Коллоидные системы, в которых газовая фаза распределена в твердой дисперсионной среде, встречаются в природе и могут быть получены искусственным путем. К искусственным газона­полненным материалам относятся пенопласты, пенобетон, пено­стекло и др.-В отличие от монолитных материалов газонапол­ненные системы агрегативпо неоднородны, так как содержат газовые включения различной степени дисперсности.

Из пенообразных искусственных материалов наиболее широ­кое распространение получили пенопласты. Для их приготов­ления применяют любые полимеры, в частности полистирол, по- лнвиннлхлорид, полиуретаны, полпэпоксиды, феноло - и моче - виноформальдегидные смолы, а также некоторые кремнийорга - пические полимеры. Исходными материалами для получения вспененных пластмасс кроме полимеров являются газообразова - тели, отвердителн, пластификаторы и вещества другого назна­чения.

В пенопластах наполнителем служит газ, пузырьки которого более или менее равномерно распределены по всему объему материала. Для создания в пластмассах газовых ячеек приме­няют различные газообразователи, а ячеистую структуру полу­чают в результате физических, химических и механических про­цессов. Сущность химических процессов газообразования за­ключается в разложении вещества с выделением газов, насы­щающих расплавленную пластмассу. Физические процессы вспе­нивания основаны на способности расплавленных полимеров растворять инертные газы; при остывании и снижении давления происходит выделение этих газов в виде отдельных пузырьков и образование ячеистой структуры. Механические процессы по­лучения пенопластмасс заключаются в насыщении газом рас­плавленной пластмассы при интенсивном перемешивании или барботировании.

Газообразователями могут служить карбонаты натрия и ам­мония, динитрил азоизомасляной кислоты, диазоаминобензол и др. Это твердые вещества, разлагающиеся с выделением азота и диоксида углерода. Жидкие газообразователи (спирт, бензин, бензол и др.) меньше применяются, они не обеспечивают полу­чения пластмасс высокого качества.

Газонаполненные пластмассы с преобладающим большинст­вом изолированных ячеек называют пенонластами. Если преоб­ладают сообщающиеся ячейки, то такие материалы называют иоропластами. Те и другие различаются по свойствам и имеют различное применение. Так, поропласты проницаемы для воды и газов и имеют по сравнению с пенопластами худшие тепло - и электроизоляционные свойства. В то же время они обладают более высокой звуко - и виброизоляционной способностью.

Деление газонаполненных материалов на поропласты и пе­нопласты весьма условно. На практике не удается получить вспененную пластмассу только с сообщающимися или только с изолированными порами. Прн очень малых колебаниях техно­логического режима один и тот же материал может получиться с различным соотношением открытых и закрытых пор. Все же разработаны методы, позволяющие получать предпочти 1елыю поропласты или пенопласты.

Свойства пепопластов зависят во многом от размеров и формы структурных элементов ячеек. Так, механические свойст­ва жестких полимеров зпачщелыю улучшаются, если газовые ячейки имеют небольшие размеры [336]. Параметры ячеистой структуры, зависящие от состава исходной композиции н режи­ма ценообразования (диаметр пузырьков и толщина стенок), в определенном интервале обеспечивают необходимую стабиль­ность системы.

Важнейшее назначение пенопластов — использование в каче­стве теплоизоляционных материалов для холодильного оборудо­вания, котлов, автоклавов, трубопроводов и т. д. Данные об ос­новных свойствах пепопластов можно пайтн в работах [337, 338].

Среди вспененных пластмасс особое место занимают эла­стичные неноматерналы с относительным удлинением, достигаю­щим 300—400% [339—341]. Эти материалы (поролоны) полу­чили широкое распространение. Незначительная кажущаяся плотность поролона (30—40 кг/м3), хорошие теплоизоляционные свойства, воздухопроницаемость, стойкость к маслам, бензину и другим веществам позволяют применять его в качестве амортизационного, тепло - и звукоизоляционного материала. По­добными свойствами обладают губчатые изделия, получаемые пз латскспых пен на основе каучука с добавлением ПАВ и желатнипзнрующего агента [342].

Одно из практических применений вспененных пластмасс — защита грунтов и различных объектов от промерзания с по­мощью замерзающих низкократных или твердеющих пен [343]. Для предотвращения истечения жидкости, сохранения первона­чальной плотности и структуры пены разработаны условия ее стабилизации и предложены оптимальные режимы получения пены (кратность и высота слоя при данной температуре возду­ха) [344, 345].

В качестве строительного материала широко используются бетоны, имеющие значительно меньшую плотность, чем моно­литный бетон. Ячеистый бетон представляет собой материал с равномерно распределенными в пластичной массе замкнутыми ячейками, заполненными газом. В зависимости от природы га­за, заполняющего ячейки, различают пенобетон (газовая фаза — воздух) и газобетон (другой газ, например, водород).

Пенобетоны готовят смешиванием вяжущих материал' в (цемента, извести или гипса) с раствором пенообразовател i. При взбивании пластичной массы с пенообразователем форми­руется ячеистая структура, при затвердевании образуется скс-

J79

Лет, в котором газовые ячейки разделены перегородками. Для получения газобетона добавляют смесь алюминиевой пудры и извести. При их взаимодействии выделяется водород, пузырьки которого равномерно распределяются но всей массе, затверде­вающей с сохранением ячеистой структуры. Облегченные бето­ны получают путем введения пористых материалов (пемзы, шла­ка, керамзита, глинистых сланцев, опилок, полистирола и т. д.) [346, 347].

Отверждение пенобетона в естественных условиях длится долго — до 45 суток. Способ, предусматривающий пропаривание блоков пенобетона в камере при атмосферном давлении, обес­печивает полное формирование структуры за 4—5 дней.

По назначению различают конструкционный и термоизоля­ционный пенобетон. Плотность термоизоляционного пенобетона находится в пределах 300—500 кг/м3. Для сравнения можно указать, что 1 м3 бетона с пористым заполнителем весит 1400— 1700 кг, а обычный тяжелый бетон — 2200—2400 кг.

Наряду с пенопластом и пенобетоном в строительстве ис­пользуют другой газонаполненный материал — пеностекло. Его получают при нагревании топко измельченной смеси обычного стекла и пенообразователя [в соотношении от 60:1 до 1000:1 (масс.)].

Пеностекло получают, как правило, в формах одностадий­ным или двухстадийным способом. Процесс ведут при 80J— 900 °С около 50 мин. При повышенном содержании оксида алю­миния в исходном стекле температуру вспенивания увеличивают.

Обычно образование газовых пузырьков происходит в резуль­тате окислительно-восстановительных реакций. Окислительные компоненты входят в состав стекла, и поэтому специально в смесь их не вводят. Такими окислителями являются кислородсо­держащие кислотные остатки, включающие серу, фосфор и бор. Восстановитель, он же играет роль пенообразователя, — углерод в различных формах (сажа, антрацит, кокс, графит) и некото­рые углеродсодержащие органические вещества; его вводят в исходную массу при получении пеностекла.

Пеностекло имеет высокую механическую прочность, отли­чается постоянством объема, легко поддается механической обработке. Благодаря большой механической прочности этот материал используют для изготовления нагруженных элементов конструкций. Пеностекло — идеальный изоляционный материал для иолов жилых и производственных помещений, складов и др. Его применяют для производства фасонных изделий, предназ­наченных для изоляции трубопроводов и технологического обо­рудования. Благодаря влагоустойчпвостп пеностеклом изолиру­ют помещения с повышенной влажностью (бани, прачечные, ферментационные камеры), отопительные приборы и полы лед­ников.

Гранулированное пеностекло вводят в состав пенобетонов. Пеностекло используют в биофильтрах для очистки вод про-
мышлсппых предприятий. Такие биофильтры имеют хорошие технологические и механические свойства. Промышленность выпускает широкий ассортимент изделий из пеностекла, вклю­чая декоративные и декоративно-акустические сорта.