Мягкий пенополиуретан (поролон) стал популярен в 1960-х годах, несмотря на существенные недостатки, присущие поролону. Само его производство опасно и вредно, так как в состав исходных компонентов входит высокотоксичное соединение — толуолдиизоцианат. Кроме того, поролон гигроскопичен, поглощает запахи, имеет ограниченный температурный диапазон и, как следствие, имеет относительно короткий срок хранения. Но самый большой недостаток поролона — это опасность пожара. Введение в состав смеси при производстве поролона антипиренов для повышения огнестойкости материала приводит к резкому ухудшению его физико-механических характеристик и увеличению затрат. Первые образцы пенополиуретана имели относительно короткий срок хранения, постепенно разлагаясь на воздухе. С развитием химии стабилизаторов этот недостаток был до некоторой степени преодолен. Однако пожароопасные свойства этого материала сохранены.
В 1937 году небольшая группа исследователей из лаборатории IG Farben в Леверкузене во главе с Отто Байером первой синтезировала новое вещество с очень необычными свойствами. В зависимости от скорости реакции и соотношения в смеси полиола и полиизоцианата свойства полученного материала также резко различались. С одной стороны, он гибкий, эластичный, но не очень устойчивый к разрыву (лабораторное название Perlon U, отсюда и название «поролон»), а с другой стороны, он плотный, твердый, твердый, но в то же время хрупкая в сложенном виде (Игамид У). Горизонты экономической реализации этого научного открытия были многообещающими и очень широкими. Еще в 1940 году в Леверкузене началось промышленное производство пенополиуретана для лепнины.
Химическое строение и особенности пенополиуретана
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. К реакционной смеси добавляют небольшое количество воды, и в результате реакции с некоторыми изоцианатными группами образуется диоксид углерода, который является основным вспенивающим агентом. В то же время первичная аминогруппа реагирует с изоцианатом, заменяя мочевину, тем самым обеспечивая стабильность цепи.
Реакция полиизоцианатов с водой
Механические свойства полиуретана также изменяются в зависимости от длины цепи газонаполненных микросфер. Следовательно, типичная плотность составляет от 5 до 40 кг / м³ для мягких пеноблоков, которые широко используются в качестве различных видов мебельных наполнителей и т. Д. Жесткие пенополиуретаны плотностью от 30 до 86 кг / м³ широко используются в строительстве в качестве теплоизоляции и звукоизоляции.
Получение пенополиуретана из биологического сырья
В качестве исходных компонентов пенополиуретана обычно используются продукты нефтехимической промышленности, химические добавки (полиолы и полиизоцианаты), однако не лишним будет отметить возможность получения компонентов из растительных масел. В частности, для этой цели отлично подходят касторовые масла. Также можно получать полиолы, необходимые для производства пенополиуретана из соевого, рапсового и подсолнечного масел. Однако данный способ получения компонентов пенополиуретана экономически нецелесообразен из-за значительной разницы в стоимости заводского и нефтехимического сырья. Поэтому биогенные компоненты пены не нашли широкого применения, а их применение ограничено очень узким кругом конкретных задач.
Сферы применения пенополиуретана
Мягкие пенополиуретаны
Область применения пенополиуретана очень широка. В автомобильной промышленности он используется в качестве наполнителя для автомобильных сидений и звукоизоляции салона автомобилей, а также для производства полужестких внутренних панелей, подлокотников, ручек и бамперов. В мебельной и легкой промышленности поролон в основном используется в виде набивочного и амортизирующего материала для мягкой мебели, подушек, матрасов, при лепке манекенов, в мягких детских игрушках. Поролон также часто используется в качестве наполнителя. В обувной промышленности пенополиуретан используются в качестве натяжных опор и других элементов обуви.
Жесткие пенополиуретаны
Жесткие пенополиуретаны используются в качестве изоляторов холода в бытовых и коммерческих холодильниках, больших холодильных камерах и в транспортных холодильных системах. Еще одно важное применение жестких пенополиуретанов — теплоизоляция в магистральных трубопроводах, для изоляции низкотемпературных трубопроводов в химической промышленности, в качестве теплоизоляции, а также в качестве звуко- и водонепроницаемых материалов в строительстве.
Использование в строительстве жестких пенополиуретанов с закрытой структурой ячеек обусловлено очень низкой теплопроводностью (0,029 — 0,041 Вт / (м • К) _0_, низкой паропроницаемостью, хорошими адгезионными и гидроизоляционными характеристиками. -пенные составы для заливки или нанесения на стройплощадке, а высокие показатели адгезии делают этот материал очень универсальным, его с равным успехом можно наносить на бумагу, металл, дерево, штукатурку, кирпич, кровельный материал, черепицу, металлические трубы и т. д. Возможность производить и наносить пенополиуретан прямо на строительной площадке значительно снижает сопутствующие расходы.
Однокомпонентные составы, отверждаемые влагой воздуха (пенополиуретан), тоже нашли свое применение и часто используются в быту для небольших звукоизоляционных и теплоизоляционных домашних работ, а также там, где требуется заполнение пустот (например, при установке пластиковые окна и дверные проемы).
