Пенополиуретан

Проверить нейтральность. На странице обсуждения должны быть подробности.

Пенополиуретан в разрезе

Пенополиуретан — распространенное название "поролон", относится к группе газонаполненных пластмасс, на 85-90 % состоящих из инертной газовой фазы. Благодаря своим, во многом универсальным, свойствам пенополиуретаны (также широко известные как ППУ) получили очень широкое всемирное распространение практически во всех сферах человеческой деятельности. Губки для мытья посуды, наполнители для спальных принадлежностей и мягких детских игрушек, мягкая мебель и обычное автомобильное сидение — это все то, что окружает каждого из нас и встречается каждый день в привычной повседневной жизни.

История пенополиуретана

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 полиизоционата 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 изоцианата – толуол диизоцианат. 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.

Химическое строение и особенности

Для прохождения реакции присоединения и образования цепочек полимера необходимо наличие как минимум двух различных компонентов: полиола и полиизоционата. 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.

Биогенные свойства

В качестве исходных компонентов пенополиуретана, обычно применяются продукты нефтехимической промышленности (полиолы и полиизоцианаты), однако, не лишним будет отметить, что возможна выработка компонентов ППУ 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 пенополиуретаны и не нашли широкого применения и их использование ограничено очень узким кругом специфических задач.

Стандарты и госты

• Постановление Правительства Москвы от 17.02.2004 N 91-ПП — нормативы использования ППУ 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 полименрых материалов 12 декабря 1988 г. N 4783-88

Сферы применения пенополиуретана

Сфера использования пенополиуретана очень широка:

• В автомобильной промышленности в качестве наполнителя автокресел и шумоизоляции салона транспортных средств;
• В мебельной и лёгкой промышленности в основном используются так называемые мягкие пенополиуританы в виде наполнителя и прокладочного материала мягкой мебели, подушек, матрацев, при формовке манекенов и др. В виду того, что ППУ варьируется по плотности,— это сказывается на уровне упругости конечных изделий;
• В мягких детских игрушках тоже весьма часто используют именно ППУ в качестве наполнителя — это легко объясняется тем, что данный материал полностью экологически и биологически нейтрален;
• В обувной промышленности 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;
• При строительстве быстровозводимых промышленных, а также гражданских конструкций (в составе сэндвич-панелей);
• Ну и конечно же одной из обширнейших сфер использования ППУ является применение его в качестве теплоизоляции, а также акустической и гидроизоляции при строительстве, капитальном ремонте жилых домов, складов, ангаров, частных загородных домов, производственных цехов, гаражей и других строений.

Использование пенополиуретана в строительстве

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

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

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 и делает наносимый теплоизоляционный слой полностью монолитным — что гарантирует отсутствие мостиков холода. 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).

Перспективы пенополиуретана

Конечно же, сложно говорить о том, что существующий и успешно применяемый уже не одно десятилетие материал имеет какие-нибудь перспективы по внедрению и использованию в каких-нибудь совершенно новых сферах. Хотя, учитывая его превосходные технические свойства, этого нельзя полностью исключить и опровергнуть. Так как за предыдущие годы своего существования он завоевал множество экономических ниш, где остаётся востребованным перспективным и нужным. Конечно, наука не стоит на месте и каждый год появляются все новые и новые материалы, совершенствуются технологии, возможно, способные потеснить ППУ в одном из направлений хозяйственного применения. Однако, как показала практика, несмотря на многочисленные заявления об очередном новом уникальном и перспективном конкуренте, пенополиуретан не сдает своих позиций, являясь своеобразным золотым стандартом, на который ориентируются, с которым сравнивают и на который ровняются. Пенополиуретан востребован рынком — и это является лучшим показателем его современности и актуальности, как вчера, так и сегодня.

Примечания

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;

Ссылки

Для улучшения этой статьи желательно?: Проставить для статьи более точные категории. Добавить иллюстрации.