Lateks piankowy - Foam latex

Obraz bąbelków w spienionym plastiku.

Lateks piankowy lub guma piankowa lateksowa to lekka forma lateksu zawierająca pęcherzyki zwane komórkami, stworzona z ciekłego lateksu . Pianka jest zwykle wytwarzana w procesie Dunlop lub Talalay, w którym spieniany jest ciekły lateks, a następnie utwardzany w formie w celu wydobycia pianki.

Udoskonalenia strukturalne są stosowane do pianki poprzez dokonywanie różnych wyborów polimerów użytych do pianki lub poprzez zastosowanie wypełniaczy w piance. Historycznie do pianki stosuje się lateks z naturalnego kauczuku, ale podobnym konkurentem komercyjnym jest lateks butadienowo-styrenowy, który jest specjalnie zaprojektowany do stosowania w piankach lateksowych. Wypełniacze mineralne można również stosować do poprawy właściwości, takich jak stabilność, nośność lub ognioodporność, ale te wypełniacze często wiążą się z obniżoną wytrzymałością na rozciąganie i wydłużaniem przy zerwaniu, co jest ogólnie pożądanymi właściwościami produktu.

Pianka lateksowa ma właściwości pochłaniania energii, przewodności cieplnej i kompresji, dzięki czemu nadaje się do wielu zastosowań komercyjnych, takich jak tapicerowanie, wygłuszanie, izolacja termiczna (szczególnie w budownictwie) i transport towarów.

Lateks piankowy jest również stosowany w maskach i protetyce twarzy, aby zmienić wygląd zewnętrzny osoby. Czarnoksiężnik z krainy Oz był jednym z pierwszych filmów, w których w latach 30. XX wieku szeroko wykorzystano protezy z pianki lateksowej. Od tego czasu jest podstawą produkcji filmowych, telewizyjnych i scenicznych, a także jest wykorzystywany w wielu innych dziedzinach.

Jednorazowe tworzywa sztuczne i pianki polimerowe są często wyrzucane na wysypiska, a coraz większe obawy budzi ilość miejsca, jakie zajmują te odpady. W celu uczynienia pianek bardziej przyjaznymi dla środowiska prowadzone są badania nad wypełniaczami, które mogą osiągnąć takie same ulepszenia jak w przypadku minerałów, jednocześnie zwiększając biodegradowalność produktu. Przykłady takich wypełniaczy obejmują proszki ze skorupek jaj i proszki z łusek ryżowych.

Struktura

Pianka lateksowa to forma lateksu, która jest lekka i ekspandowana. Wewnątrz ciekłego lateksu powstają pęcherzyki powietrza komórkowego, które można kształtować w różne kształty i rozmiary. Rozszerzenie pianki określa ilość powietrza wewnątrz tych komórek. Pianki o mniejszej gęstości i bardziej rozciągnięte mają zazwyczaj komórki, które są bardziej wielościenne , podczas gdy pianki o mniejszej rozciągłości mają bardziej kuliste komórki.

Chociaż gęstość pianki ( ) można zmierzyć, ważniejszą właściwością jest gęstość względna pianki do gęstości oryginalnej bazy lateksowej ( ). Jest to wyrażone jako . Pianki polimerowe mają również pewien stosunek komórek zamkniętych do komórek otwartych (pęcherzyki powietrza, które zostały rozerwane), co można zmierzyć na podstawie przepuszczalności wody przez piankę.

kreacja

Aby stworzyć piankowy lateks, płynną bazę lateksową miesza się z różnymi dodatkami i ubija w piankę , a następnie wylewa lub wtryskuje do formy i piecze w piecu w celu utwardzenia. Głównymi składnikami pianki lateksowej są: baza lateksowa, środek spieniający (umożliwiający ubijanie się w piankę ), środek żelujący (zamieniający płynną piankę w żel) oraz środek utwardzający (zamieniający zżelowany lateks piankowy w ciało stałe po upieczeniu). W zależności od wymaganego zastosowania pianki można również dodać szereg dodatkowych dodatków.

Proces Dunlopa

Proces Dunlop może być wykonywany w formie wsadowej oraz w formie ciągłej. Poniżej znajduje się opis procesu wsadowego.

  1. Przygotowywane są różne składniki pianki lateksowej, w tym wybór płynnego lateksu, środki do mieszania i stabilizatory, przygotowywane do użycia.
  2. Odamonowany płynny lateks jest mieszany ze stabilizatorem i innymi składnikami w postaci dyspersji lub emulsji w zależności od rozpuszczalności w wodzie.
  3. Związek delikatnie miesza się i pozostawia do wymieszania. W tym momencie można dodać wypełniacze. Związek można pozostawić do dojrzewania na 24 godziny.
  4. Mikser Hobart ubija mieszankę, aby spowodować jej spienienie, wprowadzając do niej bąbelki o różnej wielkości i umożliwiając jej rozszerzenie do pożądanego rozmiaru.
  5. Szybkość ubijania jest zmniejszona, a bąbelki przybierają bardziej regularny rozmiar. Teraz można dodać stabilizator piany.
  6. Następnie można dodać środek żelujący, a następnie związek wlewa się do formy, gdzie pozostawia się go do żelowania i utwardzania z upływem czasu.

Jednorodność jest bardzo pożądaną właściwością komercyjną, a prowadzenie procesu Dunlop w sposób ciągły, a nie partiami, pomaga zwiększyć jednorodność wytwarzanych pianek. Innymi zaletami procesu ciągłego są zmniejszone koszty pracy i mniejszy produkt odpadowy z formy. Ciągły proces obejmuje użycie maszyny z różnymi komorami do tworzenia i spieniania mieszanki, dodawania wypełniaczy oraz formowania i utwardzania.

Proces Talalay

  1. Przygotowywane są różne składniki pianki lateksowej, w tym wybór płynnego lateksu, środki do mieszania i stabilizatory, przygotowywane do użycia.
  2. Odamonowany płynny lateks jest mieszany ze stabilizatorem i innymi składnikami w postaci dyspersji lub emulsji w zależności od rozpuszczalności w wodzie.
  3. Związek delikatnie miesza się i pozostawia do wymieszania. W tym momencie można dodać wypełniacze. Związek można pozostawić do dojrzewania na 24 godziny.
  4. W wyniku rozkładu nadtlenku wodoru przez drożdże powstają bąbelki, które powodują spienienie związku wewnątrz wyspecjalizowanej pleśni.
  5. Do formy przykładana jest próżnia w celu promowania ekspansji.
  6. Związek jest następnie szybko zamrażany, aby utworzyć pęcherzyki powietrza.
  7. Na koniec mieszance pozostawia się do utwardzenia i wyjmuje się z formy.

Niestosowanie środka żelującego zamiast dwutlenku węgla sprawia, że ​​proces jest bardziej przyjazny dla środowiska, ale proces Talalay nadal nie jest szeroko stosowany w przemyśle do specjalistycznych pianek lateksowych.

Nieruchomości

Ekspansja i gęstość

Ogólnie rzecz biorąc, pianki lateksowe mają mniejszą gęstość niż oryginalny polimer, z którego są wykonane. Gęstość tę można regularnie mierzyć, wykonując pomiar objętości i masy materiału. W celu pomiaru objętości pianki o nieregularnym kształcie, kawałki pianki można pokryć woskiem i włożyć do znanej objętości wody w celu zmierzenia zmiany objętości w pojemniku. Celem wosku jest zapobieganie przenikaniu wody do pianki, co może prowadzić do mniejszej postrzeganej objętości (i w rezultacie wyższej postrzeganej gęstości), jeśli nie zostanie to uwzględnione. Gęstość pianki zmniejsza się wraz ze wzrostem rozszerzalności pianki. Ekspansja z kolei dotyczy ilości powietrza wewnątrz komórek pianki. Im więcej powietrza wewnątrz komórek, tym większa ekspansja.

Szkic zwykłej krzywej naprężenie-odkształcenie dla pianki lateksowej. Region 1 pokazuje wzrost naprężeń Hookian. Region 2 przedstawia płaskowyż miażdżący. Region 3 pokazuje zagęszczenie.

Kompresja

Pianki lateksowe po ściśnięciu wykazują krzywą naprężenia-odkształcenia z trzema obszarami. Odnosi się to do siły oporu wyrażanej przez piankę, gdy przyłożone jest do niej obciążenie lub siła. Kształt różnych obszarów krzywej będzie odzwierciedlał pewne ważne cechy pianki związane z naprężeniami ściskającymi lub relaksacyjnymi oraz odkształceniami materiału.

Po pierwsze, pianka wykaże liniowy wzrost naprężeń Hookian . Dzieje się tak, ponieważ gaz zawarty w komórkach piankowych ulega sprężeniu, a ścianki komórek zachowują swoją strukturę. W drugim obszarze ściany komórkowe ulegają zmiażdżeniu i nie dochodzi do dodatkowego naprężenia, a zatem naprężenia są plateau. W trzecim obszarze gęstość pianki zwiększa się, gdy pokruszony materiał ściany komórkowej jest ściskany w siebie. Prowadzi to do gwałtownego wzrostu stresu w obszarze zagęszczania.

Odporność na zmęczenie dynamiczne

W odniesieniu do trwałości materiału, odporność na zmęczenie dynamiczne jest testowana poprzez rekurencyjne ściskanie pianki i pozwalanie jej na relaks. Odporność pianki na zmęczenie dynamiczne można następnie zmierzyć albo obserwując wzrokowo strukturę komórek, aby zauważyć, jaka część ścian komórek uległa pęknięciu lub pęknięciu, albo mierząc zmianę właściwości fizycznych, takich jak grubość materiału.

Przewodność cieplna

Na niską przewodność cieplną pianek lateksowych mają wpływ cztery czynniki: przewodzenie ciepła polimeru, przewodzenie ciepła gazu w pęcherzykach powietrza, konwekcja gazu wewnątrz komórek (mniej istotne dla małych i średnich komórek) oraz promieniowanie przez pianka.

Istnieje kilka sposobów, w jakie te czynniki mogą wpływać na przewodnictwo:

  1. niższa temperatura, aby zmniejszyć promieniowanie cieplne;
  2. zmniejszyć rozmiar komórki, aby zmniejszyć konwekcję i promieniowanie (ze względu na więcej odbić w ścianach komórek);
  3. zmniejszyć gęstość pianki, aby zmniejszyć przewodzenie przez stały polimer;
  4. wymienić powietrze na mniej przewodzący gaz wewnątrz ogniw.

Absorpcja energii

Absorpcja energii to szczególnie ważna cecha pianki lateksowej.

Większość pochłaniania energii występuje w pierwszym i drugim obszarze krzywej odkształcenie-naprężenie. W mniej elastomerowych polimerach ściany komórkowe są bardziej kruche i dlatego mogą być łatwiej zmiażdżone. W tym przypadku większość absorpcji zachodzi w drugim obszarze krzywej, spowodowanym odkształceniem i kruszeniem ścian komórkowych. Oznacza to, że każda komórka może tylko raz przyczynić się do takiej absorpcji (to znaczy komórki są miażdżone, a tym samym zużywane).

W przypadku polimeru bardziej elastomerowego ściany komórkowe są bardziej elastyczne i mogą wytrzymać większy wpływ. W tym przypadku ściana komórkowa może się wygiąć, a komórka zostanie ściśnięta, ale komórka w końcu powróci do swojego pierwotnego kształtu. Dlatego większość pochłaniania energii występuje w pierwszym obszarze wykresu naprężenie-odkształcenie. Pianka może również wytrzymać więcej uderzeń, ponieważ komórki nie wyczerpują się tak łatwo. To znacząca poprawa środowiska.

Klasyfikacja i dodatki

Wybór polimeru

Tradycyjne wybory polimerów

Polimer poliizoprenowy, główny składnik lateksu kauczuku naturalnego, zwykle pozyskiwany z Hevea brasiliensis.

Historycznie stosowano lateks z naturalnego kauczuku , a pianki wytwarzano przy użyciu procesów Dunlop. Lateks z kauczuku butadienowo-styrenowego zyskał na znaczeniu, gdy na rynku zaczęto sprzedawać koncentraty o wysokiej zawartości części stałych, które zostały zaprojektowane specjalnie do spieniania. Właściwości tego polimeru były dość podobne do lateksu kauczuku naturalnego, więc konkurencja między dwoma rodzajami tutaj jest w większości ekonomiczna.

Wybór polimerów dla zmienności właściwości

Wybrano inne rodzaje polimerów ze względu na ich właściwości i to, jak wpływają one z kolei na właściwości pianki. Na przykład guma piankowa polichloroprenowa jest trudniejsza do spalenia i stanowi mniej palną alternatywę dla tradycyjnej pianki lateksowej. Guma piankowa Acrylonitrile-butadienelatex jest odporna na pęcznienie w olejach węglowodorowych.

Wypełniacze

Wypełniacze strukturalne

Są to wypełniacze mające na celu zwiększenie stabilności i nośności pianki lateksowej przy jednoczesnym zwiększeniu rozszerzalności, a tym samym skróceniu wybrzeża materiałów. Jednak dodanie wypełniaczy wpływa również na pożądane właściwości pianki lateksowej, takie jak zmniejszenie wydłużenia przy zerwaniu oraz odporności na powtarzające się naprężenia i relaksację.

Wypełniacze mineralne, takie jak glinki kaolinitowe i węglany wapnia, można dodawać podczas fazy ubijania (w procesie wsadowym) lub fazy mieszania (w procesie ciągłym) do pianki lateksowej. Podobnie można dodawać do lateksu miki zmielone na mokro podczas spieniania i mają one mniejszy wpływ na wytrzymałość na rozciąganie i rozciąganie przy zerwaniu. Jednak miki mają tendencję do powodowania większego kurczenia się produktu w fazie odformowania.

Środki zmniejszające palność

Ponieważ pianki lateksowe stanowią zagrożenie pożarowe, podejmuje się wysiłki w celu włączenia do nich wypełniaczy w celu zmniejszenia ich palności. Takie wypełniacze obejmują chlorowane węglowodory parafinowe, trójtlenek antymonu , boran cynku i uwodniony tlenek glinu .

Wypełniacze pochodzenia naturalnego

Łuska ryżowa, organiczny odpad rolniczy z uprawy ryżu. Puder z łuski ryżowej może być stosowany jako wypełniacz z pianki lateksowej. (odniesienie 6)

Są to materiały, które poprawiają właściwości strukturalne pianki lateksowej, jednocześnie czyniąc ją bardziej przyjazną dla środowiska poprzez zwiększoną biodegradowalność . Szczególnym zainteresowaniem cieszy się wykorzystanie organicznych produktów odpadowych do tworzenia tych wypełniaczy.

Przykładem takiego wypełniacza jest proszek ze skorupek jaj, który można dodać do pianki lateksowej, aby manipulować właściwościami produktu i zwiększyć jego przyjazność dla środowiska. Podobnie jak wypełniacze mineralne, proszek skorupki jaja zwiększa naprężenia ściskające, odkształcenie ściskające, twardość i gęstość pianki, zmniejszając jednocześnie wytrzymałość na rozciąganie i rozciąganie przy zerwaniu. Ten wypełniacz zmniejsza również stabilność termiczną wytwarzanego materiału, ale stwierdzono, że dodanie żywicy , innego możliwego wypełniacza organicznego, zwiększa wytrzymałość na rozciąganie pianki polimerowej z naturalnego kauczuku wypełnionej proszkiem skorupek jaja.

Innym proponowanym wypełniaczem o podobnych właściwościach był proszek z łusek ryżowych, który zwiększa właściwości nośne pianki przy jednoczesnym zmniejszeniu wytrzymałości na rozciąganie i rozciąganie przy zerwaniu. Stwierdzono również, że zwiększa to biodegradowalność pianki w celu lepszej kontroli nad odpadami pokonsumpcyjnymi tych produktów.

Aplikacje

Piankowe orzeszki ziemne, jednorazowa pianka polimerowa używana do pakowania w celu zmniejszenia wpływu na wysyłane przedmioty.

Transport

Ze względu na swoje właściwości pochłaniania energii, pianki lateksowe są przydatne w zastosowaniach transportowych, np. w opakowaniach w celu zmniejszenia wpływu na wysyłany produkt lub w tapicerce pojazdów . Podczas gdy pianki opakowaniowe mogą być jednorazowego użytku i mają niską odporność na zmęczenie dynamiczne, tapicerka zwykle zyskuje na gęstości i większej odporności na zmęczenie, ponieważ pochłania mniejsze uderzenia, ale musi to robić częściej.

Meble

Pianki lateksowe mogą być stosowane w przedmiotach takich jak pościel, tapicerka i poduszki do celów amortyzacyjnych ze względu na ich wyraźną krzywą naprężenia podczas obciążenia.

Pianka akustyczna zastosowana w wygłuszeniu.

Izolacja akustyczna

Ze względu na zawartość pęcherzyków powietrza, pianki lateksowe posiadają pewne właściwości dźwiękochłonne. W szczególności stwierdzono, że zarówno kauczuk naturalny, jak i pianka lateksowa styrenowo-butadienowa są dobre pod względem izolacji akustycznej, ale pianki styrenowo-butadienowe wydają się być lepsze do tego celu.

Oddzielenie oleju i wody

Zanieczyszczenie olejami w zbiornikach wodnych jest poważnym problemem środowiskowym. Oddzielenie oleju i wody jest pomocne zarówno w oczyszczeniu wody, jak i odzyskaniu oleju. Pianki lateksowe są hydrofobowe i chłonne, a ponadto są sprężyste i nadają się do recyklingu, dlatego mogą być stosowane do wchłaniania oleju w mieszaninach wody i oleju w celu ich oddzielenia.

Sport, sztuka i rekreacja

Lateks piankowy jest stosowany w maskach i protetyce twarzy, aby zmienić wygląd zewnętrzny osoby. Czarnoksiężnik z krainy Oz był jednym z pierwszych filmów, w których w latach 30. XX wieku szeroko wykorzystano protezy z pianki lateksowej.

Teatralna pianka lateksowa to specjalistyczna pianka lateksowa, która jest bardziej miękka niż komercyjna pianka lateksowa. Może być używany w różnych sztukach i rzemiosłach, w tym w lalkarstwie i kostiumach, ze względu na jego zdolność do wychwytywania drobnych szczegółów malarstwa, a także jego siłę. Miss Piggy, Statler i Waldorf w The Muppet Show Jima Hensona , a także postacie w kolejnej produkcji Hensona, The Dark Crystal , były jednymi z pierwszych lalek stworzonych z pianki lateksowej stosowanej na dużą skalę.

Artyści tacy jak Lordi i GWAR noszą kostiumy zawierające ten materiał.

Pianka lateksowa jest również szeroko rozpowszechniona w produkcji nowoczesnych rękawic bramkarskich. Materiał okazał się najskuteczniejszym sposobem umożliwiającym graczom trzymanie piłki nożnej w mokrych i suchych warunkach gry, a także zapewnia właściwości tłumiące, które pomagają w łapaniu. Piankę lateksową poddaje się różnorodnym zabiegom, aby wytworzyć różne rodzaje pianki o różnych właściwościach, które poprawiają wydajność. Niektóre, na przykład, są zaprojektowane tak, aby oferować wysoki poziom przyczepności; podczas gdy inne są zaprojektowane tak, aby oferować maksymalną trwałość.

Bibliografia

  1. ^ a b c Eaves, David (2004). „Proces Dunlopa”. Podręcznik pianek polimerowych . Rapra Technology Limited. Shrewsbury, Wielka Brytania: Rapra Technology Ltd. ISBN 1-84735-054-2. OCLC  290563345 .
  2. ^ B c Blackley, DC (1997). „Wybór polimeru”. Lateksy polimerowe: Nauka i technologia Tom 3: Zastosowania lateksów (wyd. drugie). Dordrecht: Springer Holandia. Numer ISBN 978-94-011-5848-0. OCLC  840311458 .
  3. ^ B c Blackley, DC (1997). „Wypełniacze i zmiękczacze”. Lateksy polimerowe: Nauka i technologia Tom 3: Zastosowania lateksów (wyd. drugie). Dordrecht: Springer Holandia. Numer ISBN 978-94-011-5848-0. OCLC  840311458 .
  4. ^ B Denisova, LV; Klyuchnikova, NV; Emelyanov, SW (27.10.2020). „Materiały dźwiękochłonne w budownictwie z wykorzystaniem kompozytów polimerowych” . Seria konferencji IOP: Inżynieria i inżynieria materiałowa . 945 : 012010 . doi : 10.1088/1757-899x/945/1/012010 . ISSN  1757-899X .
  5. ^ B c d e Blackley, DC (1997). „Właściwości fizyczne gumy piankowej lateksowej”. Lateksy polimerowe: Nauka i technologia Tom 3: Zastosowania lateksów (wyd. drugie). Dordrecht: Springer Holandia. Numer ISBN 978-94-011-5848-0. OCLC  840311458 .
  6. ^ a b c Okap, David (2004). „Ważne zastosowania pianek polimerowych”. Podręcznik pianek polimerowych . Rapra Technology Limited. Shrewsbury, Wielka Brytania: Rapra Technology Ltd. ISBN 1-84735-054-2. OCLC  290563345 .
  7. ^ Miller, Ron. Efekty specjalne: wprowadzenie do magii filmowej. Książki XXI wieku, 2006.
  8. ^ B c d Ramasamy, Shamala; Ismail, Hanafi; Munusamy, Jamuna (2015). „Zakopywanie w glebie, właściwości rozciągające, morfologia i biodegradowalność pianki lateksowej wypełnionej naturalnym kauczukiem (łuska ryżowa)” . Journal of Vinyl and Additive Technology . 21 (2): 128–133. doi : 10.1002 / vnl.21389 . ISSN  1548-0585 .
  9. ^ a b c Bashir, Amal SM; Manusamy, Jamuna; Chew, Thiam Leng; Ismail, Hanafi; Ramasamy, Szamala (2017). „Właściwości mechaniczne, termiczne i morfologiczne pianki lateksowej wypełnionej (proszkiem ze skorupek jaj) kauczuku naturalnego” . Journal of Vinyl and Additive Technology . 23 (1): 3–12. doi : 10.1002/vnl.21458 . ISSN  1548-0585 .
  10. ^ a b Okap David (2004). „Struktura piankowa”. Podręcznik pianek polimerowych . Rapra Technology Limited. Shrewsbury, Wielka Brytania: Rapra Technology Ltd. ISBN 1-84735-054-2. OCLC  290563345 .
  11. ^ Drexler, Donna. Poradnik przetrwania z pianki lateksowej. Burman Industries, 1996.
  12. ^ a b Okap David (2004). „Proces Talalay”. Podręcznik pianek polimerowych . Rapra Technology Limited. Shrewsbury, Wielka Brytania: Rapra Technology Ltd. ISBN 1-84735-054-2. OCLC  290563345 .
  13. ^ B c d e okapu, David (2004). „Właściwości piany”. Podręcznik pianek polimerowych . Rapra Technology Limited. Shrewsbury, Wielka Brytania: Rapra Technology Ltd. ISBN 1-84735-054-2. OCLC  290563345 .
  14. ^ Chemia, produkcja i zastosowania kauczuku naturalnego . Shinzo Kohjiya, Yuko Ikeda. Sawston, Cambridge. 2014. ISBN 978-0-85709-691-3. OCLC  905564717 .CS1 maint: inne ( link )
  15. ^ Blackley, DC (1997). „Opóźniacze palenia”. Lateksy polimerowe: Nauka i technologia Tom 3: Zastosowania lateksów (wyd. drugie). Dordrecht: Springer Holandia. Numer ISBN 978-94-011-5848-0. OCLC  840311458 .
  16. ^ „Superhydrofobowa i superoleofilowa pianka lateksowa z kauczuku naturalnego pokryta aerożelem polietylenowym do aplikacji oddzielania wody od oleju” . Testowanie polimerów . 85 : 106451. 2020-05-01. doi : 10.1016/j.polimertesting.2020.106451 . ISSN  0142-9418 .
  17. ^ Miller, Ron (2006). Efekty specjalne: wprowadzenie do magii filmu . Minneapolis: Książki XXI wieku. Numer ISBN 0-7613-2918-8. OCLC  60419490 .
  18. ^ "Lalkarstwo i tożsamość w wirtualnych światach" , Puppets and Cities , Bloomsbury Publishing Plc, pp 141-170, 2019, ISBN 978-1-350-04444-9, pobrane 2021-05-10
  19. ^ „GWAR | Biografia i historia” . WszystkoMuzyka . Źródło 2021-05-23 .
  20. ^ Ahlroth, Jussi (2006). Mie na Lordi . [Helsinki]: Johnny Kniga Pub. Numer ISBN 951-0-32584-8. OCLC  232965813 .
  21. ^ "Przewodnik: Wszystko, co musisz wiedzieć o lateksie do rękawic bramkarskich |" . www.unisportstore.com . Źródło 2021-05-23 .