Пінополіуретан
Пінополіуретани- група газонаповнених пластмас на основі поліуретанів, що на 85-90% складаються з інертної газової фази. Залежно від виду вихідного поліуретану можуть бути жорсткими або еластичними (поролон). Використовуються дуже широко: жорсткі — як тепло- і звукоізоляція і легкі формоутворюючі елементи, еластичні — як м'які покриття та набивання в побуті та промисловості, як штучні губки для миття та пилові фільтри, матеріал для фарбувальних валиків і вставок у швейних виробах, амортизуюча Упаковка. Популярні самотвердні склади для використання безпосередньо на об'єкті в будівництві, машинобудуванні - як промислові багатокомпонентні, так і побутова монтажна піна. Стійкі до дії всіх поширених органічних розчинників, застигла суміш видаляється лише механічним шляхом. У практичних застосуваннях вимагають захисту від сонячного світла та інших УФ-джерел. Порівняно з застосовуваними в обмежених сферах іншими спіненими полімерами - жорстким полістироловим пінопластом, еластичним пінополіетиленом, спіненим латексом, мікропористою гумою, що набухає целюлозною губкою, - область використання пінополіуританів, як правило, ширше.
Зміст
У 1937 році невеликою групою вчених дослідників лабораторії IG Farben у Леверкузені під керівництвом Отто Байєра вперше вдалося синтезувати нову речовину з вельми незвичайними властивостями. Залежно від швидкості проходження реакції та коефіцієнта змішування поліолу та поліізоціанату кардинально відрізнялися і властивості одержуваного матеріалу. З одного боку гнучкий, пружний, але не міцний на розрив (лабораторна назва Perlon U, звідси назва «поролон»), а з іншого — щільний, твердий, міцний, але водночас тендітнийпри згинанні (Igamid U). Горизонти економічного застосування цього наукового відкриття були перспективними і дуже великі. Вже в 1940 році в Леверкузені почалося промислове виробництво поліуретану як ліпнину. Але початок Другої світової війни внесло свої корективи: проблеми нестачі сировини та загальне перебудова економіки під військові потреби суттєво уповільнили розвиток поліуретанів. Фактично до 1960-х років пінополіуретан, як і багато інших полімерів, розвивався дуже повільно — проте із закінченням війни, відновленням економіки та бурхливим повоєнним будівництвом комерційний інтерес до пінополіуретанів сильно зріс. Таким чином, до 1960 року різними компаніями було сумарно виготовлено понад 50 000 тонн піни.
М'який пінополіуретан (поролон), набув поширення в 1960-х роках незважаючи на властиві поролону суттєві недоліки. Саме його виробництво є небезпечним і шкідливим, оскільки до складу вихідних компонентів входить високотоксична сполука – толуїлендіізоціанат. Крім того, поролон гігроскопічний, вбирає запах, має обмежений температурний діапазон використання та, як наслідок, відносно невеликий термін експлуатації. Але найбільшим недоліком поролону є його пожежна небезпека [1] . Введення ж при виробництві поролону до складу вихідних компонентів антипіренів для збільшення вогнестійкості матеріалу призводить до різкого погіршення його фізико-механічних характеристик та збільшення вартості. Ранні зразки пінополіуретанів мали порівняно невеликий термін служби, поступово розкладаючись на повітрі. З розвитком хімії стабілізаторів цей недолік певною мірою подоланий. Проте пожежонебезпечні властивості цього матеріалу збереглися.
Для проходження реакції приєднання та утворення ланцюжків полімерунеобхідно наявність як мінімум двох різних компонентів: поліолу та поліізоціанату. Сама ж реакція відбувається у кілька етапів. Спочатку з діолу та діізоціанату формуються біфункціональні молекули ізоціанату мають групу (-N═C═O) і гідроксильні групи (-ОН). В результаті проходження ланцюгової реакції на обох кінцях молекулярних груп утворюються короткі ланцюжки структурно ідентичних і однорідних полімерів, які можуть бути полімеризовані з іншими мономерами.
У реакційну суміш додають незначну кількість води, і в результаті проходження реакції з частиною ізоціанатних груп утворюється вуглекислий газ, який є основним фактором спінювання. У той самий час, первинна аміногрупа входить у реакцію з ізоціанатом, замінюючи сечовину, цим досягається стійкість ланцюга.
Залежно від довжини ланцюга газонаповнених мікрогранул розрізняються і механічні властивості поліуретану. Так, типова щільність складає від 5 до 40 кг/м³ для м'яких піноблоків, які повсюдно використовуються в якості різного виду наповнювачів меблів та ін. матеріалу.
Як вихідні компоненти пінополіуретану зазвичай застосовуються продукти нафтохімічної промисловості (поліоли і поліізоціанати), однак, не зайвим буде відзначити, що можливе вироблення компонентів з олій рослинного походження. Зокрема, чудово підходять для цієї мети рицинова олія. Також можливе отримання поліолів із соєвої, рапсової та соняшникової олії. Однак такий спосіб вироблення компонентів пінополіуретану економічно недоцільний через значну відмінність у вартості рослинного танафтохімічної сировини. Саме тому біогенні піно-компоненти і не знайшли широкого застосування та їх використання обмежено дуже вузьким колом специфічних завдань.
Сфера використання пінополіуретанів дуже широка. В автомобільній промисловості його застосовують як наповнювач автокрісел та шумоізоляції салону транспортних засобів, для виготовлення напівжорстких панелей салону, підлокітників, рукояток та бамперів. У меблевій та легкій промисловості в основному використовуються поролони у вигляді наповнювача та прокладочного матеріалу м'яких меблів, подушок, матраців, при формуванні манекенів, у м'яких дитячих іграшках теж часто використовують поролон як наповнювач. У взуттєвій промисловості пінополіуретани використовуються як супінатори та інші елементи взуття.
Як холодоізолятор в побутових, а також торгових холодильниках, великих холодильних камерах і в транспортній холодильній техніці застосовуються жорсткі пінополіуретани. Інше важливе застосування жорстких пінополіуретанів - як теплоізолятори в магістральних трубопроводах, для ізоляції низькотемпературних трубопроводів хімічної промисловості, як теплоізоляція, а також акустична і гідроізоляція при будівництві, капітальному ремонті складів, ангарів, приватних заміських будинків, виробничих цехів, гаражів, . в металевих сендвіч-панелях для будівництва швидкомонтованих будівель, а також холодильних камер Досить широко застосовуються уретанові столярні клеї, що злегка спінюються при застиганні і заповнюють нещільність підгонки деталей.
Застосування жорстких пінополіуретанів із закритою клітинною структурою для будівництва мотивується дуже низькою теплопровідністю (0,029 - 0,041 Вт/(м•K) [2] , малою паропроникністю, гарною адгезієюта гідроізоляційними характеристиками. Використовуються як в'язкі самоспівні склади для заливки або нанесення на місці, так і у вигляді готових листів. Високі коефіцієнти адгезії роблять цей матеріал дуже універсальним, він може з однаковим успіхом наноситися на папір, метал, деревину, штукатурку, цеглу, руберойд, черепицю, металеві труби та багато іншого. Можливість виробляти та наносити пінополіуретан безпосередньо на будівельному майданчику значно знижує супутні витрати.
Однокомпонентні склади, отверждаемые вологою повітря (монтажна піна), також знайшли своє застосування і часто використовуються в побуті при дрібних шумоізоляційних та теплоізоляційних господарських роботах, а також там, де потрібно заповнення порожнеч (наприклад, при установці пластикових вікон та дверних отворів). Вони забезпечують також задовільний механічну міцність і обжим монтується елемента.