Новости

Просто добавь муки...


Теплее и тоньше

Современные подходы к теплоизоляции требуют минимальных расходов материала при максимуме энергоэффективности. И если первый этап внедрения всевозможных утеплителей позволил сократить толщину стен в возводимых домах, то теперь усилия ученых и практиков сосредоточены на уменьшении размеров самого «теплоизоляционного пирога», защищающего строения от теплопотерь. Реализовать задачу позволяют полимеры, которые породили множество видов теплоизоляции – от пенополистирольных плит и пенополиуретановых покрытий до различных материалов из пенополиэтилена. Как видно из терминологии – ключевым здесь выступает элемент «пено». Ячеистая стуктура и придает материалам эффект теплоизоляции, вдобавок наделяя их способностями шумо- и звукопоглощения. При этом их пластичность, перерабатываемость в различные конечные изделия, служит для защиты и сбережения тепла не только в домах, но и в трубопроводах, на теплотрассах.

Держа руку на пульсе

Именно в области вспенивания появились интересные факты,

которые могут пригодиться российским производителям продукции из полиэтилена, полипропилена, полистирола и др. полимеров. О результатах эксперимента канадских ученых, которые довольно простым способом добились повышения ячеистости и плотности пенополиэтилена, рассказал на конференции «Полистирол, АБС и вспененные полимеры» технический директор ООО «Интернешнл Пластик Гайд» Эдуард Замыслов. «Наша компания уже десять лет, с самого своего основания, следит за развитием мировой науки и продвигает на российский рынок новейшие зарубежные разработки. Нас очень заинтересовало исследование канадских коллег, поэтому мы поделились этой информацией с российскими производителями изделий из вспененных полимеров, которые, уверен, примут его результаты во внимание», - заявил г-н Замыслов. Тем более, добавил он, согласно последним данным, вспененные пластики могут обеспечить еще и повышенные акустические характеристики, столь востребованные не только в строительстве, но и в автопроме.

На перекрестке отраслей

Научная работа, о которой говорит представитель ООО «Интернешнл Пластик Гайд», выполнена специалистами Факультета химического машиностроения и научно-исследовательского центра (CERSIM),Университет Лаваля, Квебек.

Denis Rodrigue, Slimane Souici, Eddy Twite-Kabamba решили проверить сведения, полученные из сферы переработки ДПК. Уже ранее было замечено, что в присутствии древесной муки вспениваемые полимеры (ПЭ, ПС, АБС, САН, ПВХ, ПП) дают на выходе более плотную и мелкую структуру пены. Если это так, то можно предположить, что древесная мука выполняет роль нуклеатора, то есть, вещества, влияющего на параметры пенообразования в полимере. А значит, можно будет применять ее как альтернативу существующим добавкам, таким как тальк, оксид кремния, наноглины.

Действие нуклеатора проявляется в экструдере, куда его загружают вместе с гранулами полимера и порцией вспенивающего вещества. Когда начинается процесс вспенивания, пузырька газа «встраиваются» в матрицу полимера, а нуклеатор способствует тому, чтобы образующиеся ячейки пены были как можно меньше, а сама пена плотнее.

Подробности эксперимента.

Чтобы выяснить, действительно ли древесная мука справляется с такой задачей, сколько ее нужно добавлять и какого размера должны быть частицы, канадские ученые провели эксперимент.

ЗЗа основу взяли полимер Novapol LA-0219-A (поставщик Nova Chemicals) с плотностью 919 кг/м³ и другими характеристиками, соответствующими стандартам ASTM. Экструзию ПВД-пен производили с помощью химического вспенивающего агента - активированного азодикарбонамида (АКА, поставщик Uniroyal), так же обладающего определенными показателями газообразования и температуры разложения. 

АКА применяли в объеме 0,5 phr. Столь низкая концентрация позволила получить пены, в которых объединение и разрушение ячеек можно считать незначительным.

Березовую муку просеяли и разделили на три группы по размеру частиц: 45-61 мкм (сетка 230), 104-125 мкм (сетка 120 –140) и 180-210мкм (сетка 70 – 80). Пены производили с каждым размером частиц (мука, порошок и волокна) при добавлении 0,5; 1; 2 и 5 phr древесины (phr – частей на 100 единиц).

При вспенивании образцов вначале производили компаунд из ПВД-АКА-древесной муки способом сухого смешивания. Затем смесь загружали в экструдер и на выходе получали вспененные образцы.

Анализировали каждый из трех образцов (мука, порошок, волокна), полученных при каждом условии (.0,5; 1; 2 и 5 phr). Всего 12 образцов. В соответствии с методикой ASTM D1622–98, вычисляли теоретическую плотность, точно определяли вес и габариты образцов.

Исследователи так же предположили, что при определении воздействия нуклеаторов на процесс вспенивания имеет значение не только количество частиц (объемное содержание), но также площадь поверхности, участвующей в процессе нуклеации (геометрия частиц).

В таблице 1 отражено влияние частиц древесины на размер ячеек вспененного полимера

Таблица 1. Средний диаметр ячейки и стандартное отклонение в композитных пенах (мкм). Содержание древесной муки (phr)

  
Безимени-1.jpg Приведенные данные показывают, что средний диаметр ячейки уменьшается с увеличением содержания древесной муки. При этом влияние размера древесных частиц осталось не до конца понятным.

Что касается плотности ячеек в композитных пенах, то результаты эксперимента представлены в таблице 2.

Таблица 2. Плотность ячеек NF (106 ячеек/см3) ± стандартное отклонение.

Содержание древесной муки (phr)

 
Безимени-2.jpg
 

Как и предполагалось, увеличение количества частиц древесины ведет к существенному увеличению плотности ячеек. Введение даже столь малого количества древесной муки, как 0,5 phr, ведет к пятикратному увеличению плотности ячеек (2,0х105-1,0х106).

Из данных, полученных по размеру ячеек (табл.1) и по плотности ячеек (табл.2), так же очевиден эффект гетерогенной нуклеации. Так как количество вспенивающего агента было одинаковым (постоянная плотность пены), увеличение количества частиц древесной муки (содержание древесины) повысило вероятность создания ядер ячеек. Таким образом, бόльшее количество ячеек вступило более быстро в реакцию с имеющимся газом и ограничило рост ячеек. Как результат, размер ячеек уменьшился и диапазон по размеру (стандартное отклонение) стал уже.

Прикладной характер исследования

Подводя итоги исследования, можно сказать, что частицы древесной муки действительно послужили нуклеатором, применение которого позволило существенно улучшить качество пены (уменьшить размер ячеек и увеличить плотность).

  • Увеличение объема древесной муки значительно уменьшает средний размер ячеек пены. В настоящей работе, средний диаметр ячейки уменьшился в три раза (с 221 до 75мкм) при введении древесной муки в объеме до 5 phr.
  • Увеличение объема древесной муки до 5 phr позволило увеличить плотность ячеек в 40 раз (с 2,0х105 до 8,0х106 ячеек/см3).
  • При этом влияние размера частиц муки осталось не до конца понятным, так как оказалось в рамках погрешности.

По мнению российских специалистов, результаты эксперимента могут послужить поводом к дальнейшей разработке темы вспенивания полимеров и поиска эффективных нуклеаторов переработчиками пластмасс в России.