Вспененный латекс или латексный поролон - это легкая форма латекса, содержащая пузырьки, известные как ячейки, созданные из жидкого латекса . Пену обычно создают с помощью процессов Dunlop или Talalay, в которых жидкий латекс вспенивают, а затем отверждают в форме для извлечения пены. [1]
Структурные улучшения вносятся в пену за счет выбора различных полимеров, используемых для пенопласта, или за счет использования наполнителей в пенопласте. Исторически латекс натурального каучука использовался для пенопласта, но аналогичным коммерческим конкурентом является стирол-бутадиеновый латекс, который специально разработан для использования в вспененных латексах. [2] Минеральные наполнители также могут использоваться для улучшения таких свойств, как стабильность, несущая способность или огнестойкость, но эти наполнители часто достигаются за счет снижения прочности на разрыв и удлинения при разрыве, которые обычно являются желательными свойствами продукта. [3]
Латексная пена обладает свойствами поглощения энергии, теплопроводности и сжатия, которые делают ее пригодной для многих коммерческих применений, таких как обивка, звукоизоляция [4], теплоизоляция (особенно в строительстве) и транспортировка товаров. [5] [6]
Пенолатекс также используется в масках и лицевых протезах для изменения внешнего вида человека. Волшебник из страны Оз был одним из первых фильмов, широко использовавших протезирование из вспененного латекса в 1930-х годах. [7] С тех пор он стал основным продуктом кино, телевидения и сценических постановок, а также использовался в ряде других областей.
Одноразовые пластмассы и полимерные пенопласты часто выбрасывают на свалки, и растет беспокойство по поводу того, сколько места занимают эти отходы. [8] Стремясь сделать пену более экологически чистой, ведутся исследования наполнителей, которые могут достичь тех же улучшений, что и минеральные, при одновременном повышении способности продукта к биологическому разложению. Примеры таких наполнителей включают порошки яичной скорлупы [9] и порошки рисовой шелухи. [8]
Состав
Латексная пена представляет собой легкую и расширяющуюся форму латекса. Внутри жидкого латекса образуются ячеистые пузырьки воздуха, которым можно придать разные формы и размеры. Размер пены определяется количеством воздуха внутри этих ячеек. [5] Пены с более низкой плотностью и более протяженные, как правило, имеют более многогранные ячейки , в то время как менее протяженные пенопласты имеют более сферические ячейки. [10]
При этом плотность пены () можно измерить, более важным свойством является относительная плотность пены к плотности исходной латексной основы (). Это выражается как. Полимерные пены также будут иметь некоторое отношение закрытых ячеек к открытым ячейкам (пузырьки воздуха, которые лопнули), которое можно измерить по водопроницаемости пены. [10]
Создание
Для создания вспененного латекса жидкую латексную основу смешивают с различными добавками и взбивают в пену , затем выливают или впрыскивают в форму и запекают в духовке для отверждения. Основными компонентами вспененного латекса являются латексная основа, пенообразователь (чтобы помочь ему взбить пену), гелеобразующий агент (для превращения жидкой пены в гель) и отвердитель (для превращения гелеобразного вспененного латекса в твердое тело при запекании). Также может быть добавлен ряд дополнительных добавок в зависимости от требуемого использования пены. [11]
Данлоп Процесс
Процесс Dunlop может осуществляться как в периодической, так и в непрерывной форме. Ниже приводится описание пакетного процесса. [1]
- Готовятся различные ингредиенты для латексной пены, в том числе жидкий латекс, смешивающие агенты и стабилизаторы, которые подготавливаются для использования.
- Деаммонизированный жидкий латекс смешивают со стабилизатором и другими ингредиентами в виде дисперсий или эмульсий, в зависимости от растворимости в воде.
- Смесь осторожно перемешивают и дают перемешаться. На этом этапе могут быть добавлены наполнители. Соединение можно оставить для созревания на 24 часа.
- Смеситель Хобарта взбивает смесь, чтобы вызвать ее вспенивание, включая в него пузырьки разного размера и позволяя ему расшириться до желаемого размера.
- Скорость взбивания снижается, и пузыри принимают более правильный размер. Теперь можно добавить стабилизатор пены.
- Затем может быть добавлен гелеобразующий агент, а затем соединение выливается в форму, где ему дают возможность загустеть и отвердеть с течением времени.
Однородность - это очень востребованное свойство на коммерческой основе, и выполнение процесса Dunlop непрерывно, а не партиями, помогает повысить однородность производимых пен. Другими преимуществами непрерывного процесса являются снижение затрат на рабочую силу и уменьшение количества отходов из формы. Непрерывный процесс включает использование машины с различными камерами для создания и вспенивания смеси, добавления наполнителей, формования и отверждения. [1]
Талалайский процесс
- Готовятся различные ингредиенты для латексной пены, в том числе жидкий латекс, смешивающие агенты и стабилизаторы, которые подготавливаются для использования.
- Деаммонизированный жидкий латекс смешивают со стабилизатором и другими ингредиентами в виде дисперсий или эмульсий, в зависимости от растворимости в воде.
- Смесь осторожно перемешивают и дают перемешаться. На этом этапе могут быть добавлены наполнители. Соединение можно оставить для созревания на 24 часа.
- При разложении перекиси водорода дрожжами образуются пузырьки, которые вызывают вспенивание соединения внутри специальной формы.
- К форме применяется вакуум, чтобы способствовать расширению.
- Затем соединение быстро замораживается для образования пузырьков воздуха.
- Наконец, компаунду дают застыть и вынимают его из формы. [12]
Отказ от использования гелеобразующего агента вместо диоксида углерода делает процесс более экологически чистым, но способ Талалай до сих пор не получил широкого распространения в промышленных масштабах для производства специализированных латексных пен. [12]
Характеристики
Расширение и плотность
Как правило, вспененный латекс имеет более низкую плотность, чем исходный полимер, из которого они сделаны. Эту плотность можно регулярно измерять, измеряя объем и массу материала. Для измерения объема пены неправильной формы части пены могут быть покрыты воском и помещены в известный объем воды для измерения изменения объема в контейнере. Назначение воска - предотвратить проникновение воды в пену, что может привести к меньшему воспринимаемому объему (и в результате к более высокой воспринимаемой плотности), если не учтено. Плотность пены уменьшается по мере увеличения пены. Расширение, в свою очередь, связано с количеством воздуха внутри ячеек пены. Чем больше воздуха внутри ячеек, тем больше расширение. [5]
Сжатие
Пенопласты латекса демонстрируют кривую напряжения-деформации с тремя участками при сжатии. Это относится к силе сопротивления, выражаемой пеной при приложении к ней нагрузки или силы. Форма различных участков кривой будет отражать некоторые важные качества пены, связанные с напряжением сжатия или релаксации и деформационным поведением материала. [5]
Во-первых, пена покажет линейное увеличение напряжения Гука . Это происходит потому, что газ, содержащийся в ячейках пены, сжимается, а стенки ячеек сохраняют свою структуру. Во второй области клеточные стенки разрушаются, и никакого дополнительного напряжения не возникает, и, таким образом, напряжение плато. В третьей области плотность пены увеличивается по мере того, как измельченный материал стенок ячеек сжимается в себя. Это приводит к резкому увеличению напряжения в области уплотнения. [13]
Устойчивость к динамической усталости
Что касается долговечности материала, то сопротивление динамической усталости проверяется путем рекурсивного сжатия пены и ее расслабления. Сопротивление пенопласта динамической усталости можно затем измерить либо путем визуального наблюдения за структурой ячеек, чтобы отметить, какая часть стенок ячеек сломалась или разорвалась, либо путем измерения изменения физических свойств, таких как толщина материала. [5]
Теплопроводность
На низкую теплопроводность вспененного латекса влияют четыре фактора: теплопроводность полимера, теплопроводность газа внутри пузырьков воздуха, конвекция газа внутри ячеек (менее важна для ячеек малого и среднего размера) и излучение через мыло. [13]
Эти факторы могут повлиять на проводимость несколькими способами:
- более низкая температура для снижения теплового излучения;
- уменьшите размер ячейки, чтобы уменьшить конвекцию и излучение (из-за большего количества отражений внутри стенок ячейки);
- уменьшите плотность пены, чтобы уменьшить проводимость через твердый полимер;
- замените воздух внутри ячеек на менее проводящий газ. [13]
Поглощение энергии
Поглощение энергии - особенно важное качество вспененного латекса.
Наибольшее поглощение энергии происходит в первой и второй областях кривой деформации-напряжения. В менее эластомерных полимерах клеточные стенки более хрупкие и, следовательно, их легче разрушить. В этом случае большая часть поглощения происходит во втором участке кривой, вызванном деформацией и разрушением клеточных стенок. Это означает, что каждая клетка может только один раз внести свой вклад в такое поглощение (то есть клетки разрушаются и, следовательно, израсходуются). [13]
Для более эластомерного полимера стенки ячеек более гибкие и могут выдерживать большее воздействие. Стенка клетки в этом случае может изгибаться, и клетка сдавливается, но со временем клетка вернется к своей первоначальной форме. Следовательно, наибольшее поглощение энергии происходит в первой области графика напряжение-деформация. Пена также может выдерживать большее количество ударов, поскольку клетки не так легко истощаются. Это значительное улучшение окружающей среды. [13]
Классификация и добавки
Выбор полимера
Выбор традиционных полимеров
Исторически использовался латекс натурального каучука , а пены производились с использованием процессов Dunlop. Латекс бутадиен-стирольного каучука приобрел известность после того, как на рынке начали продаваться концентраты с высоким содержанием твердых веществ, которые были разработаны специально для вспенивания. Свойства этого полимера были довольно похожи на латекс натурального каучука, поэтому конкуренция между двумя вариантами здесь в основном экономична. [2]
Выбор полимера для изменения свойств
Другие виды полимеров были выбраны из-за их свойств и того, как они, в свою очередь, влияют на свойства пены. Например, вспененный полихлоропрен труднее сжечь и представляет собой менее воспламеняемую альтернативу традиционному вспененному латексу. Поролон на основе акрилонитрил-бутадиенелатекса устойчив к набуханию в углеводородных маслах. [2]
Наполнители
Структурные наполнители
Это наполнители, предназначенные для увеличения стабильности и несущей способности вспененного латекса, одновременно увеличивая расширение и, следовательно, снижая расход материалов. Однако добавление наполнителей также влияет на желаемые свойства вспененного латекса, например, за счет уменьшения растяжения при разрыве и устойчивости к повторяющимся воздействиям и релаксации. [3]
Минеральные наполнители, такие как каолинитовые глины и карбонаты кальция, могут быть добавлены во время фазы взбивания (в периодическом процессе) или фазы перемешивания (в непрерывном процессе) к латексной пене. Слюдяную слюду можно добавлять в латекс во время вспенивания, и они, как правило, имеют меньшее влияние на прочность на разрыв и растяжение при разрыве. Однако слюды имеют тенденцию вызывать большую усадку продукта на стадии отливки из формы. [3]
Антипирены
Поскольку латексные пены представляют собой опасность возгорания, предпринимаются попытки ввести в пенопласты наполнители, чтобы снизить их воспламеняемость. Такие наполнители включают хлорированные парафиновые углеводороды, триоксид сурьмы , борат цинка и гидратированный оксид алюминия . [15]
Наполнители из натуральных источников
Это материалы, которые улучшают структурные свойства вспененного латекса, а также делают его более экологически чистым за счет повышенной способности к биоразложению . Особый интерес вызывает использование органических отходов для создания этих наполнителей. [8] [9]
Порошок яичной скорлупы является примером такого наполнителя, который можно добавлять в латексную пену для изменения свойств продукта и повышения его экологичности. Подобно минеральным наполнителям, порошок яичной скорлупы увеличивает напряжение сжатия, остаточную деформацию при сжатии, твердость и плотность пены, уменьшая при этом прочность на разрыв и растяжение при разрыве. Этот наполнитель также снижает термическую стабильность производимого материала, но было обнаружено , что добавление смолы , другого возможного органического наполнителя, увеличивает предел прочности на разрыв пены из натурального каучука с порошком яичной скорлупы. [9]
Другим предложенным наполнителем с аналогичными свойствами был порошок рисовой шелухи, который увеличивает несущие свойства пены, одновременно снижая предел прочности на разрыв и растяжение при разрыве. Было также обнаружено, что это увеличивает способность пены к биологическому разложению для улучшения контроля над отходами после потребления этих продуктов. [8]
Приложения
Транспорт
Благодаря своим свойствам поглощения энергии, вспененный латекс полезен для транспортных средств, например, для упаковки, чтобы уменьшить воздействие на отправляемый продукт или обивку транспортных средств . В то время как упаковочные пены могут быть одноразовыми с низким сопротивлением динамической усталости, обивка имеет тенденцию быть более плотной и более устойчивой к усталости, поскольку она поглощает меньшие удары, но это необходимо делать более часто. [6]
Мебель
Латексная пена может использоваться в таких предметах, как постельное белье, обивка и подушки для обеспечения амортизации из-за их выраженной кривой напряжения-деформации при нагрузке. [6]
Звукоизоляция
Благодаря содержанию пузырьков воздуха, пенопластовый латекс обладает некоторыми звукоизоляционными свойствами. В частности, обнаружено, что как натуральный каучук, так и вспененный стирол-бутадиеновый латекс хороши для звукоизоляции, но для этой цели лучше подходят стирол-бутадиеновые пены. [4]
Разделение масла и воды
Загрязнение водоемов нефтью - серьезная экологическая проблема. Разделение масла и воды полезно как для очистки воды, так и для извлечения масла. Латексные пены являются гидрофобными и абсорбирующими, помимо того, что они эластичны и пригодны для повторного использования, и поэтому могут использоваться для абсорбции масла в водно-масляных смесях для их разделения. [16]
Спорт, искусство и отдых
Пенолатекс используется в масках и протезировании лица для изменения внешнего вида человека. Волшебник из страны Оз был одним из первых фильмов, широко использовавших протезирование из вспененного латекса в 1930-х годах. [17]
Театральная латексная пена - это специализированная латексная пена, которая мягче, чем латексная пена промышленного производства. Его можно использовать в различных декоративно-прикладных искусствах, включая кукольное искусство и костюмы из-за его способности улавливать мелкие детали живописи, а также его силы. Мисс Пигги, Statler и Waldorf в Jim Henson «s The Muppet Show , а также символы в следующей постановке Хенсона, The Dark Crystal , были одними из первых кукол , созданных из латекса пенопластов используется в больших масштабах. [18]
Такие артисты, как Lordi и GWAR, носят костюмы из этого материала. [19] [20]
Латексная пена также широко распространена при производстве современных футбольных вратарских перчаток. Этот материал оказался наиболее эффективным способом, позволяющим игрокам держать мяч в руках во влажных и сухих условиях игры, а также обеспечивает демпфирующие свойства, которые помогают при ловле. К латексной пене применяются различные виды обработки для получения различных типов пены с различными свойствами для улучшения рабочих характеристик. Некоторые, например, предназначены для обеспечения высокого уровня сцепления; в то время как другие предназначены для обеспечения максимальной прочности. [21]
Рекомендации
- ^ a b c Ивз, Дэвид (2004). «Процесс Данлоп». Справочник по пенополимерам . Rapra Technology Limited. Шрусбери, Великобритания: ISBN Rapra Technology Ltd. 1-84735-054-2. OCLC 290563345 .
- ^ а б в Блэкли, округ Колумбия (1997). «Выбор полимера». Полимерные латексы: Наука и техника Том 3: Применение латексов (Второе изд.). Дордрехт: Springer, Нидерланды. ISBN 978-94-011-5848-0. OCLC 840311458 .
- ^ а б в Блэкли, округ Колумбия (1997). «Наполнители и смягчители». Полимерные латексы: Наука и техника Том 3: Применение латексов (Второе изд.). Дордрехт: Springer, Нидерланды. ISBN 978-94-011-5848-0. OCLC 840311458 .
- ^ а б Денисова, Л.В.; Ключникова Н.В.; Емельянов, С.В. (2020-10-27). «Звукоизоляционные материалы в строительстве с применением полимерных композитов» . Серия конференций IOP: Материаловедение и инженерия . 945 : 012010. дои : 10,1088 / 1757-899x / 945/1 / 012010 . ISSN 1757-899X .
- ^ а б в г д Блэкли, округ Колумбия (1997). «Физические свойства латексного поролона». Полимерные латексы: Наука и техника Том 3: Применение латексов (Второе изд.). Дордрехт: Springer, Нидерланды. ISBN 978-94-011-5848-0. OCLC 840311458 .
- ^ а б в Карнизы, Дэвид (2004). «Важные применения пенополимеров». Справочник по пенополимерам . Rapra Technology Limited. Шрусбери, Великобритания: ISBN Rapra Technology Ltd. 1-84735-054-2. OCLC 290563345 .
- ^ Миллер, Рон. Специальные эффекты: Введение в магию кино. Книги двадцать первого века, 2006.
- ^ а б в г Рамасами, Шамала; Исмаил, Ханафи; Мунусами, Ямуна (2015). «Погребение в почве, свойства при растяжении, морфология и способность к биологическому разложению (порошка рисовой шелухи) наполненного (рисовой шелухи) пены натурального латекса» . Журнал виниловых и аддитивных технологий . 21 (2): 128–133. DOI : 10.1002 / vnl.21389 . ISSN 1548-0585 .
- ^ а б в Башир, Амаль С.М.; Манусами, Ямуна; Чу, Тиам Ленг; Исмаил, Ханафи; Рамасами, Шамала (2017). «Механические, термические и морфологические свойства поролона натурального каучука, наполненного (порошком яичной скорлупы)» . Журнал виниловых и аддитивных технологий . 23 (1): 3–12. DOI : 10.1002 / vnl.21458 . ISSN 1548-0585 .
- ^ а б Карнизы, Дэвид (2004). «Пенная структура». Справочник по пенополимерам . Rapra Technology Limited. Шрусбери, Великобритания: ISBN Rapra Technology Ltd. 1-84735-054-2. OCLC 290563345 .
- ^ Дрекслер, Донна. Руководство по выживанию из пенопластового латекса. Burman Industries, 1996.
- ^ а б Карнизы, Дэвид (2004). «Талалайский процесс». Справочник по пенополимерам . Rapra Technology Limited. Шрусбери, Великобритания: ISBN Rapra Technology Ltd. 1-84735-054-2. OCLC 290563345 .
- ^ а б в г д Карнизы, Дэвид (2004). «Свойства пены». Справочник по пенополимерам . Rapra Technology Limited. Шрусбери, Великобритания: ISBN Rapra Technology Ltd. 1-84735-054-2. OCLC 290563345 .
- ^ Химия, производство и применение натурального каучука . Синдзо Коджия, Юко Икеда. Состон, Кембридж. 2014. ISBN. 978-0-85709-691-3. OCLC 905564717 .CS1 maint: другие ( ссылка )
- ^ Блэкли, округ Колумбия (1997). «Антипирены». Полимерные латексы: Наука и техника Том 3: Применение латексов (Второе изд.). Дордрехт: Springer, Нидерланды. ISBN 978-94-011-5848-0. OCLC 840311458 .
- ^ «Супергидрофобный и суперолеофильный вспененный латекс из натурального каучука, покрытый полиэтиленом и аэрогелем, для разделения масла и воды» . Полимерные испытания . 85 : 106451. 2020-05-01. DOI : 10.1016 / j.polymertesting.2020.106451 . ISSN 0142-9418 .
- ^ Миллер, Рон (2006). Спецэффекты: введение в магию кино . Миннеаполис: Книги двадцать первого века. ISBN 0-7613-2918-8. OCLC 60419490 .
- ^ «Марионетки и идентичность в виртуальных мирах» , Марионетки и города , Bloomsbury Publishing Plc, стр. 141–170, 2019, ISBN 978-1-350-04444-9, получено 2021-05-10
- ^ "GWAR | Биография и история" . AllMusic . Проверено 23 мая 2021 .
- ^ Алрот, Юсси (2006). Mie oon Lordi . [Хельсинки]: паб Johnny Kniga. ISBN 951-0-32584-8. OCLC 232965813 .
- ^ "Руководство: все, что вам нужно знать о латексе для вратарских перчаток |" . www.unisportstore.com . Проверено 23 мая 2021 .