Пенополиуретан

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Пенополиуретаны — группа газонаполненных пластмасс на основе полиуретанов, на 85-90 % состоящих из инертной газовой фазы. В зависимости от вида исходного полиуретана могут быть жёсткими или эластичными ("поролон"). Используются весьма широко: жёсткие - в качестве тепло- и звукоизоляции и лёгких формообразующих элементов, эластичные - в качестве мягких покрытий и набивки в быту и промышленности, как искусственные губки для мытья и пылевые фильтры, материал для покрасочных валиков и вставок в швейных изделиях, амортизирующая упаковка. Популярны самовспенивающиеся самотвердеющие составы для использования непосредственно на объекте в строительстве, машиностроении и т.д.- как промышленные двухкомпонентные (и более), так и бытовая "монтажная пена". Устойчивы к действию всех распространённых органических растворителей, застывшая смесь удаляется только механическим путём. В практических применениях требуют защиты от солнечного света и других УФ-источников. Не следует путать с другими вспененными полимерами - жёстким полистироловым пенопластом, эластичным пенополиэтиленом, вспененным латексом, микропористой резиной, набухающей целлюлозной губкой и пр., области применения которых, как правило, более узки.

История пенополиуретана[править | править вики-текст]

В 1937 году небольшой группой учёных исследователей лаборатории IG Farben (в Леверкузене) под руководством Отто Байера впервые удалось синтезировать новое вещество с весьма необычными свойствами. В зависимости от скорости прохождения реакции и коэффициента смешивания полиола и полиизоцианата кардинально различались и свойства получаемого материала. С одной стороны гибкий, упругий, но не прочный на разрыв (лабораторное название Perlon U, отсюда название "поролон"), а с другой — плотный, твёрдый, прочный, но в то же время хрупкий при сгибании (Igamid U). Горизонты экономического внедрения данного научного открытия были многообещающими и весьма обширные. Уже в 1940 году в Леверкузене началось промышленное производство полиуретана в качестве лепнины. Но начало второй мировой войны внесло свои коррективы: проблемы нехватки сырья и общее перестраивание экономики под военные нужды существенно замедлили развитие полиуретанов. Фактически до 60-х годов прошлого столетия пенополиуретан, как и многие другие полимеры, развивался очень медленно — однако с окончанием войны, восстановлением экономики и бурным послевоенным строительством коммерческий интерес к пенополиуретанам сильно возрос. Таким образом, к 1960 году различными компаниями было суммарно изготовлено более 50000 тонн пены, получившей известное всем определение "поролон". Мягкий пенополиуретан (ППУ), или в быту — поролон, получил распространение в 60-х годах несмотря на присущие поролону (ППУ) существенные недостатки. Само его производство является опасным и вредным, т. к. в состав исходных компонентов входит высокотоксичное соединение – толуилендиизоцианат. Кроме того, поролон гигроскопичен, впитывает запах, имеет ограниченный температурный диапазон использования и, как следствие, относительно небольшой срок эксплуатации. Но самым большим недостатком поролона является его пожароопасность. Так, по ГОСТ 30244 он отнесен к группе Г4 – сильногорючий, по ГОСТ 30402 – В3 – легковоспламеняемый; по ГОСТ 12.1.044 – Д3 – с высокой дымообразующей способностью и Т4 – чрезвычайно токсичный при горении. Введение же при производстве поролона (ППУ) в состав исходных компонентов антипиренов для увеличения огнестойкости материала приводит к резкому ухудшению его физико-механических характеристик и увеличению стоимости. Ранние образцы ППУ имели сравнительно небольшой срок службы, постепенно разлагаясь на воздухе. С развитием химии стабилизаторов этот недостаток в известной степени преодолён.

Химическое строение и особенности[править | править вики-текст]

Для прохождения реакции присоединения и образования цепочек полимера необходимо наличие как минимум двух различных компонентов: полиола и полиизоцианата. Сама же реакция проходит в несколько этапов. Вначале из диола и диизоцианата формируются бифункциональные молекулы изоцианата имеющие группу (—N═C═O) и гидроксильные группы (—ОН). В результате прохождения цепной реакции, на обоих концах молекулярных групп образуются короткие цепочки структурно идентичных и однородных полимеров, которые могут быть полимеризованы с другими мономерами.

реакция присоединения полиолов


В реакционную смесь добавляют незначительное количество воды, и в результате прохождения реакции с частью изоцианатных групп образуется углекислый газ, который и является основным фактором вспенивания. В то же время, первичная аминогруппа вступает в реакцию с изоцианатом, замещая мочевину, тем самым достигается устойчивость цепи.

Реакция полиизоцианатов с водой

В зависимости от длины цепи газонаполненных микрогранул различаются и механические свойства полиуретана. Так, типичная плотность составляет от 5 до 40 кг/м³ для мягких пеноблоков, которые повсеместно используются в качестве различного вида наполнителей мебели и др. Жёсткие пенополиуретаны, плотностью от 30 до 86 кг/м³, нашли широкое применение в строительстве в качестве теплоизоляционного и шумоизоляционного материала. Кроме того, пенополиуретан плотностью от 70 кг/м³, благодаря плотной структуре, не пропускает влагу и может быть использован в качестве прекрасной гидроизоляции.

Получение из биологического сырья[править | править вики-текст]

В качестве исходных компонентов пенополиуретана обычно применяются продукты нефтехимической промышленности (полиолы и полиизоцианаты), однако, не лишним будет отметить, что возможна выработка компонентов из масел растительного происхождения. В частности, прекрасно подходят для этой цели касторовые масла. Также возможно получение полиолов из соевого, рапсового и подсолнечного масел. Однако такой способ выработки компонентов пенополиуретана экономически нецелесообразен по причине значительного различия в стоимости растительного и нефтехимического сырья. Именно поэтому, биогенные пено-компоненты и не нашли широкого применения и их использование ограничено очень узким кругом специфических задач.

Стандарты и госты[править | править вики-текст]

  • Постановление Правительства Москвы от 17.02.2004 N 91-ПП — нормативы использования при теплоизоляции труб и теплотрасс;
  • Теплоизоляция ограждающих конструкций строений и зданий — СТО 00044807-001-2006;
  • Тепловая изоляция трубопроводов заливочным пенополиуретаном ВСН 462-85 (Утверждены Минмонтажспецстроем СССР 29 марта 1985 года);
  • Санитарные правила для производств синтетических и полимерных материалов 12 декабря 1988 г. N 4783-88

Сферы применения пенополиуретана[править | править вики-текст]

Сфера использования пенополиуретана очень широка:

  • В автомобильной промышленности в качестве наполнителя автокресел и шумоизоляции салона транспортных средств, для изготовления полужёстких панелей салона, подлокотников, рукояток и бамперов;
  • В мебельной и лёгкой промышленности в основном используются так называемые мягкие пенополиуретаны в виде наполнителя и прокладочного материала мягкой мебели, подушек, матрацев, при формовке манекенов и др.
  • В мягких детских игрушках тоже весьма часто используют именно ППУ в качестве наполнителя, так как данный материал полностью экологически и биологически нейтрален (ссылка, подтверждающая нейтральность?);
  • В обувной промышленности в качестве супинаторов и других элементов обуви;
  • В качестве хладоизолятора в бытовых, а также торговых холодильниках, крупных холодильных камерах и в транспортной холодильной технике;
  • В качестве теплоизолятора в магистральных трубопроводах, а также изоляции низкотемпературных трубопроводов химической промышленности;
  • В качестве теплоизоляции, а также акустической и гидроизоляции при строительстве, капитальном ремонте жилых домов, складов, ангаров, частных загородных домов, производственных цехов, гаражей, быстровозводимых конструкций;
  • Достаточно широко применяются уретановые столярные клеи, слегка вспенивающиеся при застывании и заполняющие неплотности пригонки деталей.

Использование пенополиуретана в строительстве[править | править вики-текст]

Благодаря очень низкой теплопроводности (0,019 — 0,03 Вт/(м•K)), малой паропроницаемости, хорошей адгезии и гидроизоляционным характеристикам жёсткие пенополиуретаны с закрытой клеточной структурой применяются практически повсеместно и используются при работах по:

  • теплоизоляции кровель и чердачных помещений,
  • утеплении и акустической изоляции стен как изнутри помещений, так и снаружи здания,
  • гидроизоляции и утеплении фундаментов,

причём как в виде вязких самовспенивающихся составов для заливки или нанесения на месте, так и в виде готовых листов. Также служит наполнителем сандвич-панелей для сборных конструкций и материалом жёстких теплоизоляционных блоков для трубопроводных систем.

Высокие коэффициенты адгезии делают этот материал весьма универсальным, он может с одинаковым успехом наноситься на бумагу, металл, древесину, штукатурку, кирпич, рубероид, черепицу и многое другое. Возможность производить и наносить пенополиуретан непосредственно на строительной площадке значительно снижает сопутствующие расходы.

Однокомпонентные составы, отверждаемые влагой воздуха (см. монтажная пена), также нашли своё применение и часто используются в быту при мелких шумоизоляционных и теплоизоляционных хозяйственных работах, а также там, где требуется заполнение пустот (к примеру, при установке пластиковых окон и дверных проёмов). Они обеспечивают также удовлетворительную механическую прочность и обжим монтируемого элемента.

Однако при горении теплоизоляции из пенополиуретана образуется фосген (дихлорангидрид угольной кислоты), который еще в Первую мировую войну использовали в качестве боевого газа, вызывающего удушье. Кроме того, в зимнее время года стойкость выделяющегося фосгена составляет около 3-х часов, что существенно повышает смертность даже среди пожарных работников. Фасадные конструкции с применением пенополиуретана не могут применяться для жилого строительства.

Зачастую пенополиуретан позиционируется в качестве образца энергоэффективного материала, но, несмотря на низкую теплопроводность, этот материал, ввиду противопожарных требований, соображений безопасности и долговечности ограждающих конструкций, нельзя использовать при массовом жилом строительстве и на производствах, работающих с термическими процессами.

Примечания[править | править вики-текст]

  1. Саундерс Д., Фриш К. Химия полиуретанов: Пер. с англ. М.: Химия, 1968;
  2. Любартович С. А., Морозов Ю. Л., Третьяков О. Б. Реакционное формование пенополиуретанов. М.: Химия, 1990. 288 с;
  3. Материалы сайта строительной компании «Прайм-ППУ»
  4. Примеры использования пенополиуретана в строительстве www.mustovo.ru

Ссылки[править | править вики-текст]