Вспенивание пенопластов с помощью газообразователей явля­ется наиболее распространенным методом промышленного про­изводства газонаполненных пластмасс. На основе данного мето­да созданы крупнотоннажные производства пеиополистнрола и пепополивинилхлорида по прессовой и беспрессовой технологии, освоены производства листов и труб н других профильных из­делий из вспененных пластмасс экструзией и соэкструзней С помошыо газообразователей получают также различные лево - изделия методом литья под давлением.

Газообразователями (ГО) называют твердые или жидкие вещества, выделяющие при нагревании газ. В зависимости от природы процесса газовыделения они делятся на химические н физические.

Химические газообразователн (ХГО) — вещества или смеси веществ, выделяющие газ в результате химических процессов термического разложения или за счет химических реакции меж­ду собой или с другими компонентами композиции: ХГО явля­ются. преимущественно твердыми веществами.

Физические газообразователн (ФГО)—вещества, выделяю­щие газ а результате физических процессов испарения при на­гревании или уменьшении давления; при этом ФГО не претер­певают химических превращений.

Важнейшими характеристиками газообразователей являются: газовое число — объем'газа (и мл или см3), выделяющийся при термическом разложении одного грамма газообразователя;

начальная температура разложения твердых и температура кипения жидких газообразователей:

температурный интервал максимальной скорости разложения (кипения);

скорость газовыделения; давление, создаваемое газом.

Химические газообразователн. Химические газообразователн должны удовлетворять определенным требованиям:

температура разложения ХГО должна быть близка темпера­туре плавления вспениваемого полимера, т. е. лежать в области температур переработки полимера;

термическое разложение ХГО должно происходить в узком интервале температур и не сопровождаться выделением боль - пол > количества тепла во избежание деструкции полимера;

скорость выделения газа должна быть достаточно высокой и поддаваться регулированию;

негазообразные продукты разложения не должны влиять на свойства полимера, вызывать коррозию машин или формующего инструмента, должны быть нетоксичными, не должны иметь не приятный запах;

ХГО и образующийся газ должны легко смешиваться и дис­пергироваться в полимерной композиции;

ХГО должны быть устойчивыми при хранении и транспорти­ровании. иметь низкую стоимость.

В качестве ХГО применяются как неорганические, так и ор­ганические соединения.

Неорганические г а з о о б р а з о в а т е л и. Из этой группы наибольшее применение получили карбонаты и гндро - карбоиаты аммония и натрия. Термическая диссоциация карбо­ната аммония происходит при 30—40 °С. гидрокарбонат аммо­ния разлагается при 60°С:

(NH4)jCO, ** 2NHs+C0, + H*0 (NH4)HC03**NH3-C0*+H80

Соединения аммония — активные газообразователи, разла­гающиеся с высокой скоростью с образованием значительного количества газа, вследствие чего во вспениваемом материале возникает крупноячеистая структура.

Карбонаты и гидрокарбонаш натрия являются менее актив­ными газообразователи. ми.

Учитывая особенности разложения соединений аммония и натрия, на практике применяют смеси карбонатов аммония с гидрокарбоиатом натрия; например, при получении некоторых марок пенополивипилхлорида в состав рецептур вводят „ 11— 12 масс. ч. карбоната аммония и 8 масс. ч. гндрокарбоната нат­рии на 100 масс. ч. I1BX. Б этом случае не происходит слишком •быстрого разложения газообразователей, что позволяет получать пенопласты с равномерной пористой структурой.

Органические газообразователи. Преимущества газообразователей этого типа заключаются, во-первых, в необра­тимом характере реакций газообразователи; во-вторых, в воз­можности» применения соединений с температурой максимально­го газовыделения, приближающейся к температуре текучести вспениваемых полимеров; в-третьих, в возможности равномер­ного смешения газообразователей с компонентами композиции.

Недостатками этих газообразователей являются возможность пластифицирования полимера негазообразлыми продуктами их термического разложения, снижение теплостойкости, в ряде слу­чаев токсичность и довольно высокая стоимость.

В качесчве органических газообразователей наибольшее при­менение нашли соединения следующих классов: азо - и диазо - ооедннения, N-нитрозосоединения, сульфогидразиды, азиды, триазины, триазолы и тетразолы, сульфонилсемикарбазиды, производные карбамида, производные гуанидина, сложные эфиры.

В промышленности чаше всего применяются азо - и диазосое - днпенни, из которых наибольшее практическое значение имеют азодинитрилы, азодикарбонамид и диазоаминобензол.

Из азодинитрнлов наибольшее распространение получил азо - диизобутнронитрил (АДН), или порофор ЧХЗ-57. Это кристал­лическое вещество с температурой разложения 95—104 °С, га­зовое число 137 мл/г.

Порофор ЧХЗ-57 разлагается по схеме:

(СНз) 2С—N = N—С— (СН») 2 2 (СН3) 2С* + г2 : ! I

СК CN CN

Образующиеся радикалы соединяются друг с другом или ини­циируют полимеризацию викильных мономеров при получении пенопластов из полимер-мономерных композиций. Недостатком порофора ЧХЗ-57 является токсичность (умеренная) продуктов разложения.

Азодикарбонамид (АКА), или порофор ЧХЗ-21, один из наи­более эффективных газообразователей. Температура его разло­жения 1SC—240 аС, газовое число 230—270 мл/г, а в присутст­вии катализаторов разложения — до 430 мл/г.

В зависимости от условий термическое разложение может протекать по одному из двух направлен! й:

_______ - СО H. NCOXHf

NI-г HNCO + HjNCONl INHCONH,

Образующиеся карбамид и гидразокарбоксамид в дальнейшем подвергаются термическому разложению. Порофор ЧХЗ-21 при­меняется при получении пенопластов на основе поливинилхло­рида, полиолефинов, полиамидов, эпоксидных полимеров и не­которых других полимеров.

Диазоаминобензол, или порофор ДАБ. имеет температуру разложения в интервале 99—150 °С, газовое число 113 мл/г. Термическое разложение протекает по радикальному механизму:

(T_N=N_Nn_Q)—_ - г ^^-nh-7-n,

При правильно выбранных режимах вспенивания с помощью ДАБ можно получать пенопласты с широким интервалом плот­ностей и однородной структуры. ДАБ придает желтоватую окраску пеноизделкям, что является его недостатком. Применя­ется для вспенивания ПВХ, фенольных и эпоксидных олигоме­ров и других высокомолекулярных соединений.

физические газообразователи. К физическим газообразова - телям относятся низкокнпящие летучие жидкости — углеводоро­ды, га. югенированные углеводороды, низкокипяшие спирты, простые эфиры, кетоиы. Физические газообразователи должны удовлетворять следующим требованиям:

в жидком состоянии не влиять иа свойстза полимера и дру­гих компонентов композиции;

легко растворяться в расплаве полимера; в газообразной форме должны быть термостойкими, химиче­ски инертными и иметь более низкую скорость диффузии в по­лимере по сравнению с воздухом:

иметь высокую летучесть прн нагревании; не оказывать корродирующего действия на оборудование; должны быть негорючими, нетоксичными, без запаха: быть экономически доступным.

В табл. 12.1 приведены свойства типичных ФГО.

Большая часть хладонов применяется в производстве пено­полиуретанов. Хладон-11 и хладон-113 применяются для вспе­нивания полистирола, хладок-114 и хладок-12 используют для вспенивания полистирола и полиэтилена. Широкое применение хладонов объясняется их негорючестью, малой токсичностью, низкими коэффициентами диффузии и теплопроводности.

Из хлорированных углеводородов метнлхлорнд используется при получении листового экструзионного пеиополистирола, а метиленхлорид— как заменитель хладона в производстве пе­нополиуретанов.

Из алифатических углеводородов наибольшее применение нашли пептан, изолентапы, гексан и изогексаны, гептан. Они доступны, обладают низкой токсичностью. Их используют в ос­новном в производстве пенополистирола и сополимеров па осно­ве стирола; жидкий ФГО вводят па стадии полимеризации или под давлением (10—14 МПа) в расплав на стадии переработки.

К ФГО относятся и собственно газы азот, диоксид углеро­да, гелий. С их помошыо получают некоторые виды пенопластов на основе поливинилхлорида, полистирола и полиолефиноз. Воздух как газообразователн используется при получении воз­душно-механических пен (карбамидоформальдегидные пено - иласты).

Сравнивая свойства ХГО н ФГО, следует отметить, что и ге и другие имеют к достоинства, и недостатки:

ХГО легко вводятся в композицию, что позволяет получать пеползделия на обычном оборудовании, тогда как ФГО требуют специального оборудования для формования и хранения;

продукты распада ХГО иногда вызывают нежелательные из­менения структуры лепоматериалов (сшивание, деструкцию, де­полимеризацию), тогда как применение ФГО исключает такие явления;

при применении ФГО трудно получать мелкопористые пено - пласты.

Считается, что ае существует «универсальных» химических п физических газообразователей; н каждом конкретном случае выбор как ХГО, так и ФГО должен быть экономически оправ­данным.