полиуретанова пяна
Полиуретанови пени- група газонапълнени пластмаси на базата на полиуретани, 85-90% състоящи се от инертна газова фаза. В зависимост от вида на оригиналния полиуретан, те могат да бъдат твърди или еластични ("пенена гума"). Използват се много широко: твърди - като топло- и звукоизолационни и леки оформящи елементи, еластични - като меки покрития и пълнежи в бита и промишлеността, като изкуствени гъби за миене и филтри за прах, материал за бояджийски валяци и вложки в облекла, ударопоглъщащи опаковки. Популярни саморазпенващи се самовтвърдяващи се състави за използване директно на обекта в строителството, машиностроенето - както индустриална многокомпонентна, така и битова монтажна пяна. Устойчив на всички обичайни органични разтворители, втвърдената смес може да бъде отстранена само механично. При практически приложения се изисква защита от слънчева светлина и други UV източници. В сравнение с други разпенени полимери, използвани в ограничени области - твърда полистиролова пяна, гъвкава полиетиленова пяна, латексова пяна, микропореста гума, набъбваща целулозна гъба - полето на използване на полиуретановата пяна обикновено е по-широко.
Съдържание
През 1937 г. малка група учени от лабораторията IG Farben в Леверкузен, ръководени от Ото Байер, успяват за първи път да синтезират ново вещество с много необичайни свойства. В зависимост от скоростта на реакцията и коефициента на смесване на полиол и полиизоцианат, свойствата на получения материал също се различават драстично. От една страна, гъвкава, еластична, но не устойчива на разкъсване (лабораторно име Perlon U, откъдето идва и името "гума от пяна"), а от друга - плътна, твърда, здрава, но в същото време крехкапри сгъване (Igamid U). Хоризонтите за икономическо прилагане на това научно откритие бяха обещаващи и много обширни. Още през 1940 г. промишленото производство на полиуретан като циментова замазка започва в Леверкузен. Но началото на Втората световна война направи своите корекции: проблемите с недостига на суровини и общото преструктуриране на икономиката за военни нужди значително забавиха развитието на полиуретаните. Всъщност до 60-те години на миналия век полиуретановата пяна, подобно на много други полимери, се развива много бавно - обаче, с края на войната, икономическото възстановяване и бързото следвоенно строителство, търговският интерес към полиуретановата пяна се увеличава значително. Така до 1960 г. повече от 50 000 тона пяна са произведени от различни компании.
Меката полиуретанова пяна (гума от пяна) стана широко разпространена през 60-те години на миналия век въпреки значителните недостатъци, присъщи на гумата от пяна. Самото му производство е опасно и вредно, тъй като съставът на първоначалните компоненти включва силно токсично съединение - толуен диизоцианат. В допълнение, гумата от пяна е хигроскопична, абсорбира миризми, има ограничен температурен диапазон на употреба и в резултат на това сравнително кратък експлоатационен живот. Но най-големият недостатък на пореста гума е нейната опасност от пожар [1] . Въвеждането на забавители на горенето в състава на първоначалните компоненти при производството на гума от пяна за повишаване на огнеустойчивостта на материала води до рязко влошаване на неговите физико-механични характеристики и увеличаване на цената. Ранните проби от полиуретанови пени имаха сравнително кратък експлоатационен живот, като постепенно се разлагаха във въздуха. С развитието на химията на стабилизаторите този недостатък е преодолян до известна степен. Въпреки това, пожароопасните свойства на този материал са запазени.
За протичане на реакцията на присъединяване и образуването на полимерни веригиса необходими поне два различни компонента: полиол и полиизоцианат. Самата реакция протича на няколко етапа. Първо, диолът и диизоцианатът образуват бифункционални изоцианатни молекули, имащи група (-N=C=O) и хидроксилни групи (-OH). В резултат на верижната реакция в двата края на молекулните групи се образуват къси вериги от структурно идентични и хомогенни полимери, които могат да се полимеризират с други мономери.
Към реакционната смес се добавя малко количество вода и в резултат на реакцията с част от изоцианатните групи се образува въглероден диоксид, който е основният пенообразуващ фактор. В същото време първичната аминогрупа реагира с изоцианата, замествайки уреята, като по този начин се постига стабилност на веригата.
В зависимост от дължината на веригата на пълните с газ микрогранули се различават и механичните свойства на полиуретана. Така типичната плътност варира от 5 до 40 kg/m³ за блокове от мека пяна, които се използват широко като различни видове мебелни пълнители и др. Твърдите полиуретанови пени с плътност от 30 до 86 kg/m³ се използват широко в строителството като топлоизолационен и шумоизолационен материал.
Продуктите на нефтохимическата промишленост (полиоли и полиизоцианати) обикновено се използват като първоначални компоненти на полиуретанова пяна, но няма да е излишно да се отбележи, че компонентите могат да бъдат произведени от масла от растителен произход. По-специално, рициновите масла са отлични за тази цел. Също така е възможно да се получат полиоли от соево, рапично и слънчогледово масло. Този метод за производство на компоненти от полиуретанова пяна обаче не е икономически осъществим поради значителната разлика в цената на растителните инефтохимически суровини. Ето защо компонентите от биогенна пяна не са намерили широко приложение и използването им е ограничено до много тесен кръг от специфични задачи.
Обхватът на използване на полиуретановата пяна е много широк. В автомобилната индустрия се използва като пълнител за автомобилни седалки и шумоизолация на интериора на превозни средства, за производството на полутвърди вътрешни панели, подлакътници, дръжки и брони. В мебелната и леката промишленост гумата от пяна се използва главно като пълнител и омекотяващ материал за мека мебел, възглавници, матраци, при формоване на манекени, а гумата от пяна често се използва като пълнител в меки детски играчки. В обувната промишленост полиуретановата пяна се използва като стелки и други елементи на обувки.
Твърдите полиуретанови пени се използват като студоизолатор в битови и търговски хладилници, големи хладилници и в транспортно хладилно оборудване. Друго важно приложение на твърдите полиуретанови пени е като топлоизолатори в главни тръбопроводи, за изолиране на нискотемпературни тръбопроводи на химическата промишленост, като топлоизолация, както и като акустична и хидроизолация в строителството, основен ремонт на складове, хангари, частни селски къщи, производствени цехове, гаражи, като нагревател. в металните сандвич панели за изграждане на сглобяеми сгради, както и хладилни складове, широко се използват уретанови дърводелски лепила, които леко се разпенват при втвърдяване и запълват течове в частите на монтажа.
Използването на твърди полиуретанови пени със затворена клетъчна структура за строителство се мотивира от много ниска топлопроводимост (0,029 - 0,041 W / (m•K) [2] , ниска паропропускливост, добра адхезияи хидроизолационни свойства. Използва се като вискозни саморазпенващи се състави за изливане или нанасяне на място и под формата на готови листове. Високите коефициенти на сцепление правят този материал много универсален, той може да се прилага с еднакъв успех върху хартия, метал, дърво, мазилка, тухла, покривен материал, керемиди, метални тръби и много други. Възможността за производство и полагане на полиуретанова пяна директно на строителната площадка значително намалява свързаните с това разходи.
Еднокомпонентни състави, втвърдени от въздушна влага (монтажна пяна), също са намерили своето приложение и често се използват в ежедневието за незначителни звукоизолационни и топлоизолационни битови работи, както и там, където е необходимо запълване на празнини (например при инсталиране на пластмасови прозорци и врати). Осигуряват и задоволителна механична якост и кримпване на монтирания елемент.