Введение к работе
Актуальность. В настоящее время необходимость применения эффективных теплоизоляционных материалов при прокладке новых и ремонте существующих тепловых сетей является важной народно- хозяйственной задачей. Анализ применения теплоизоляционных материалов для тепловых сетей показывает, что теплоизоляция из заливочных фенольных пенопластов, обладающих низкой теплопроводностью и относительно низкой стоимостью исходных компонентов, превосходит по технико-экономическим показателям минеральные и другие полимерные теплоизоляционные материалы. Вместе с тем, относительно низкая прочность и склонность к тлению резольных пенофенопластов, а также загазованность производственных помещений при производстве теплоизоляционных изделий на их основе сдерживают более широкое использование фенольных пенопластов в строительстве.
Для устранения указанных недостатков необходимо было разработать способы повышения эффективности и эксплуатационных показателей заливных пенофенопластов путем введения в исходное сырье химически активных модифицированных добавок, влияющих на процесс получения теплоизоляционного материала.
Работа выполнялась в рамках государственных программ «Основные направления энергетической политики России на период до 2010 г.» (Указ Президента России от 07.05.1995 г.) и «Энергоэффективность в строительстве» (Постановление Минстроя РФ от 22.12.1993 г.). Основные результаты диссертации получены при выполнении НИР МИСИ им. В.В. Куйбышева и имеют следующие номера государственной регистрации: 77030352; 76087362.
Целью работы является обоснование и разработка методов улучшения технологических свойств, повышения эксплуатационных показателей, снижение склонности к тлению теплоизоляционных изделий на основе заливочных фенольных пенопластов и уменьшение выделения свободного фенола при их производстве.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
на основании анализа патентной и научно-технической литературы выявить наиболее перспективные направления модификации заливочных резольных пенофенопластов;
исследовать влияние концентрации и химической природы галогенидов щелочных и щелочноземельных металлов, фторидов и борфторидов металлов переменной валентности, роданистых соединений на процессы вспенивания и отверждения, основные физико-механические свойства, термостойкость и горючесть заливочных пенофенопластов;
исследовать влияние комплексообразователей на выделение свободного фенола при производстве заливочных пенофенопластов;
исследовать влияние содержания реакционноспособных фосфорорганических соединений на технологические и физико-механические свойства, термостойкость, горючесть и склонность к тлению заливочных фенольных пенопластов;
оптимизировать составы для получения трудногорючих не тлеющих после удаления пламени теплоизоляционных материалов на основе заливочных фенольных пенопластов, обладающих высокими эксплуатационными свойствами и пониженной токсичностью, определить наиболее рациональные области их применения;
провести опытно-промышленную и промышленную апробацию результатов исследования, определить технико-экономические показатели применения модифицированных пенофенопластов.
Научная новизна работы:
обоснована возможность повышения эффективности заливочных резольных пенофенопластов путем химической модификации форполимера ФРВ-1А неорганическими галогенсодержащими соединениями (соли роданистой, борфтористой и кремнефтористой кислот) и реакционноспособными фосфорорганическими соединениями за счет регулирования процессов газовыделения и отвердения фенолоформальдегидных олигомеров при получении теплоизоляционных материалов на их основе.
обоснованы методы регулирования технологических и физико-механических показателей, снижения склонности к тлению и выделения свободного фенола при производстве и эксплуатации резольных заливочных пенофенопластов путем введения модифицирующих добавок.
установлены зависимости концентрации фторидов щелочных и щелочноземельных металлов, фторидов и борфторидов металлов переменной валентности, роданистых соединений на основные технологические и физико-механические свойства, термостойкость и горючесть резольных пенофенопластов, необходимые для оптимизации составов и технологии производства модифицированных пенопластов.
обоснован выбор неорганических соединений фтора, как наиболее эффективных регуляторов процесса выделения водорода на стадии формирования ячеистой структуры заливочных пенофенопластов, обеспечивающих химическое разрушение оксидной пленки на поверхности дисперсного алюминиевого газообразователя.
разработаны пути снижения горючести и склонности к тлению, повышения эксплуатационных показателей заливочных пенофенопластов. Доказано, что введение в композицию фосфорброморганических антипиренов, содержащих реакционноспособные винильные или метакрилатные группы, позволяет комплексно решить проблему снижения горючести, склонности к тлению и повышения эксплуатационных показателей пенофенопластов.
установлено, что перевод свободного фенола при производстве и эксплуатации заливных резольных пенофенопластов в металлоорганические комплексные соединения позволяет снизить выделение свободного фенола при производстве и его концентрацию в пенофенопласте до значений, близких к нулю (следы фенола).
установлены с помощью математического планирования многофакторные зависимости прочности, кислородного индекса (КИ) содержание свободного фенола и плотности от концентраций фтористого алюминия, бромофос-3 и фтористого натрия.
Практическое значение работы:
разработаны эффективные методы модификации технологических и эксплуатационных показателей заливочных фенольных пенопластов путем использования неорганических соединений фтора;
разработан метод снижения выделения свободного фенола при производстве теплоизоляционных изделий на основе заливочных фенольных пенопластов;
разработаны методы модификации форполимера марки ФРВ-1А с целью использования некондиционного сырья для получения резольных пенофенопластов;
разработаны эффективные методы снижения горючести и склонности к тлению, повышения теплостойкости резольных фенольных пенопластов и составы для получения трудногорючих не тлеющих после удаления пламени теплоизоляционных изделий на их основе;
Внедрение результатов исследований.
По результатам экспериментальных исследований были разработаны рекомендации по производству теплоизоляционных изделий (плиты, скорлупы) на основе модифицированных пенофенопластов в системе строительных управлений НПО «Главтепломонтаж» и завода ЗАО «Термоплит», общий объем которых составил более 90 тыс. м3.
Экономический эффект от применения модифицированных пенофенопластов был достигнут за счет снижения материалоемкости изделий на основе разработанных составов. Кроме того 1,5-2 раза снижается загазованность производственных помещений, на 15...25% повышается производительность труда при производстве теплоизоляционных изделий на их основе. Выпущенные промышленные партии модифицированных пенофенопластов имели плотность от 35 до 50 кг/м3, прочность до 230 КПа, КИ до 49% и содержание свободного фенола до 0,2 мас.%. Суммарный реальный экономический эффект от применения теплоизоляционных изделий на основе разработанных модифицированных пенофенопластов только в системе НПО «Тепломонтаж» составил более 560 тысяч рублей в 1998 года.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались на 1У Всесоюзной межвузовской конференции «Проблемы охраны труда», г. Каунас, 1982 г., на координационном совещании по фенопластам, г. Кемерово, 1986 г., на У1 Всесоюзной конференции по горению полимеров и созданию ограниченно горючих материалов, г. Суздаль,г1983 г., на 45-50 научно-технических конференциях МИСИ им. В.В.Куйбышева по итогам научно-исследовательских работ института в 1980-1995 годах.
Структура и объем работы. Диссертация объемом 155 страниц состоит из введения, пяти глав, общих выводов, библиографического списка и 7 приложений. Работа содержит 105 страниц печатного текста, 50 рисунков, 16 таблиц. Библиографический список, включающий 178 наименований, изложенных на 11 страницах.