+7 (812) 670-07-12

Пенополиуретан

Пенополиуретан

Пенополиуретанами называют группу пластмасс, созданных на основе полиуретановых материалов, которые, в свою очередь, состоят из инертных газов на 90%. При различных условиях и процентного соотношения исходных материалов в составе смеси, пенополиуретаны могут получиться жесткими или эластичными, например, эластичным является поролон.

Применяются эти искусственные материалы очень широко. Эластичные – для мягкой мебели и набивки подушек, для различных бытовых целей, а также в различных промышленных целях, например, в качестве фильтров, различных губок, валиков, амортизирующих упаковок и пр. Жесткие служат для обеспечения звуко- и теплоизоляции.

Очень большую популярность получили составы, обладающие качествами самовспенивания и последующего затвердевания, их используют на строительных объектах, в машиностроении и т.д. Ярким примером такого материала является бытовая монтажная пена. Эти составы устойчивы к воздействию всех существующих растворителей на органической основе, удаление застывшей смеси возможно только при помощи механического воздействия. При этом нуждается в защите от прямого воздействия солнечных лучей и ультрафиолета. Если сравнить с подобными вспененными органическими полимерами, например, пенололиэтиленом, традиционным пенопластом,  разновидностями вспененных латексов, губкой набухающей или резиной микропористой, пенополиуретаны пользуются  намного большей популярностью в самых разных сферах.

История

Впервые это искусственное вещество было синтезировано в 1937 году в лаборатории разработчиков компании IG Farben, расположенной в Леверкузене. Группа ученых компании, которой руководил Отто Байер, сумела создать вещество с необычными для того времени свойствами. Выяснилось, что особенности материала очень кардинально отличаются в зависимости от процентного соотношения исходных веществ в смеси. Получался либо материал гибкий и упругий, но обладающий низкой прочностью на разрыв, его в лаборатории назвали Perlon U. Второй вариант реакции давал материал твердый, прочный и очень плотный, но хрупкий в случае сгибания, его назвали Igamid U.

Уже в те годы экономическая выгода от нового материала получила очень высокую оценку, и применение полиуретана началось уже в 1940 году. Тогда в Леверкузене его стали применять как лепнину. Возможно, развитие этого направления шло бы и дальше активно, но военные действия и перестройка промышленности под нужды войны, а также нехватка финансирования на долгие годы отложили применение полиуретанов.

Вплоть до 60-х годов XX века полиуретаны применяли очень в малых количествах. Но экономика восстанавливалась, и начался бурный экономический рост, а также активное строительство, которые вернули повышенный интерес бизнеса к этим материалам. Например, в 1960 году силами разных производителей было создано в общей сложности более 50 тысяч тонн синтетической пены.

Поролон также стал популярным уже в 60-е годы, даже не смотря на многочисленные недостатки материала. Дело в том, что производство этого материала считается вредным и даже опасным, так как в его составе присутствует высокотоксичный материал  толуилендиизоцианат. А готовый материал (поролон) имеет массу ограничений в использовании, так как он впитывает запахи, отличается гигроскопичностью, может использоваться в узком диапазоне температур, и, в результате, имеет относительно низкий срок службы. А самое главное – это пожароопасность. При этом попытки введения в его состав различных антипиренов (веществ, которые повышают устойчивость к огню) отрицательно влияло на его физико-химические параметры и одновременно значительно повышало стоимость.

Первые образцы пенополиуретанов отличались малым сроком службы, так как постепенно разлагались под воздействием обычного воздуха. Но со временем появление новых разновидностей стабилизаторов помогло во многом преодолеть этот недостаток. А вот пожароопасные свойства того же поролона актуальны и сегодня.

Химические особенности и формула

Для того чтобы состоялась химическая реакция и были созданы цепочки молекул, нужно присутствие двух веществ - полиола и полиизоцианата. Химическая реакция для этого материала многоступенчатая. На первом этапе из первоначальных веществ создаются бифункциональные молекулы изоцианата, в составе которых присутствует группа (—N═C═O), а также отделяются группы гиддооксильные (-ОН). Далее идет второй этап цепной реакции, в результате которого концы цепочек каждой молекулы оканчиваются короткими идентичными по структуре цепочками полимеров, которые далее могут полимеризироваться с веществами-мономерами.

Рис. 1 Химическая реакция. Этап присоединения пол иолов

Реакция присоединения полиолов

Далее, добавляют к веществам небольшое количество воды, с которой реагируют изоцианатные группы. В итоге в составе появляется углекислый газ, являющийся основой для вспенивания. А первичная группа в тоже время реагирует с изоцианатом, в котором замещает собой мочевину. В результате получается устойчивая цепь.

Рис. 2 Полиизоцианаты и вода: второй этап реакции

Реакция полиизоцианатов с водой

Длина цепочек газонаполненных гранул определяет возможные свойства материала. Для мягких разновидностей, которые можно увидеть в быту, например, в качестве мягкого содержимого подушек или мебели, плотность может быть 5 – 40 кг/м³. Плотность жестких пенополиуретанов (строительная тепло и шумоизоляция) составляет 30 – 80 кг/м³.

Биологическое сырье для пенополиуретанов

Основные компоненты для промышленного производства пенополиуретанов – это продукты нефтехимии, т.е. полиолы и полиизоцианаты. Но также вполне возможно для этих целей использовать и масла растительные. Например, для создания пенополиуретановых материалов подойдут любые касторовые масла. Также полиолы могут быть получены из подсолнечного, рапсового или соевого масла. Но на сегодняшний день растительные масла не используются в этом производстве по причине экономической нецелесообразности, продукты нефтехимии стоят в разы дешевле. Хотя биогенные варианты пенополиуретанов и создаются в ограниченных количествах, но они имеют очень узкий сегмент использования.

      

  Промышленное оборудование Седна
Россия, г. Санкт-Петербург ул. Краснопутиловская 46, к.2, лит.А
+7 (812) 670-07-12
Оборудование
Технологии
...Ещё
2008-2016 © ООО Седна
Копирование материалов с сайта ЗАПРЕЩЕНО