Целью работы является модификация пенополиуретановой композиции полиорганосилоксаном и, в частности, полиметилфенилсилоксаном (ПМФС), позволяющим улучшить эксплуатационные характеристики пенополиуретановых теплоизоляционных материалов и значительно увеличить срок их службы.
Материалы и методы исследования
Для исследований была выбрана промышленная композиция для получения пенополиуретановой теплоизоляции, на основе простого полиэфира Лапрола 5003-2-15, изготовленного по ТУ 2226-006-10488057-94 и полиизоцианата (ПИЦ) марки РМ-200, представляющего смесь 4, 4’ - дифенилметандиизоцианата (MDI) с изомерами и гомологами, с содержанием NCO - групп 32 %. Для модификации композиции использовали полиметилфенилсилоксан ПМФС-4, изготовленный по ГОСТ 15866-70. Полиметилфенилсилоксан, как кремнийорганический продукт, обладает рядом ценных свойств, таких как высокая термостабильность, влагостойкость, морозостойкость, стабильность физических характеристик в широком интервале температур, что обусловило его широкое применение в полимерных композициях в качестве модифицирующей добавки [3-7,9].
Физико-механические свойства пенополиуретанового теплоизоляционного материала, полученного путем модификации его полиметилфенилсилоксаном, были исследованы следующими методами: водопоглощение – по ГОСТ 2678-94, ударная прочность – по ГОСТ 19109-84, теплостойкость – по ГОСТ 15088-2014, теплопроводность – по ГОСТ 7076-99.
Результаты исследования и их обсуждение
На первом этапе исследований изучалось влияние полиметилфенилсилоксана на водопоглощение пенополиуретановой теплоизоляционной композиции, так как этот показатель является наиболее важным при эксплуатации теплоизоляционных изделий в неблагоприятных природных условиях и во многом определяет срок службы теплоизоляционного изделия. Были изготовлены образцы с различным содержанием исходных компонентов и модифицирующей добавки – ПФМС. Водопоглощение (W) в % по массе вычисляли по формуле:
где:m1 – масса сухого образца, г;
m2 – масса образца после одноминутной выдержки в воде, г;
m3 – масса образца после заданной выдержки в воде, г.
Исследования показали, что введение в
теплоизоляционную композицию полиметилфенилсилоксана приводит к снижению
водопоглощения (рис.1).
Рис. 1. Зависимость водопоглощения образцов теплоизоляционной композиции от содержания исходных компонентов и ПМФС
Снижение водопоглощения в образцах теплоизоляционной композиции, модифицированных ПМФС, обусловлено сильными гидрофобными свойствами кремнийорганических соединений, в том числе и ПМФС. Наличие у ПМФС реакционноспособных групп, в данном случае гидроксильных групп [1,8], приводит к образованию соединений, придающих материалу дополнительные гидрофобные свойства. Значительное снижениеводопоглощения наблюдается при добавлении ПМФС до 1,5-2 масс.ч. Дальнейшее добавление модифицирующей добавки в рецептуру теплоизоляционной композиции существенного влияния на уровень водопоглощения не оказывает.
Важным показателем теплоизоляционных материалов является их теплостойкость. Теплостойкость модифицированных полиметилфенилсилоксаном образцов определяли путем установления температуры, при которой в процессе нагрева начинается изменение размеров разработанных образцов [2]. Результаты исследований показали, что введение ПМФС в количестве 2,5–4 масс.ч. в рецептуру приводит к возрастанию теплостойкости материала в среднем на 30–40 0С, при этом значительно снижаются деструкционные процессы [10]. Потери массы модифицированного полиметилфенилсилоксаномпенополиуретана при температуре деструкции снижаются в 1,5–2,5 раза по сравнению с немодифицированным.
Основные физико-механические показатели разработанного теплоизоляционного материала приведены в таблице.
Физико-механические показатели теплоизоляционного пенополиуретанового материала, модифицированного ПМФС
|
Показатели материала |
Значения |
|
|
Немодифицированный |
Модифицированный |
|
|
Плотность, кг/м3 |
220-240 |
210-230 |
|
Водопоглощение, % |
4,5 |
2,3 |
|
Теплостойкость , 0С |
140-160 |
180-210 |
|
Ударная прочность, кДж/м3 |
1-1,3 |
1,3-1,5 |
Выводы
Проведенные исследования по модификации пенополиуретанового теплоизоляционного материала полиметилфенилсилоксаном показали, что введение модифицирующей добавки значительно снижает водопоглощение композиции, повышает теплостойкость на 30–40 0С, увеличивает ударную прочность. Модификация ПМФС позволяет значительно поднять устойчивость теплоизоляционного материала к воздействию неблагоприятных природных факторов и продлить срок службы пенополиуретанового материала.
Рецензенты:КухтинБ.А., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой химии, Институт прикладной математики и информатики, био- и нанотехнологий (ИПМИБН), ВлГУ, г. Владимир;
Татмышевский К.В., д.т.н., профессор кафедры приборостроения и информационно-измерительных технологий, Институт инновационных технологий, ВлГУ, г. Владимир.