Для легких металлических конструкций (ЛМК) наиболее перспективными теплоизоляционными материалами являются пенопласты марок ФРП-1, обладающие пониженной горючестью.

Однако их прочность недостаточно высока, поэтому их можно использовать только в двухслойных конструкциях. Применяемая для их изготовления смола ФРВ-1А содержит до 11% свободного фенола. Остающиеся 4-7% фенола в пенопласте, необходимость устройства энергоемких систем вентиляции и очистки ограничивают применение пенопластов в жилых зданиях и на пищевых и медицинских объектах. Пенопласты ПФП типа ФРП-1 при горении тлеют и выделяют токсичные вещества. Они характеризуются повышенным кислотным числом и высоким водопоглощением.

Поэтому актуальной задачей является разработка научно-обоснованных методов получения модифицированных ПФП, не требующих изменения технологии изготовления ЛМК, и устраняющих недостатки пенопласта ФРП-1.

В настоящее время широко применяются легкие ограждающие конструкции из профилированного металлического настила с высокоэффективными утеплителями – пенопластами:

-пенополистирольные пенопласты (ППС);
-пенополиуретановые пенопласты (ППУ, ТСН 23-349-2004);
-пенопласты на основе феноло-формальдегидных полимеров (ПФП).

Пенопласты подразделяются по горючести, физико-механическим свойствам и по количеству выделяемых веществ, наносящих вред окружающей среде.

Некоторые пенопласты, например, ППУ, ППС и др., при сравнительно невысокой температуре подвержены интенсивному термическому разложению с выделением токсичных продуктов деструкции и дыма.

Отсутствие результатов опытного применения пенопластов ППУ, ППС, ПФП не позволяет отдать предпочтение какому-либо из них с точки зрения экологической и экономической эффективности их использования.

ПФП имеют в основном структуру с открытыми порами, что объясняет их высокое водопоглощение. Водопоглощение ФРП-1 через 24 ч достигает 40% от объема материала. Увеличение объема насыщенных водой ФРП составляет около 10% по объему, при этом прочность их снижается более чем в 2 раза. Опыт применения легких конструкций с ПФП показал, что из-за низкой механической прочности ФРП-1 при плотности 50-70 кг/м³ многие изделия разрушаются при транспортировке, монтаже и эксплуатации.

Низкие физико-механические свойства заливочных ФРП-1, применяемых для изготовления широко используемых легких металлических конструкций, обусловлены, прежде всего, применением водорода в качестве вспенивающего агента, образующегося в результате взаимодействия алюминиевой пудры с продуктом ВАГ-3 (1,2). Это затрудняет возможность регулирования кажущейся плотности пенопласта в производственных условиях, т.к. плотность определяется активностью резольной феноло-формальдегидной смолы (ФФС) марки ФРВ-1А, которая снижается при хранении.

Технология изготовления ФРП-1 состоит из процесса дозирования в определенном соотношении ФФС и вспенивающего и отверждающего агента (ВАГ-3), которые затем перемешиваются в смесительных установках и заливаются в конструкцию.

Свойства получаемого пенопласта ФРП-1 зависят от качества, температуры и соотношения исходных компонентов, расхода композиции и других технологических факторов, т.е. от условий формирования трехмерной структуры пенопласта. В процессе формирования трехмерных сеток резитов образуется большое количество дефектов и молекулярных неупорядоченностей, приводящих к возникновению локальных напряженных связей, релаксирующих при температуре ниже температуры начала термического разложения полимера.

При этом быстрое нарастание вязкости композиции в процессе пенообразования способствует появлению напряженных участков по всему объему ФРП и, следовательно, вызывает последующую усадку и возникновение микротрещин (1).

Завершение образования макроструктуры ФРП не совпадает с окончанием построения трехмерной сетки. Оптимальной скоростью образования газовой фазы по данным работы (3) следует считать 1,98-2,2 мин-1. В результате продолжающихся реакций структурирования физические и химические свойства ФРП претерпевают изменения, что приводит к заметному изменению всего комплекса макроскопических характеристик пенофенопластов. Так, например, пенопласт марки ФРП-1 достигает 80% прочности через 27 ч после изготовления, а максимальной прочности - через 7 сут. (4)

Важным условием получения качественных пенопластов на основе ФФС является создание равномерного температурного поля по всему объему вспенивающейся массы.
Плотность плит из ФРП-1 марки 75 колеблется в пределах от 45 до 125 кг/м³. Неравномерность плотности изделий обусловлена как неравномерным температурным полем в процессе вспенивания и отверждения пенопласта в металлических формах, так и заливкой в форму неоднородной смеси исходных компонентов. Образование неоднородной смеси исходных реагентов связано с их различной вязкостью, недостаточной продолжительностью и интенсивностью перемешивания смолы ФРВ-1А и продукта ВАГ-3.

Горючесть и воспламеняемость пенопласта марки ФРП-1 зависят от средней плотности (40-120 кг/м³), и соотношения ФФС и вспенивающего и отверждающего агента (7-3:1). Кислотное число пенопласта изменяется в пределах от 34,5 до 44%.

Кроме изменения температурно-временного режима существует возможность получения нужных структурных модификаций в процессе переработки полимеров.

Для регулирования режима вспенивания и отверждения, повышения их физико-механических свойств, снижения горючести, склонности к тлению и токсичности ПФП применяют кремнефтористый аммоний (КФА). При введении 0,75 -1% фтористо-кислого аммония (ФКА) в вспенивающуюся систему плотность пенопласта снижается в 2 раза - с 80 до 40 кг/м³. При этом прочность практически сохраняется - 0,16 и 0,15 МПа соответственно. Водопоглощение снижается с 16 до 9,5%, а показатель горючести - с 0,98 до 0,31. Материалы становятся трудносгораемыми.

Анализ кинетики и механизма реакций фенола и альдегидов с органическими и неорганическими соединениями позволил наметить пути снижения токсичности ФРП с учетом условий получения слоистых панелей на их основе. Способ синтеза комплексных соединений основан на взаимодействии ароматического углеводорода с галогенидом переходного металла и алюминиевой пудрой, выполняющей функцию восстановителя и акцептора галогенида, и катализатора реакции Фриделя – Крафтса. В присутствии таких соединений возможна реакция конденсации фенола и формальдегида.