Пенополиуретан

Полиуретаны обладают особыми уникальными свойствами среди полимерных материалов, благодаря чему они получили наиболее широкое применение. Полиуретаны - полимеры, содержащие в основной цепи молекулы уретановые группировки -NH-CO-O-; общая формула линейных полиуретанов: [3/4A3/4OCOHN3/4A' - NHCOO3/4]n (А — углеводородный остаток, А' — остаток диизоцианата).

Обычно полиуретаны получают поликонденсацией ди- или полиизоцианатовыми соединениями, содержащими активные атомы водорода, например, двух- и трехатомными спиртами. Этот процесс часто называют полимеризацией или полиприсоединением. Для синтеза полиуретана чаще используют 1.6-гексаметилендиизоцианат, 2.4- и 2.6-толиилендиизоцианаты, три (пизоцианатфенил) метан, простые и сложные алифатические или ароматические полиэфиры, гликоли, глицерин.

Свойства полиуретана изменяются в очень широких пределах в зависимости от природы и длины участка цепи между уретановыми группировками, структуры (линейная или сетчатая), молекулярной массы, степени кристалличности и др. Полиуретаны могут быть вязкими жидкостями или твердыми (аморфными или кристаллическими) продуктами — от высокоэластичных мягких резин до жестких пластиков (твердость по Шору от 15 по шкале А до 60 по шкале D, соответственно).

Полиуретаны устойчивы к действию кислот, минеральных и органических масел, бензина, окислителей. По гидролитической стойкости полиуретаны превосходят полиамиды. Линейные полиуретаны растворимы в некоторых полярных растворителях, например, диметилформамиде и диметилсульфоксиде.

Полиуретаны используют в виде пен, каучуков, термопластов, волокон, лаков, клеев, латексов для приготовления герметизирующих составов и др. Изделия из полиуретана получают методом жидкофазного литья непосредственно из исходных мономеров или из предварительно полученных полимеров (фотополимеров).

Несмотря на разнообразие конечных видов ПУ систем, химическая структура пенополиуретана (ППУ) может характеризоваться основной формулой химической реакции полиизоцианата и полиола.

Химическая формула пенополиуретана

В результате химической реакции двух компонент полиизоцианата (или полиизоцинурата) и полиола образуется закрытоячеистая жесткая (твердая) пена (ППУ). Контролируя скорости реакции и вводимые добавки можно получать пену с различной плотностью, механической прочностью, структурой ячеек, термическим сопротивлением, паропроницаемостью и адгезией.

Процесс реакции можно разделить на 4 фазы. В 1-й фазе полиол смешивается с изоцианатом и непосредственно создает вязкую жидкость. Во 2-ой фазе происходит начало пенообразования. В 3-й фазе смесь пенится, выделяя тепло, и расширяется в объеме с фактором 25, чтобы произвести (создать) полиуретановую жесткую пену плотностью - 40 кг/м3. В течение этой фазы пена становится очень липкой (вязкой). Из-за ее превосходных адгезионных свойств она может плотно присоединится ко многим веществам. В 4-й фазе свободного пенообразования на поверхности пены образуется тонкий поверхностный слой и вся пена продолжает непрерывно твердеть.

Чем более однороден процесс пенообразования, тем более однородна пена. В результате полиуретановая жесткая пена (ППУ) состоит из множества мелких равномерно распределенных ячеек. Каждая ячейка заполнена вспенивающим газом. Стабильная ячеистая структура составляет основу — матрицу полиуретановой жесткой пены (ппу).

Как уже отмечалось выше, причиной превосходных теплоизоляционных свойств ппу является низкая теплопроводность «захваченного» газа и относительно низкая теплопроводность пенополиуретанового материала. ПУ жесткая пена - пенополиуретан - обладает наинизшей теплопроводностью из-за ее свойств и закрыто-ячеистой структуры. Пенополиуретан имеет наилучшие теплоизолирующие свойства из всех известных материалов. Точная величина теплопроводности, главным образом, зависит как от используемого вспенивающего газа так и от достижения наимельчайшей структуры закрытых ячеек. С высокоизолирущим вспенивающим газом трихлорфлюорометан возможно было достигнуть теплопроводность равную 0,017 Вт/м2. Введение альтернативных вспенивающих газов, таких как HFC, СО2 или пентана приводило к увеличению теплопроводности от 10% до 20% в зависимости от газа. В дополнении к вспенивающему газу другие факторы — излучательные и конвективные механизмы также влияют на весь процесс теплопередачи и, следовательно, на общую теплопроводность пенополиуретана. Наибольший вклад в общую теплопроводность имеет размер ячейки, зависящий от вспенивающего газа и изменяющееся от 9 мВт/м2 для CFC11 до 25 мВт/м2 для воздуха. Несмотря на увеличение теплопроводности в результате действия внешних факторов ППУ сохраняет свое лидерство среди теплоизоляционных материалов. В зависимости от вспенивающего газа теплопроводность ПУ систем составляет 0,017 - 0,025 Вт/м2.

Пенополиуретан (ППУ) - это современный теплоизоляционный материал, имеет закрытую ячеистую структуру. Отличительными особенностями пенополиуретана являются легкость, прочность, низкий коэффициент теплопроводности и влагопоглащения, устойчивость к влиянию микроорганизмов, гниению, плесени, перепадам температур. Пенополиуретан является разновидностью пенопластов.

Пенополиуретан используется во многих сферах деятельности человека, в том числе:

  •  в строительстве промышленных и гражданских зданий в качестве теплоизоляции;
  •  в строительстве трубопроводов различного назначения в качестве тепло- и пароизоляции (скорлупы ППУ, изопайп);
  •  в качестве утеплителя и гидроизоляции кровли;
  •  при производстве декоративных элементов (балки ППУ, балясины, карнизы, молдинги ППУ,  лепнины ППУ и пр.);
  •  при производстве панелей ППУ (сэндвич панели). Используются в качестве утеплителя для стен дома, балконов, пола.

Изделия из пенополиуретана обладают превосходными паро- и теплоизолирующими свойствами. Легкость ППУ изделий позволяет существенно снизить затраты на монтаж, а так же снизить сроки строительства или ремонта. Срок службы теплоизоляции из полиуретана более 25 лет. Пенополиуретан - это современный экологически чистый уникальный по своим теплоизоляционным характеристикам материал, относится к группе трудносгораемых материалов. Пенополиуретан является полимером №1.