Способ модификации пенополистирола эмукрилом m или акратамом as
Владельцы патента RU 2504562:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тамбовский государственный технический университет" (RU)
Изобретение относится к способу модификации пенополистирола путем пропитки модификатором и последующей термообработки. В качестве пенополистирола используют пенополистирол ПСБ-С М50, а в качестве модификатора - продукт эмульсионной сополимеризации акриловых мономеров Эмукрил М или сополимер стирола, бутилакрилата и акриловой кислоты, полученный эмульсионной сополимеризацией - Акратам AS. Пропитку осуществляют при температуре 18÷22°С в течение 24 часов, а термообработку - при температуре 80°С в течение 10 ч. Технический результат - повышение прочности и твердости пенополистирола, а также повышение стойкости к ультрафиолетовому облучению и снижение коэффициента линейного термического расширения. 3 ил., 3 табл.
Изобретение используется в строительстве для повышения стойкости пенополистирола к климатическим факторам и агрессивным средам при сохранении и повышении его прочности и долговечности.
За аналог принималась древесина модифицированная (патент РФ №5055017). В результате модифицирования механическая прочность древесины повышается не менее чем в 3 раза, водостойкость - в 2-3 раза, химическая стойкость - в 3-4 раза. Благодаря этому в переработку может быть вовлечена не только деловая древесина, но и древесина низкого качества, особенно мягких лиственных пород. Недостатком данного изобретения является токсичность модификатора.
В качестве прототипа принимался беспрессовый пенополистирол ПСБ-С М50. Он применяется в строительстве в качестве теплоизоляции в конструкциях подверженых значительным силовым и климатическим воздействиям. Недостатками данного материала являются его низкая прочность (0,33 МПа), невысокая стойкость к воздействию климатических факторов, долговечность и водостойкость.
Беспрессовый пенополистирол ПСБ-С М50 получают в результате проведения суспензионной полимеризации мономера стирола в водной среде в пристутствии стабилизатора суспензии (поливинилового спирта) и инициатора (перекиси бензоила или динитрила азодиизомасляной кислоты). В качестве газообразователя применяют вспенивающий агент - изопентановую фракцию с температурой кипения 28-45°С. Для придания полимеру негорючести в массу вводят 3-5% антипиренов - бром- и хлорсодержащих органических соединений. Все компоненты одновременно загружаются в автоклав и интенсивно перемешиваются в условиях высокого давления (5-6 атм) и температуры (70°С). В результате получают сферические частицы полистирола с равномерно распределенным вспенивающим агентом, которые пропускают через центрифугу для промывки и обезвоживания с последующей сушкой.
Предварительное вспенивание полистирольного полуфабриката производят водяным паром при 95-105°С. Для обеспечения равномерного прогрева и предотвращения слипания гранулы полистирола во время вспенивания перемешивают лопастной мешалкой. Вспенивание производят до получения материала требуемой насыпной плотности.
После процесса предвспенивания гранулы полистирола подсушивают в потоке воздуха температурой 50-60°С. Сухие гранулы выдерживают на воздухе при 20-25°С в течение 6-24 часов. Окончательное вспенивание гранул полистирола производят водяным паром с температурой 100-120°С и давлением до 4 атм. в течение 5 мин. в стационарных формах. В результате гранулы расширяются и сплавляются между собой, образуя изделие.
Техническая задача: повысить стойкость пенополистирола к агрессивным средам и климатическим факторам при повышении его прочности и долговечности.
Данная техническая задача решается путем модификации беспрессового пенополистирола Эмукрилом М или Акратам AS. Эмукрил М (ТУ 6-36-5800146-264-91) представляет собой продукт эмульсионной сополимеризации акриловых мономеров и используется в качестве составной части упрочняющих и красящих составов в производстве бумажных и текстильных (например, шелковых тканей) материалов. Акратам AS (ТУ 2241-267-05800142-2006) представляет собой сополимер стирола, бутилакрилата и акриловой кислоты, полученный эмульсионной полимеризацией, и применяется при производстве строительных красок для наружных и внутренних работ; служит также для изготовления пастообразующих клеев строительного назначения, шпатлевок, рельефных штукатурок, грунтовок; используется в качестве связующего для нетканых материалов и текстильных покрытий.
Модифицирование пенополистирола (ПСБ-С М50) осуществляется следующим образом: пропитка его Эмукрилом М или Акратамом AS при температуре 18÷22°С в течение 24 часов, а затем термообработка при температуре 80°С в течение 10 часов. Длительность технологических операций определялась по результатам кратковременных испытаний на сжатие и изгиб.
| Таблица 1 | |||
| Технические требования, предъявляемые к Эмукрилу М и Акратаму AS | |||
| № п/п | Наименование показателя | Эмукрил М | Акратам AS |
| 1 | Внешний вид | жидкость молочно-белого цвета | жидкость молочно-белого цвета |
| 2 | Массовая доля нелетучих веществ, % | 40±1 | 50±1 |
| 3 | Массовая доля летучих мономеров, %, не более | 0,005 | 0,05 |
| 4 | Массовая доля летучих мономеров (этилакрилата + стирола), %, не более | - | - |
| 5 | Показатель активности водородных ионов, ед. pH | 7,0-8,5 | 7,5-8,5 |
| 6 | Массовая доля железа, %, не более | 0,01 | - |
| 7 | Плотность, г/см3 | 1,055±0,004 | 1,04±0,005 |
| 8 | Устойчивость к действию электролитов (водный раствор с массовой долей MgCl2·6H2O 3% и водный раствор с массовой долей NH4Cl 11%) | - | устойчив |
При пропитке образцов пенополистирола Эмукрилом М и Акратамом AS наблюдается резкое увеличение их массы. Процесс пропитки сопровождается увеличением размеров образцов пенополистирола, что свидетельствует о заполнении модификатором не только поверхностного конформированного слоя ячеек пенополистирола, но и его проникновения вглубь образцов с образованием связанной монолитной структуры.
При модификации пропиткой значительно повышается прочность пенополистирола: при пропитке Эмукрил-М на 69-70%, Акратам - 87% (Таблица 2). Наблюдается повышение твердости при пропитке образцов пенополистирола в Акратам AS (она повышается в 2 раза).
| Таблица 2 | ||
| Прочность пенополистирола ПСБ-С М50, модифицированного Эмукрилом М и Акратамом AS | ||
| Прочность при поперечном изгибе, МПа | ||
| Без пропитки | Пропитанного Эмукрил-М | Пропитанного Акратам AS |
| 0,33 | 0,56 | 0,63 |
Для улучшения свойств пропитанные образцы пенополистирола были подвержены термической обработке при температуре 80°C. В результате чего происходит полимеризация мономера и его сшивка с молекулами стирола. При этом в первые 2 часа наблюдается снижение прочности, что вызвано размягчением полимера, а в дальнейшем - ее резкий рост. Максимума прочность достигает после 10 часов прогрева образцов, модифицированных Эмукрилом М или Акратамом AS. С ростом прочности пенополистирола при модифицировании мономерами наблюдается увеличение долговечности (Рисунок 1).
При пропитке пенополистирола мономерами повышается также стойкость к ультрафиолетовому облучению (Рисунок 2). Эмукрил-М снижает коэффициент линейного термического расширения в 2 раза, а Акратам AS не изменяет его (Таблица 3, Рисунок 3).
| Таблица 3 | ||
| Изменение коэффициента линейного термического расширения пенополистирола ПСБ-С М50 при модифицировании Эмукрилом М и Акратамом AS | ||
| Коэффициент линейного термического расширения, ×10-6 1/°C | ||
| Без пропитки | Пропитанного Эмукрил М | Пропитанного Акратам AS |
| 4,3 | 2,62 | 4,68 |
Авторами предлагается следующая технология модифицирования пенополистирола Эмукрилом М и Акратамом AS:
- пропитка пенополистирола при температуре 18-22°C;
- термообработка модифицированного пенополистирола при 80°C в течение 10 ч.
Пенополистирол, модифицированный предлагаемым мономером, обладает:
- повышенной водостойкостью и морозостойкостью;
- повышенной прочностью при поперечном изгибе;
- повышенной твердостью;
- экологической безопасностью.
Способ модификации пенополистирола, включающий пропитку пенополистирола модификатором с последующей термообработкой, отличающийся тем, что в качестве пенополистирола используют пенополистирол ПСБ-С М50, а в качестве модификатора - продукт эмульсионной сополимеризации акриловых мономеров Эмукрил М или сополимер стирола, бутилакрилата и акриловой кислоты, полученный эмульсионной сополимеризацией - Акратам AS, пропитка осуществляется при температуре 18÷22°С в течение 24 ч, а термообработка - при температуре 80°С в течение 10 ч.
