Что такое пенополиуретан? Виды и применение

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»).

Особенности

Пенополиуретан

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 — как промышленные многокомпонентные, 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.

По сравнению с применяемыми в ограниченных сферах другими вспененными полимерами — жёстким полистироловым пенопластом, эластичным пенополиэтиленом, вспененным латексом, микропористой резиной, набухающей целлюлозной губкой, — область использования пенополиуританов, как правило, шире.

Описание

Фото утеплителя:

Пенополиуретан

Теплопроводность

Теплопроводные свойства пенополиуретана напрямую зависят от его ячеистой структуры. Например, для жестких видов ППУ теплопроводность колеблется между 0,019 и 0,035 Вт/ (м·K).

Для сравнения можно привести пример показателя у газостекла 0,84 Вт/ (м·K) или минеральной ваты 0,045-0,056 Вт/ (м·K).

Шумопоглощение

Способность материалов поглощать шумы различной интенсивности зависит от таких факторов как пористость, толщина и демпфирующие свойства.

Из практики использования пенополиуретана сделан вывод, что его способность понижать уровень шума зависит от жесткости каркаса и частоты звуковых колебаний. Для шумопоглощения лучше всего использовать полуэластичный вид ППУ.

Химическая устойчивость

Пенополиуретан

Пенополиуретан считается одним из видов материалов, который относительно устойчив к агрессивным химикатам. Степень стойкости у него больше, чем у пенолистирола.

Экспериментально подтверждено, что ППУ не боится бензина, спирта, разбавленных кислот и различного типа пластификаторов.

Его невозможно разрушить действием едких паров при условии, что их концентрация находится в допустимых пределах. Концентрированная кислота может повредить поверхность пенополиуретана, но, как показывает практика, не всегда.

Благодаря такому свойству ППУ активно используется для защиты металлических поверхностей от ржавчины. Эффективность будет зависеть от марки пенополиуретана.

Влагопоглощение

Показатель влагопоглощения напрямую зависит от пористости материала, поэтому определяется плотностью утеплителя. Чем он плотнее, тем меньше воды вбирает в себя.

Пенополиуретан обладает низким впитывающим эффектом – 1-3% в сутки от первоначального объема.

Чтобы повысить водостойкость, производители вводят в состав ПП специальные вещества – гидрофобизаторы. Например, касторовое масло способно понизить этот порог в 4 раза.

Огнестойкость и горючесть

Теплоизоляция пенополиуретаном

Одним из достоинств ППУ является его огнестойкость. Материал относится к классу самозатухающих, трудно сгораемых и трудно воспламеняющихся.

Если необходимо повысить степень стойкости, производители вводят специальные добавки в виде соединений фосфора или галогена.

Необычайно удобно и экономически оправдано использовать в производственных помещениях с высоким уровнем пожарной безопасности покрытие из двух слоев пенополиуретана. Поверх обычного слоя наносят огнестойкий. Его будет достаточно, чтобы удержать пламя.

Плотность

Материал пенополиуретан

Такая характеристика, как плотность, важна для утеплителя, поскольку от нее зависят много разных факторов и функциональных свойств.

Для пенополиретана характерна плотность в диапазоне 30-80 кг/м³.

Сам показатель зависит от нескольких критериев, но можно выделить два наиболее важных:

  • технология производства пенополиуретана;
  • конкретная функциональная задача, которую будет выполнять ППУ.

При утеплении используются разные типы ППУ: жесткие, эластичные, более мягкие. Зная особенности каждого вида, можно сэкономить при строительстве, не потеряв функционал.

Жесткость

Что такое пенополиуретан? Виды и применение

Жесткость не идентична плотности.

Для мебельного поролона характерно деление на несколько марок в зависимости от жесткости:

  • ST – самая низкая степень жесткости. Применяется для обивки мебельных подлокотников или спинок.
  • EL – модифицированный материал. Пенополиуретан такой марки применяют для производства жестких матрацев, диванных сидений и прочей продукции, которая подразумевает динамические нагрузки.
  • HR – марке характерна высокая степень упругости при изначально низкой жесткости. Материал более всего подходит для изготовления ортопедической продукции и качественной мебели.

Долговечность

Лабораторные и промышленные испытания подтвердили, что срок службы пенополиуретана не меньше 25 лет. Причем по истечении этого времени материал незначительно теряет свои эксплуатационные качества, позволяя использовать его и дальше.

Экобезопасность

Пенополиуретан

При нанесении жидкого пенополиуретана необходимо помнить, что пары, выделяющиеся при химической реакции, противопоказаны для человека.

Поэтому необходимо защищать органы дыхания с помощью респиратора. После затвердевания ППУ становится безопасным.

Во время возгорания пенополиуретан не горит, но при высоких температурах он способен выделять угарный газ, который опасен для здоровья.

Химическое строение

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.

Что такое пенополиуретан? Виды и применение
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.

Что такое пенополиуретан? Виды и применение
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.

Виды

Специалисты выделяют три вида пенополиуретана:

Жесткий

Жесткий пенополиуретан

Материал данного типа обладает высокой плотностью, твердостью и легкостью.

Благодаря этим характеристикам его используют в качестве акустической или теплоизоляции. Жесткий ППУ выглядит как плиты. Одно из применений – сэндвич-панели.

Читайте также:   Как вычислить площадь комнаты?

Ретикулированный

Ретикулированный пенополиуретан

Пенополиуретан, обладающий открытопористой структурой. Она обеспечивает вентилируемость и гигроскопичность. Поэтому панели из ретикулированного ППУ чаще всего применяются для теплоизоляции фасадов и крыш.

Главное преимущество материала – низкий показатель сопротивления и высокая пылеемкость. Это наделяет его способностью фильтрации и регенерации.

Большой популярностью в связи с этим пользуется очистка различных жидкостей и газов, поскольку ретикулированный ППУ фильтрует воздух с большой концентрацией крупной пыли. Одной из областей применения является система «климат-контроль».

Эластичный

Эластичный пенополиуретан

Указанный вариант ППУ похож на поролон. Он призван создавать амортизирующие поверхности, поэтому применяется в мебельной промышленности.

В связи с экологической и химической безвредностью его используют в области медицины.

Новейшие разработки позволили получить различные подвиды эластичных ППУ:

  • Искусственный латекс по своим свойствам близок к натуральной губке. Ему присущи эластичность, способность возвращать форму, повышенная износостойкость, вентилируемость. Высокоэластичные характеристики были по достоинству оценены производителями ортопедической продукции.
  • ППУ с эффектом памяти. Материал обладает высокой степенью упругости, благодаря чему после деформации быстро восстанавливает первоначальную форму.

Интегральный

Интегральный пенополиуретан

Вид характеризуется монолитностью и плотной консистенцией. Чаще всего его применяют при производстве автомобилей.

Вспененный

Вспененный пенополиуретан

Компоненты ППУ находятся в баллонах в жидком состоянии. Смешиваются они во время работы при нанесении пены на поверхность.

Такой тип пенополиуреана подразделяется на два подвида:

  • ППУ с закрытой ячеистой структурой. При работе с большими масштабами профессионалы используют двухкомпонентные составы. Части смешиваются во время монтажа, что вызывает химическую реакцию с выделением углекислого газа. Он и придает пене жесткую структуру, поры которой представляют собой изолированные друг от друга воздушные пузыри.
  • ППУ с открытыми ячейками. Для работы на ограниченных участках, а также в быту, рекомендуют использовать однокомпонентные составы. Чаще всего они носят название «монтажная пена». В данном случае все компоненты состава уже смешаны и находятся под давлением внутри баллона. Для протекания реакции необходим контакт с кислородом и водой, что обеспечивается при открытии клапана и выходе смеси наружу. Воздух и водяные пары, а также увлажненная поверхность позволяют получить пористую структуру ППУ, ячейки которой будут открытыми.

Второй вариант не может конкурировать с первым, поскольку проигрывает в прочности.

Для пенообразования в монтажных пенах используют фреон, который со временем улетучивается и замещается воздухом, что понижает коэффициент теплопроводности.

Поэтому для утепления зданий ППУ с открытой ячеистой структурой не годится, но для звукоизоляции и поглощения шумов вполне подойдет.

Сферы применения

Утепление пенополиуретаном

Сфера использования пенополиуретанов весьма широка:

  1. В автомобильной промышленности его применяют в качестве наполнителя автокресел и шумоизоляции салона транспортных средств, для изготовления полужёстких панелей салона, подлокотников, рукояток и бамперов.
  2. В мебельной и лёгкой промышленности в основном используются поролоны в виде наполнителя и прокладочного материала мягкой мебели, подушек, матрацев, при формовке манекенов, в мягких детских игрушках тоже часто используют поролон в качестве наполнителя.
  3. В обувной промышленности пенополиуретаны используются в качестве супинаторов и других элементов обуви.
  4. В качестве хладоизолятора в бытовых, а также торговых холодильниках, крупных холодильных камерах и в транспортной холодильной технике применяются жёсткие пенополиуретаны.
  5. Другое важное применение жёстких пенополиуретанов — в качестве теплоизоляторов в магистральных трубопроводах, для изоляции низкотемпературных трубопроводов химической промышленности.
  6. В качестве теплоизоляции, а также акустической и гидроизоляции при строительстве, капитальном ремонте складов, ангаров, частных загородных домов, производственных цехов, гаражей, в качестве утеплителя, в металлических сэндвич-панелях для строительства быстровозводимых зданий, а также холодильных камер.
  7. Достаточно широко применяются уретановые столярные клеи, слегка вспенивающиеся при застывании и заполняющие неплотности пригонки деталей.
Что такое пенополиуретан? Виды и применение
Мебельный поролон

Применение жёстких пенополиуретанов с закрытой клеточной структурой для строительства мотивируется очень низкой теплопроводностью (0,029 — 0,041 Вт/(м•K), малой паропроницаемостью, хорошей адгезией и гидроизоляционными характеристиками.

Используются как вязкие самовспенивающиеся составы для заливки или нанесения на месте, так и в виде готовых листов.

Высокие коэффициенты адгезии делают этот материал весьма универсальным, он может с одинаковым успехом наноситься на бумагу, металл, древесину, штукатурку, кирпич, рубероид, черепицу, металлические трубы и многое другое.

Напыление поролоном

Возможность производить и наносить пенополиуретан непосредственно на строительной площадке значительно снижает сопутствующие расходы.

Однокомпонентные составы, отверждаемые влагой воздуха (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.

Производители

Производство пенополиуретана

Пенополиуретановая теплоизоляция становится популярной в последнее время. Поэтому на рынке появляются новые производители данной продукции, а также фирмы-подрядчики, предоставляющие услуги по его укладке.

Добропорядочные поставщики ППУ выпускают компоненты под своими торговыми марками. Остальные, как правило, являются перепродавцами, закупая составляющие у известных брендов. Некоторые фирмы пользуются услугами местных нефтеперерабатывающих заводов.

Используя отзывы потребителей, можно выделить несколько надежных производителей пенополиуретана:

Basf

Basf

Немецкий химический концерн, имеющий свои филиалы в 160 странах мира. Бренд выпускает продукцию широкого ассортимента.

Более 7 тысяч наименований, 60% из которых реализуется на европейском рынке, порядка 22% продаж приходится на Соединенные штаты Америки, остальное распределяется между рынками Южной Америки, Азии, Африки и Тихоокеанской зоны.

В России компания имеет несколько дочерних компаний, в том числе ООО «БАсф Строительные Системы», ООО «БАсф Восток», «Винтерсхалл Руссланд». Одним из известных совместных предприятий, выпускающих пенополиуретановую продукцию, является фирма «Эластокам».

Компания выпускает системы из полиуретана, доступные потребителям любого уровня, для разных областей применения.

Synthesia Internacional S. L. U.

Производство поролона

Испанское химическое предприятие, основанное в 1964 году. Основное направление с 1966 года – выпуск сложных полиэфиров, а также полиуретановых систем для разных промышленных отраслей, например, тепловых и акустических.

С 1970 года в ассортименте впервые появился пенополиуретан для сэндвич-панелей, строительства и холодильных систем. На сегодняшний день компания выпускает продукцию для разных сегментов рынка.

Наиболее известным дистрибьютором продукции в России является ООО «Глобал Терм».

Указанная фирма обеспечивает прямые поставки, осуществляет некоторый запас продукции на складе в Москве, гарантирует гибкую систему оплаты и консультации технических специалистов.

Sipur (Польша)

Завод по производству поролона

Один из крупнейших производителей напыляемого пенополиуретанового утеплителя.

Теплоизолирующая продукция характеризуется низкой теплопроводностью, что позволяет наносить утеплитель более тонким слоем (толщина напыления до 6 см). Компания гарантирует срок службы ППУ порядка 50 лет.

Читайте также:   Как вычислить площадь комнаты?

Благодаря закрытоячеистой структуре теплоизоляция не только сохраняет тепло, но также позволяет укрепить конструкции и защитить их от влаги. Плотность утеплителя – 18-22 кг/м3, степень воздухопроницаемости – около 0,0045 кг/ (м2*час), температурный диапазон для эксплуатации – от -70 до +100 градусов.

Современный инновационный материал запатентован, разрабатывался специально для рынка СНГ, поэтому совместил разумные цены и высокие качественные характеристики.

Icynene (Канада)

Бренд выпускает энергоэффективный утеплитель из пенополиуретана для частного и промышленного строительства.

Более 300 стран подтвердили сертификатами качество производимого материала. Гарантируемый срок – 25 лет. Компания появилась на рынке полимерной изоляции с 1986 года.

Wanhua (Китай)

Фирма начала производство в 1998 году и на сегодняшний день достигла мирового признания.

В ассортименте компании имеется несколько качественных видов ППУ, ароматические полиамины, полиизоцианат (MDI). Последний выпускается на двух заводах с общей мощностью до 500 тысяч тонн в год.

Плюсы и минусы

Что такое пенополиуретан? Виды и применениеТеплоизоляционная область строительства развивается в последнее время быстрыми темпами. Инновационные технологии и новейшее оборудование позволили достичь определенных высот в области изоляционных отделочных материалов.

Традиционная изоляция не может обеспечить такого большого эксплуатационного срока без потери защитных свойств, тогда как новые утеплители создают комфорт, дают возможность экономить на отоплении, исключают сквозняки, повышаю шумо- и влагоизоляцию.

Чтобы грамотно использовать материал, необходимо знать и учитывать все его плюсы и минусы.

Достоинства и недостатки разных видов ППУ отличаются существенно.

Поролон

Поролон

Всем известный поролон, который стал широко применяться с шестидесятых годов XX века, ценится за мягкость, пружинистость, возможность менять форму, его можно резать, склеивать, шить.

Материал использовали в мебельной промышленности, при производстве детских игрушек, в качестве упаковки, в быту и так далее.

Наиболее весомыми являются следующие плюсы:

  • Высокий коэффициент износостойкости.
  • Гипоаллергенность. Материал безопасен для производства товаров для детей.
  • Не подвержен образованию вредоносных микроорганизмов.
  • Эластичность.
  • Разнообразие моделей. В зависимости от жесткости, цвета, толщины можно использовать ППУ в разных областях.
  • Срок эксплуатации – от 5 до 15 лет в зависимости от плотности и выполняемых функций.

Однако при всех достоинствах поролона отмечают и значительные недостатки:

  • В его состав входит токсичное соединение толуол диизоцианат.
  • Поролон гигроскопичен. Впитывает запахи и долго их удерживает.
  • Обладает ограниченным температурным диапазоном.
  • Низкий срок эксплуатации по сравнению с жесткими типами ППУ.
  • Пожароопасен. Материал легко воспламеняется, поэтому по ГОСТу относится к группе легковоспламеняющихся, сильногорючих и токсичных при горении веществ с высокой степенью дымообразования.

Производители пытались ввести в состав поролона антипирены, которые позволили бы увеличить его огнестойкость.

Однако это привело к ухудшению физико-механических свойств, а также вызвало значительный рост стоимости.

Самовспенивающиеся составы

Что такое пенополиуретан? Виды и применение

Перечислим наиболее известные достоинства пенополиуретана, которые делают его популярным:

  • Ячеистая структура ППУ обеспечивает эффективную степень теплопроводности.
  • Возможность напыления позволяет избежать швов и стыков, повышает эффективность утеплителя.
  • Разнообразие видов пенополиуретана облегчает работу с поверхностями любых форм.
  • Низкая степень гигроскопичности позволяет не только обеспечить теплоизоляцию, но и гидроизолировать сооружения.
  • Высокая паропроницаемость.
  • Пенополиуретан после напыления имеет нейтральный запах.
  • Высокий коэффициент адгезии. Данное свойство иногда может рассматриваться как недостаток, поскольку снять ППУ, напыленный на поверхность, можно только механическим путем. Никаких специальных растворителей для этих целей нет.
  • Небольшой вес. Материал не утяжеляет поверхности.
  • ППУ позволяет укрепить стены при нанесении.
  • Большой температурный диапазон.
  • Долговечность. Гарантийный срок, как правило, составляет около 20-25 лет. Однако производители уверяют, что даже по прошествии двадцати лет качественные характеристики ухудшаются незначительно.
  • Низкий временной интервал для обработки поверхностей пенополиуретаном.
  • Пожаробезопасный. Материал не горит, он самозатухающийся.

Среди недостатков можно выделить следующие факторы:

  • Высокая стоимость. Разница, например, с минеральной ватой, – в 2-3 раза. Однако следует отметить, что срок службы при этом значительно выше.
  • Если ППУ наносится напылением, то качество зависит от мастерства специалиста.
  • Высокотехнологичное оборудование для распыления пенополиуретана дорогостоящее, поэтому по карману не всем, а только специализированным фирмам.
  • При возгорании ППУ тлеет и выделяет едкий дым. Вред для здоровья приносит именно он.
  • Материал боится ультрафиолетового излучения, поэтому под действием солнечных лучей темнеет, приобретает неприглядный вид. Для защиты ППУ лучше применять финишную отделку. Кроме того, солнце вызывает сплавление верхнего слоя, но при наличии достаточной толщины он защитит нижние от разрушения.

История происхождения

Плиты 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 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.

Поролон

Но начало второй мировой войны внесло свои коррективы: проблемы нехватки сырья и общее перестраивание экономики под военные нужды существенно замедлили развитие полиуретанов.

Фактически до 1960-х годов 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.

Мягкий пенополиуретан (поролон), получил распространение в 1960-х годах несмотря на присущие поролону существенные недостатки. Само его производство является опасным и вредным, так как 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.

Введение же при производстве поролона в состав исходных компонентов антипиренов для увеличения огнестойкости материала приводит к резкому ухудшению его физико-механических характеристик и увеличению стоимости.

Ранние образцы пенополиуретанов имели сравнительно небольшой срок службы, постепенно разлагаясь на воздухе.

С развитием химии стабилизаторов этот недостаток в известной степени преодолён. Однако пожароопасные свойства данного материала сохранились.