некоторые пигменты.

Производные гидразина:
4,4-Оксибис (бензолсульфонилгидразид) (OBSH) используется при низкотемпературной переработке и разлагается при 160 С с образованием азота – 125 мл/г. Реакция разложения экзотермическая, 123 кал/г (44 ккал/моль) тепла. Разложение может быть ускорено с помощью активаторов – окислителей или гидроксилсодержащих соединений, таких как алифатические спирты.

п-Толуолсульфонилгидразид (TSH) по свойствам близок к OBSH и длительное время использовался для вспенивания каучука. Несмотря на сниженное в последние годы потребление этого продукта (в сравнении с OBSH и ADC), он обладает существенным преимуществом - разлагается при низкой температуре – 120 С. Часто используется совместно с другими вспенивающими агентами в качестве синергиста, т.к. образующаяся в процессе его разложения вода является инициатором реакции разложения, а продукты его разложения действуют как активаторы.

Семикарбазиды, например п-Толуолсульфонилсемикарбазид (PTSS, TSSC) - высокотемпературный вспениватель (температуре выше 240 С), выделяет около 140 мл/г газа. Для снижения температуры разложения используют активаторы – гликоли, стеариновая кислота, карбамид и соли свинца и цинка. Часто используется в смеси с ADC или OBSH.

Карбонаты: бикарбонат натрия (NaHCO3) или карбонат цинка (ZnCO3) Карбонаты - наиболее старый и дешевый вспениватели для термопластичных полимеров. Бикарбонат натрия, т.е. пищевая сода (NaHCO3) Температура разложения 130 -180 С, выход углекислого газа составляет 125 мл/г. Цинка карбонат (ZnCO3) - более высокотемпературный вспенивающий агент. Используется при литье под давлением чувствительных к аммиаку полимеров, таких как поликарбонаты. Реакция разложения карбонатов является эндотермической. В процессе разложения выделяются углекислый газ и вода

Примечание: в качестве вспенивающих агентов часто используют смеси указанных химических соединений.

Некоторые поставщики вспенивающих агентов приведены ниже.

Фирма-изготовитель Наименование
Bergen International Foamazol
Clariant Additive Masterbatches Hydrocerol PLC
Chemtura Celogen
Techmer PM 
Accel Corp  

Автор статьи: Абушенко Александр Викторович