Пенополиуретан характеристики и свойства

Свойства и характеристики пенополиуретана его достоинства и недостатки

О пенополиуретане, иначе, ППУ, слышали сегодня не только строители-профессионалы. Пожалуй, любой, кто задумывался об утеплении собственного жилища, рассматривал этот материал как один из неплохих вариантов. Ведь он не только эффективен, но и весьма удобен при монтаже – его достаточно просто напылить на нужное место. А долгий срок службы и отменное качество ППУ уже сделали его неким эталоном среди утеплителей. Разберемся, чем же так примечателен пенополиуретан, характеристики его рассмотрим, перечислим достоинства, а также выясним, нет ли у него недостатков.

Что такое пенополиуретан и каким он бывает

Материал этот представляет собой одну из разновидностей пластмассы. Он имеет ячеистую пенистую структуру, причем в составе пенополиуретана главенствует газообразное вещество – от 85 до 90 процентов. Газом заполнены многочисленные крохотные ячейки, изолированные друг от друга. Оставшиеся несколько процентов объема приходятся на твердую часть — тонкие стенки этих ячеек.

Придумали пенополиуретан немецкие ученые из компании IG Farben, руководил которыми знаменитый Отто Байер. Впрочем, в те времена это имя еще не гремело. Итак, в лаборатории города Леверкузена после ряда экспериментов был получен новый материал, свойства которого оказались уникальнейшими. Стало ясно, что это вещество ждет масса возможностей для применения.

Различные виды ППУ пользуются сегодня большим спросом – ведь их изготовить очень просто, причем сразу на строительной площадке. При этом два жидких компонента, смешиваясь, вступают в химическую реакцию. При соблюдении нужных пропорций синтезируется полимер, представляющий собой затвердевшую пену. Видоизменяя рецепт приготовления, можно получить пенополиуретаны, отличающиеся свойствами друг от друга. Одни из них подойдут для теплоизоляции окон и дверей, другие – для утепления домов из кирпича или железобетона, а третьи – для разнообразных трубопроводов.

Видео. Процесс получения пенополиуретана

Так, в зависимости от пропорции исходных веществ, мы получаем на выходе пенополиуретаны с ячейками различного размера, стенки которых имеют разную толщину и, соответственно, прочность. Перечислять все виды ППУ, которые можно получить изменением рецептуры, не станем. Остановимся на двух самых популярных материалах этой группы.

1. Всем знакомый поролон, по-научному называющийся эластичным пенополиуретаном, имеет плотность от 5 до 35 килограммов на кубический метр. Этот материал встречается нам ежедневно в виде мочалок и губок, наполнителя кресел и диванов, подкладки в обуви и одежде, а также противоударной упаковки.

2. Жесткий пенополиуретан не так давно стали применять при строительных работах. Но сегодня ученые уже могут сказать, что с ним будет лет через 30 или 50 – материал исследуется и испытывается. Кроме того, в некоторых лабораториях проводились опыты, при которых ППУ подвергался процедуре искусственного состаривания. И те, и другие результаты получились одинаковыми. Можно с уверенностью сказать, что утеплитель пенополиуретан не любит контакта с минеральными кислотами и органическими растворителями. А вот воды и нефтепродуктов он совершенно не боится.

У нас в стране используется достаточно большое количество марок жестких ППУ – порядка 30. Применяют их как по отдельности, так и в различных комбинациях друг с другом. Всё зависит от целей применения – это может быть утепление дома, защита его от шума, создание изолирующего слоя на холодильном оборудовании. Такие широкие возможности применения данный материал получил благодаря своим чудесным свойствам.

Распыление пенополиуретана по утепляемой поверхности.

О технических характеристиках ППУ

Говорить мы будем о жестких пенополиуретанах – именно их используют во время строительных работ. Они отменно держат тепло, практически не пропускают пар и воду, не боятся коррозии, радиации и агрессивной химической среды. Кроме того, они весьма прочны, выдерживают большие температурные перепады и погодные катаклизмы.

Теплопроводность ППУ

Свойства ППУ как теплоизолятора зависят от того, какого размера составляющие его ячейки. Теплопроводность жестких пенополиуретанов лежит в пределах от 0,019 до 0,035 ватта на метр на Кельвин. Чтобы было ясно, что это отличный показатель, приведем примеры сравнения. У керамзитового гравия этот параметр составляет от 0,12 до 0,14 ватта на метр на Кельвин, а у газостекла и пеностекла – целых 0,84 ватта на метр на Кельвин. Уступают пенополиуретану и минеральные ваты с теплопроводностью 0,045- 0,056 ватта на метр на Кельвин.

Шумопоглощающая способность ППУ

Поглощение материалом шумов определяется несколькими параметрами: эластичностью, способностью пропускать воздух, а также толщиной изоляции и ее демпфирующими свойствами. Так, для пенополиуретана способность задерживать звуки зависит от того, насколько жесткий каркас материала и какова частота звуковых колебаний. Важна и сила трения, возникающая при переносе частиц между соседними ячейками, а также поглощение звуковых волн воздухом из ячеек. Путем экспериментов выяснено, что лучше всего защищает от шума ППУ полу эластичного типа.

Отношение к химическим средам

По отношению к агрессивным химическим веществам пенополиуретан более устойчив, чем пенополистирол. ППУ не могут разрушить едкие химические пары (концентрация которых не превышает допустимую). Не боится данный утеплитель и бензина, масел, спиртов, разбавленных кислот и пластификаторов. Достаточно стойко он относится и к эфирам с кетоками. Даже концентрированная кислота не всегда способна его повредить.

Если нанести слой ППУ на металлическую поверхность, то она не поржавеет. Ведь при этом сработает тройная защита – как сам полиуретан, так и две пленки, снаружи и внутри, возникающие при полимеризации материала. Одна из пленок будет прилегать к металлу, а вторая – контактировать с внешней средой. В зависимости от марки ППУ защитный слой может быть более или менее эффективным.

Влагопоглощение ППУ

Впитывание влаги данным материалом одно из самых низких – за сутки оно может достигать от 1 до 3 процентов от первоначального объема. Этот показатель зависит от рецепта приготовления ППУ. Чем плотнее утеплитель, тем меньше воды он способен вобрать в себя. А еще повышают водостойкость специальные вещества, вводимые в состав пенополиуретана. Одним из таких гидрофобизаторов, уменьшающим поглощение влаги в 4 раза, является обычное касторовое масло.

Горючесть пенополиуретана

Пенополиуретаны могут относиться к трем группам: С (самозатухающие), ТС (трудносгораемые) и ТВ (трудно воспламеняющиеся). Как видите, горючесть пенополиуретана достаточно низкая. А повысить его огнестойкость помогает либо введение специальных добавок, либо изменение химической формулы рецепта. Второй вариант дороговат, поэтому чаще используют метод введения наполнителей. Это могут быть соединения фосфора, а также галогены. Можно на обычный пенополиуретан нанести лишь тоненький слой огнестойкого ППУ, содержащего добавки. В производственных помещениях, где опасность пожара велика, такое покрытие, нанесенное из двух слоев будет вполне уместно.

Видео. Горит ли пенополиуретан — тест на горючесть

Плотность ППУ

Плотность данного утеплителя варьируется в пределах от 30 до 80 килограммов на кубический метр. Этот показатель напрямую зависит от того, какой технологией пользовались при производстве материала. В принципе, это и неплохо – при утеплении могут потребоваться и более жесткие, и более мягкие материалы. Всё зависит от конкретной задачи. Поэтому иной раз можно получить существенную экономию, применив более дешевый ППУ меньшей плотности.

Долговечность ППУ

Срок службы пенополиуретана заявляется изготовителями не меньше, чем лет 20-30. Но уже есть данные, говорящие о том, что реальные цифры гораздо больше. В американских, немецких, шведских и японских городах сейчас идет демонтаж зданий, построенных в семидесятые годы прошлого века. При их возведении для утепления использовался пенополиуретан. Изучив его образцы, взятые с труб, стен и крыш, специалисты сделали вывод, что материал остался неизменным по всем параметрам. Изолированными остается девять десятых всех ячеек, позволяя по-прежнему хорошо сберегать тепло. Химическое состояние также не изменилось. И лабораторные, и промышленные испытания в унисон подтверждают это.

Экологическая безопасность и влияние на человека

После 10 — 20 секунд, во время которых материал твердеет, пенополиуретан становится абсолютно безопасным. Если его нагреть до температуры более 500 градусов, то начнется выделение двух газов: углекислого и угарного. Но если на место ППУ поставить дерево или каучук, то при той же температуре они окажутся более опасными. Опыты на мышах подтвердили это.

Таблица свойств пенополиуретана

О плюсах ППУ

Рассуждая не об абстрактных технических характеристиках пенополиуретана, а о его конкретном применении, можно выделить следующие плюсы данного утеплителя:

1. ППУ отлично «прилипает» к любым материалам, будь то кирпич, стекло, дерево, бетон или металл. Форма поверхности, ее отклонение от прямизны значения не имеют. Благодаря хорошим адгезирующим свойствам нет необходимости мудрить с устройством дополнительного крепежа. Кстати, и плоскость перед напылением обрабатывать ничем не нужно.

ППУ обладает отличной адгезией по отношению практически ко всем строительным материалам.

2. Этот утеплитель делается прямо на месте, а объем исходных компонентов минимален. Поэтому расходы на транспорт низкие.

3. Пенополиуретан отличается необыкновенной легкостью, он не утяжеляет поверхности. При теплоизоляции крыши это очень важно.

4. При нанесении слоя ППУ мы не только утепляем стены и перегородки, но и делаем их более прочными.

5. Пенополиуретановое покрытие не реагирует на потепление и похолодание в течение года. Оно прекрасно себя чувствует при температурах от минус 200 до плюс 200 градусов по Цельсию.

6. В отличие от панельного и листового утепления, данный вид теплоизоляции является единым целым, плотно облегающим конструкцию. Нигде ни стыка, ни маленького шва, куда может задуть холодный ветер.

Инсталлировать ППУ можно куда угодно и без применения крепежных элементов.

О минусах ППУ

Статья эта отнюдь не рекламная, поэтому перечислим и отрицательные свойства пенополиуретана. Впрочем, их совсем немного, точнее, два.

1. Негативное воздействие ультрафиолетового излучения может привести к быстрому износу материала. Чтобы не допустить деструкции утеплителя, надо обязательно предусмотреть его защиту. В этом качестве может послужить, штукатурка, различные панели или обыкновенная краска, которая не только от солнца оградит, но и сделает поверхность ППУ более привлекательной.

2. Как уже упоминалось, пенополиуретаны считаются трудногорючими материалами. По классификации они имеют группу горючести Г-2. Это значит, что при воздействии высокой температуры возгорания не произойдет, но утеплитель начнет тлеть. Этот процесс мгновенно прекратится, как только материал будет охлажден. Но там, где поверхность слишком сильно нагревается либо может загореться, ППУ применять всё же не стоит.

Видео. Утепление пенополиуретаном и его характеристики

Если вы заметили ошибку, не рабочее видео или ссылку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter. Поделиться: 0

Какие бывают пенополиуретаны и где они используются? Преимущества жесткого ППУ для теплоизоляции зданий и коммуникаций. Что необходимо знать о напыляемой теплоизоляции? Также рассмотрим приготовление ППУ из промышленных компонентов и рассчитаем стоимость 1 м2 теплоизоляции.

История

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. 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.

Это интересно: Пенопласт или пенополистирол, что лучше, что теплее, чем отличаются?

Состав, марки и ГОСТы

Вспененный пенополиуретан (ППУ) получают путем смешивания двух жидких полимеров: полиола и полиизоцианата. Застывшая пена содержит в своих ячейках до 90% газа, что обеспечивает высокие теплоизоляционные качества ППУ. В зависимости от их пропорции и наличия антипиреновых добавок, конечный продукт различается по структуре, техническим характеристикам и области применения.

Мягкий и эластичный поролон используется как наполнитель для мебели и бытовых изделий. Марки поролона имеют разную плотность (от 5 до 40 кг/м3) и жесткость:

За исключением последней марки, поролоны относятся к сильногорючим веществам по ГОСТ 30244, по ГОСТ 30402 – к легковоспламеняемым, по ГОСТ 12.1.044 – к дымоообразующим и токсичным при горении. По этим причинам поролон в строительстве не используют.

ППУ с антипиреновыми добавками называется жестким пенополиуретаном. Он отличается повышенной плотностью (30-86 кг/см3), в готовом виде теряет эластичность, зато обладает массой других преимуществ. Применяется в строительстве для тепло- и шумоизоляции, а сверхплотные виды (от 70 кг/см3) используются для гидроизоляции в фундаментах зданий и на прочих поверхностях.

Строительный ППУ готовят из двух компонентов: полиола (компонент А) и изоцианата (компонент Б). Изоцианат служит основой химического процесса и его состав не меняется, а полиолы применяют различные, что влияет на скорость вспенивания, плотность и горючесть. По ГОСТ 307302-2006 ППУ относится к классу горючести Г3 (самозатухающий, трудновоспламеняющийся, трудносгораемый) и рекомендован для тепловой изоляции зданий и трубопроводов.

Как теплоизоляционный материал ППУ прост в изготовлении и его можно смешать на месте, а компоненты для пенополиуретана купить и доставить на стройку зачастую выходит дешевле, чем везти готовый продукт.

При наличии профессионального пеногенератора высокого давления и соблюдения пропорций компонентов, такой ППУ ничем не уступает заводскому. Пену можно напылять на различные поверхности или делать сэндвич-панели.

Получение из биологического сырья

В качестве исходных компонентов пенополиуретана обычно применяются продукты нефтехимической промышленности (полиолы и полиизоцианаты), однако, не лишним будет отметить, что возможна выработка компонентов из масел растительного происхождения. В частности, прекрасно подходят для этой цели касторовые масла. Также возможно получение полиолов из соевого, рапсового и подсолнечного масел. Однако такой способ выработки компонентов пенополиуретана экономически нецелесообразен по причине значительного различия в стоимости растительного и нефтехимического сырья. Именно поэтому, биогенные пено-компоненты и не нашли широкого применения и их использование ограничено очень узким кругом специфических задач.

Формы выпуска ППУ

Химическая промышленность вырабатывает следующие виды ППУ:

• Поролон – в рулонах и матах;
• Пенополиуретан жесткий – в листах, панелях и литых скорлупах;
• Пенополиуретан жидкий – в виде напыляемого покрытия.

Теплоизоляционные панели из ППУ производят различной толщины и с разнообразными защитными покрытиями. На листовой пенополиуретан цена за 1 м2 следующая:

Это интересно: Утеплитель Перлит: рассмотрим внимательно

Сферы применения

Сфера использования пенополиуретанов весьма широка. В автомобильной промышленности его применяют в качестве наполнителя автокресел и шумоизоляции салона транспортных средств, для изготовления полужёстких панелей салона, подлокотников, рукояток и бамперов. 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. В обувной промышленности пенополиуретаны используются в качестве супинаторов и других элементов обуви.

В качестве хладоизолятора в бытовых, а также торговых холодильниках, крупных холодильных камерах и в транспортной холодильной технике применяются жёсткие пенополиуретаны. Другое важное применение жёстких пенополиуретанов — в качестве теплоизоляторов в магистральных трубопроводах, для изоляции низкотемпературных трубопроводов химической промышленности, 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 Достаточно широко применяются уретановые столярные клеи, слегка вспенивающиеся при застывании и заполняющие неплотности пригонки деталей.

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. 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.

Сравнение пенополиуретана с утеплителями других видов

Для того чтобы выяснить, насколько оправдано и целесообразно применение ППУ в качестве утеплителя, его основные физико-технические параметры следует рассматривать в сравнении с другими популярными материалами, например минеральной ватой:

Сравнительные характеристики пенополиуретана в плане его экологичности и безопасности, представлены в следующей таблице:

Уникальные качества

• Высокая адгезия (сцепление) с большинством поверхностей. ППУ напыляют на бетон, металл, дерево, кирпич, стекло;
• Монтаж без крепежных элементов;
• Отсутствие «мостиков холода» при бесшовной теплоизоляции;.
• Антикоррозийная защита труб и металлоконструкций;
• Возможность изготовления теплоизоляционных «скорлуп» заданной формы путем прессования жидкого ППУ;
• Работа в температурном диапазоне от -200 до +200оС;
• Инертность к большинству кислот, щелочей и почвенных солей.

Жидкий пенополиуретан позволяет заполнять трещины и межстенные пространства, где невозможно проложить другую изоляцию. За счет легкого веса и адгезионного фактора он не утяжеляет конструкции и укрепляет их.

Литература

Стандарты и нормы

• Постановление Правительства Москвы от 17.02.2004 N 91-ПП — нормативы использования при теплоизоляции труб и теплотрасс;
• Теплоизоляция ограждающих конструкций строений и зданий — СТО 00044807-001-2006;
• Тепловая изоляция трубопроводов заливочным пенополиуретаном ВСН 462-85 (Утверждены Минмонтажспецстроем СССР 29 марта 1985 года);
• Санитарные правила для производств синтетических и полимерных материалов 12 декабря 1988 г. N 4783-88

Пенополиуретан видео

В данном разделе предлагаем вам посмотреть видеосюжет о технических характеристиках пенополиуретана и о технологии его напыления.

Способы монтажа

Напыление теплоизоляционного покрытия из ППУ – быстрый и качественный способ монтажа. Для успешного напыления теплоизоляции необходимы:

• Сухая чистая рабочая поверхность;
• Отсутствие атмосферных осадков (дождь, снег, туман);
• Ветер не сильнее 5 м/сек;
• Температура рабочей поверхности от +10оС;
• Температура смеси +18-25оС;
• Толщина напыляемого слоя 3-5 см.

Работа проводится в защитном костюме и маске, в проветриваемом помещении, начиная с труднодоступных участков (трубы, люки вентиляции и т.п.). Напыляемый слой за один проход составляет около 15 мм, для надежного утепления поверхность обрабатывают несколько раз.

Пенополиуретаны ППУ

Пенополиуретаны (вспененные полиуретаны, ППУ) – это газонаполненные полиуретаны, жесткие или эластичные.

Состав пенополиуретанов

Композиции для производства пенополиуретанов содержат изоцианаты, гидроксилсодержащие олигомеры, воду, катализаторы, эмульгаторы, а в некоторых случаях наполнители, красители и антипирены.

В состав композиций для производства эластичных пенополиуретанов входят простые олигоэфиры с молекулярной массой 750 — 6000, синтезируемые из окисей алкиленов (этилена, пропилена), тетрагидрофурана и гликолей. Реже используют сложные олигоэфиры дикарбоновых кислот (адипиновой, себациновой, янтарной) и гликолей (например, диэтиленгликоля). Жесткие пенополиуретаны получают из простых олигоэфиров разветвленной структуры на основе окисей алкиленов и триолов (глицерина, триметилолпропана и др.) или сложных олигоэфиров на основе дикарбоновых кислот (адипиновой, фталевой и др.) и триолов или их смесей с диэтиленгликолем. Плотность образующихся пенополиуретанов зависит от соотношения изоцианатов и гидроксилсодержащих олигомеров в исходной смеси. При избытке изоцианатов пенополиуретаны содержат больше мочевинных групп, чем при недостатке изоцианатов, когда образуется больше уретановых групп. Поскольку полимочевины обладают более низкой плотностью 1,05—1,23 г/см3), чем полиуретаны 1,28 г/см3), в первом случае получаются пенополиуретаны с меньшей плотностью.

Получение пенополиуретанов

Пенополиуретаны получают взаимодействием ди- или полиизоцианатов с простыми или сложными гидроксилсодержащими полиэфирами в присутствии воды и катализаторов. Вспенивающим агентом служит диоксид углерода (СО2), выделяющийся в результате реакции изоцианатов с водой:

В качестве катализаторов в большинстве случаев применяют третичные амины и оловоорганические соединения. Кроме указанных компонентов в рецептуры пенопластов вводят вспомогательные вещества — стабилизаторы пены, дополнительные вспенивающие агенты (например, фреоны), красители и др.

Пенополиуретаны можно разделить на две группы:

1. эластичные пенопласты на основе полиэфиров линейного или слегка разветвленного строения;
2. жесткие пенопласты на основе сильно разветвленных полиэфиров, образующих полимеры с большей степенью сшивания.

Плотность вспененных полиуретанов регулируют, изменяя содержание воды. Чем больше вводится воды, тем меньше кажущаяся плотность пены. Например, при получении эластичных пенополиуретанов с кажущейся плотностью 32 кг/м3 приблизительно 75% изоцианатных групп реагирует с водой и лишь около 25% взаимодействует с гидроксильными группами полиэфира.

В результате протекания побочных реакций при синтезе пенополиуретанов наряду с уретановыми образуются и другие связи. Так, первичная аминогруппа, образующаяся при взаимодействии изоцианатов с водой, способна вступать в реакцию с изоцианатной группой:

Продуктом реакции является замещенный карбамид, который содержит подвижный атом водорода при азоте и способен взаимодействовать с изоцианатами, вследствие чего при повышенной температуре может происходить сшивание отдельных макромолекул полимера («карбамидное» сшивание):

Поперечные связи могут образовываться также при взаимодействии изоцианатных и уретановых групп а также при тримеризации изоцианатных групп, остающихся в макромолекулах, в замещенные изоцианураты:

Взаимодействие изоцианатных групп с гидроксилсодержащими олигомерами и водой — конкурирующие реакции. Роль катализатора сводится к регулированию скорости указанных выше реакций. При этом выделение газа и рост полимерных молекул должны происходить с такими скоростями, чтобы газ оставался в полимере, и образовавшаяся пена была бы достаточно прочной и не опадала.

Наиболее часто в качестве катализаторов применяют соединения олова (олеат и октоат, соли дибутилолова и др.), регулирующие реакцию образования уретановых звеньев, и третичные амины (триэтиламин, триэтаноламин, диметилбензиламин и др.), катализирующие реакции образования трехмерной структуры и выделения углекислого газа. На практике используют каталитическую смесь, состоящую из соединения олова и одного или нескольких аминов. Вспенивать полиуретановую композицию можно также легкокипящими жидкостями, обычно фреонами.

Химизм образования эластичных и жестких пенополиуретанов одинаков. Жесткие пены отличаются от эластичных тем, что состоят из полимеров с большим числом поперечных связей. В жестких пенополиуретанах средняя «молекулярная масса» структурной единицы, приходящаяся на один узел разветвления сетки, составляет 400 — 700, в эластичных пенополиуретанах — 2500—20 000. Поэтому композиции для производства эластичных пенополиуретанов не содержат трифункциональных гидроксилсодержащих олигомеров (или содержат их в небольшом количестве), а также содержат меньше третичных аминов.

Обязательным компонентом композиции является эмульгатор, который способствует высокой степени диспергирования компонентов в массе и выполняет роль стабилизатора пены в момент вспенивания. Для этого используют сульфоспирты, сульфокислоты, кремнийорганические жидкости и др. Некоторые стабилизаторы (например, парафиновые углеводороды, кремнийорганические жидкости) определяют характер (открытые или закрытые) и размер образующихся пор.

В качестве антипиренов применяют трехокись сурьмы, трихлорэтилфосфат, порошкообразный поливинилхлорид и др. Для окрашивания пенополиуретанов пригодно большинство органических красителей. Наполняют пенополиуретаны тальком, керамзитом, суспензионным полистиролом, волокнами различной природы.

Пенополиуретаны производят при помощи вспенивания композиции газами, выделяющимися в результате реакций между компонентами исходной смеси (см. выше), или с помощью легкокипящих жидкостей. Поскольку при образовании пенополиуретана по первому методу выделяется значительное количество тепла, внутренние слон крупногабаритных изделий могут обугливаться. Поэтому первый метод применим только для изготовления изделий небольшой толщины.

Во втором методе выделяющееся тепло затрачивается на испарение легкокипящей жидкости, что позволяет предотвратить местные перегревы и обугливание пенополиуретанов

В промышленности пенополиуретаны получают двумя способами:

1. одностадийным;
2. двухстадийным.

Одностадийный способ производства пенополиуретанов

По одностадийному способу все компоненты — диизоцианат, полиэфир, воду, катализатор, стабилизатор, эмульгатор — помещают в смеситель одновременно и перемешивают в реакционном аппарате с мешалкой. Пенообразование наступает сразу же, подъем пены начинается приблизительно через 10 с и завершается через 1—2 мин. Окончательное отверждение пены продолжается от нескольких ч до нескольких суток.

Двустадийный (форполимерный) способ получения пенополиуретанов

При двухстадийном (форполимерном) способе производства пенополиуретанов сначала проводят реакцию диизоцианата с олигоэфиром (полиэфиром), а полученный форполимер затем превращают в пенополиуретан при смешении с водой или амином. Изготовление пеноиолиуретановых изделий осуществляют по непрерывной или периодической схеме (заливкой в бумажные формы), а также напылением.

Эластичные пенополиуретаны

Эластичные пенополиуретаны выпускают на основе сложных и простых полиэфиров. Наиболее распространенным их представителем является поролон. Сырьем для его производства служит сложный полиэфир на основе адипиновой кислоты, диэтиленгликоля и небольших количеств триметилолпропана, смесь толуилен-2,4- и толуилен-2,6-диизоцианатов (65: 36), а также вода.

Технологический процесс получения поролона блочным способом (рис.1) состоит из стадий подготовки сырья, вспенивания полиуретана, изготовления, вызревания и переработки поролоновых блоков.

Подготовка сырья заключается в приготовлении активаторной смеси. Смесь готовят в смесителях 3, в которые из промежуточных емкостей 1 через мерник 2 подают катализатор (диметиланилин), эмульгатор (натриевые соли сульфокислот), добавку, регулирующую размер пор (парафиновое масло), и воду.

Приготовленную активаторную смесь, сложный полиэфир и смесь толуилендиизоцианатов непрерывно вводят в смесительную головку машины УБТ-65 (4). Полученная смесь через сливной патрубок поступает тонкой струей на непрерывно движущуюся бумажную форму, в которой образуется пена.

Вспенивание происходит без подвода тепла и заканчивается примерна через 1 мин. Форма с пеной передвигается на транспорте через туннель с сильной вентиляцией, где из пены интенсивно выделяются газы. При выходе из туннеля форма попадает на рольганг 5, с которого поступает в сушильную камеру 6, а затем в машину 7 для нарезки блоков. Блоки укладываются штабелером 8 на этажерки 9 и передаются в камеру 10 на вызревание. При этом реакции между компонентами пены заканчиваются, пена отверждается и приобретает необходимую прочность. Вызревание продолжается около 12—24 ч при непрерывном обдувании блоков воздухом комнатной температуры. Готовые блоки перерабатывают на резательных станках 11 в листы и упаковываются.

Некоторые свойства пенополиуретанов в зависимости от состава композиции (I—IV) приведены ниже:

Основные физико-механические показатели эластичных пенополиуретанов приведенных выше композиций:

Эластичные пенополиуретаны имеют высокие тепло- и звукоизоляционные показатели, хорошие диэлектрические и амортизационные свойства. Они способны склеиваться с деревом, металлами, бумагой, тканями и т. п. Эластичные пенополиуретаны на основе сложных полиэфиров имеют более высокую прочность при растяжении, стойкость к окислительному старению, воздействию масел и растворителей, но меньшую упругость и морозостойкость и меньшую стойкость к старению во влажных условиях, чем эластичные пенополиуретаны на основе простых полиэфиров.

Свойства эластичных пенополиуретанов отечественных марок*

*источник – Энциклопедия полимеров под ред. Кабанова В.В. 1974 г, том 2, с.567.

Эластичные пенопласты с закрытыми порами применяют для изготовления поплавковых изделий, механических опор, теплоизоляции для работы при низких (жидкий азот) и относительно высоких (до 120 °С) температурах. Пенопласта с открытыми порами используют для производства губок, подушек, сидений, звукоизоляционных материалов и т. д.

Все большее применение находят интегральные пенополиуретаны, имеющие плотную поверхностную пленку и вспененную сердцевину, причем все изделие образуется за один цикл заливки.

Жесткие пенополиуретаны

Жесткие пенополиуретаны получают главным образом методами заливки и напыления. По первому методу процесс проводят «следующим образом.

При повышенной температуре и перемешивании приготовляют смесь полиэфира с катализатором, эмульгатором и водой. После выдержки при 30 °С в течение 20—30 мин в смесь добавляют толуилендиизоцианат и перемешивают массу 1—2 мин.

При этом температура массы повышается на 5—10 °С, возрастает ее вязкость и происходит частичное вспенивание. Затем массу разливают в ограничительные формы, соответствующие конфигурации изделий. Вспенивание продолжается 30—35 мин.

В течение этого времени форма заполняется пенопластом, который приобретает необходимую твердость и ячеистую структуру. Для получения пенополиуретанов методом напыления на поверхность различных материалов применяют передвижную малогабаритную установку, которая состоит из обогреваемых емкостей для компонентов, шестеренчатых насосов и пистолета-распылителя с мешалкой. Толщина напыляемого слоя составляет 5—50 мм, кажущаяся плотность — от 35 до 200 кг/м3.

Физико-механические показатели некоторых марок жестких пенополиуретанов на основе сложных полиэфиров (продуктов взаимодействия двухосновных кислот с многоатомными спиртами, содержащими свободные гидроксильные и карбоксильные группы) и диизоцианатов (смеси толуилен-2,4 и толуилен-2,6-диизоцианатов) приведены ниже:

Жесткие полиуретаны характеризуются хорошей формоустойчивостью, имеют высокие тепло- и звукоизоляционные показатели. Они устойчивы к действию кипящей воды, бензина, керосина, смазочных масел, водных растворов солей, этилового спирта и т. п. Пенопласты легко очищаются мыльной водой; они противостоят плесени и гниению. Жесткие полиуретановые пенопласты имеют хорошие электроизоляционные свойства. Кроме того, они проявляют высокую адгезию к дереву, металлу, тканям и другим материалам. Небольшая плотность и малая способность к водопоглощению позволяют использовать жесткие пенополиуретаны для изготовления незатопляемых лодок и понтонов, а также трехслойных и многослойных конструкций, отличающихся высокой теплостойкостью, вибростойкостью и проницаемостью для электромагнитных волн. Жесткие пенополиуретаны применяются в строительстве, авиа-, авто- и судостроении, холодильном деле и т. д. Для улучшения свойств пенополиуретанов и для снижения их стоимости широко используют различные наполнители (стеклянное волокно, стекломаты и др.).

Свойства жестких пенополиуретанов отечественных марок*

* источник – Энциклопедия полимеров под ред. Кабанова В.В. 1974 г, том 2, с.567.

Полиуретановыми пенопластами заполняют зазоры в бетоноконструкциях и полости при изготовлении дверей и оконных рам, производят отделку колпаков, радаров, тропических шлемов, несущих плоскостей и кабин самолетов и др.

Технические характеристики пенополиуретана, представляющего собой материал из группы газонаполненных пластмасс, на 85-90 % состоящих из инертной газовой массы, позволяют использовать его в различных сферах человеческой деятельности: от изготовления детских игрушек и губок для мытья посуды до осуществления утепления в различных видах сооружений, в том числе на балконах и лоджиях.

Подробнее о материале

Структура пенополиуретана – пористая и ячеистая, причем все крохотные ячейки, из которых он состоит, заполнены газообразным веществом. Оставшиеся несколько процентов объема составляет твердая часть, сформированная тонкими стенками этих ячеек. Основой для его производства являются продукты нефтехимической переработки, в частности, полиолы и полиизоцианаты. Кроме того существует технология выработки компонентов ППУ из масел на основе растительного сырья, однако из-за того, что стоимость исходных компонентов при таком способе производства имеет гораздо большую цену, она используется лишь в исключительных случаях.

В зависимости от пропорции исходных компонентов, используемых для создания этого материала, выпускаются пенополиуретаны с ячейками различных размеров и толщины, имеющие разные прочностные характеристики. В их число входят:

• ППУ обычного типа;
• С повышенной жесткостью;
• Мягкого типа;
• Очень мягкие;
• Вязко эластичные;
• Высокоэластичные.

В строительном производстве используется пенополиуретан жесткого типа, с плотностью 30-86 кг/ м 3, обладающий высокими энергосберегающими способностями. ППУ с плотностью порядка 70 кг/м3, помимо своих прочностных качеств, обладает повышенной способностью удерживать влагу, благодаря чему он с успехом используется в устройстве гидроизоляции.

Сфера применения в качестве утеплителя

Благодаря своей низкой теплопроводности (0,019 – 0,03 Вт/м), небольшой паропроницаемости и хорошим гидроизолирующим свойствам пенополиуретан с успехом используется в строительстве, как эффективное и надежное средство для устройства теплоизоляции различных строений и сооружений. Например, при производстве таких работ, как:

• Создание теплоизоляционного слоя в кровлях и чердачных помещениях;
• Утепление и устройство акустической изоляции внутренних и наружных стен, перекрытий зданий;
• Устройство гидроизоляции и утепления фундаментов;
• Создание теплоизоляционного слоя при монтаже магистральных трубопроводов.

Процесс нанесения пенополиуретана

Утепление крыш зданий при помощи пенополиуретановой смеси очень популярно во многих развитых странах, таких, как США и Канада. Для предохранения от разрушения вследствие воздействия ультрафиолета, такое покрытие дополнительно закрывается сверху бетоном или листовым металлом.

Подробная инструкция по утеплению балкона пенополиуретаном приведена в нашей отдельной статье.

Один из самых популярных и доступных материалов для утепления — это пенопласт. О его технических характеристиках в качестве утеплителя мы рассказали на нашем сайте.

Пенополиуретан как утеплитель обладает целым рядом положительных качеств, подтверждающих эффективность и рациональность его применения на различных стадиях строительного производства. К ним относятся:

• Высокая степень адгезии (схватывания) с обрабатываемым основанием. Благодаря своей способности к прилипанию пенополиуретановая пена может наноситься на поверхности любого типа, расположенные под любыми углами и плоскостями.
• Механическая прочность и способность к расширению. Увеличивая свой объем в процессе нанесения, пенополиуретановый состав заполняет все мельчайшие щели, образуя плотное монолитное покрытие, обладающее высокими прочностными качествами.
• Легкость. Это качество позволяет активно использовать этот материал в работах по теплоизоляции крыш и чердачных помещений.
• Шумоизоляционные свойства. Пенополиуретановая пена с ячейками закрытого типа за счет своей возможности формирования однородного, бесшовного покрытия является одним из лучших звукоизоляторов.
• Удобство в работе и быстрота нанесения. Производство и нанесение пенополиуретанового состава возможно на месте монтажа, за счет чего удается значительно снизить транспортировочные расходы и выполнить работы по утеплению более качественно, избежав появления «мостиков холода» на отдельных участках. Окончательное затвердение пены происходит в минимальные сроки, после чего она приобретает свои высокие физико-технические качества.

Впрочем, помимо несомненных достоинств ППУ имеет и некоторые «проблемные места». В том числе:

• Низкую стойкость к ультрафиолетовому излучению. При открытом способе его эксплуатации необходимо предусмотреть его дополнительную защиту в виде нанесения слоя штукатурки, краски или панелей.
• Не достаточно высокую пожаростойкость. Поэтому для защиты от возможного воспламенения полиуретановый утеплитель должен быть защищен специальным пожаробезопасным покрытием.
• Высокую стоимость. На сегодняшний день средняя стоимость напыления пенополиуретанового покрытия толщиной 10 см составляет 1500-2500 руб. за 1 м2, 5 см – 750-1300 руб.

Характеристики и свойства

Структура пенополиуретана

По своим теплоизоляционным характеристикам пенополиуретан в качестве утеплителя значительно превосходит другие популярные материалы, использующиеся в современном строительном производстве. Он отличается высокой плотностью и имеет хорошие теплосберегающие показатели. Основное влияние на теплопроводность ППУ оказывает размер и структура его ячеек. У жидких составов этот показатель находится в пределах 0,019 – 0,035 Вт/м К, в то время, как коэффициент теплопроводности другого популярного утеплителя – минеральной ваты, составляет 0,045 – 0,056 Вт/м К.

Коэффициент паропроницаемости пенополиуретана с закрытой ячеистой структурой составляет µ = 50 по ISO/FDIS 10456:2007(E), что в 50 раз ниже данного показателя, рассчитанного для минеральной ваты (µ = 1). То есть, при использовании пенополиуретановой пены для утепления внутренней части помещений или защиты бетонных поверхностей с внешней стороны предотвращается проникновение водяных паров в структуру стен или перекрытий. Тем не менее, в водной среде использовать пенополиуретановое утепление не рекомендуется из-за возможностей развития реакций гидратации.

Обратите внимание: Пенополиуретановые составы с низкой плотностью, обладающие ячеистой структурой открытого типа, паропроницаемы, поэтому нуждаются в создании пароизоляционной защиты при использовании внутри помещений.

Технические характеристики пенополиуретана:

Советы по напылению

В случае самостоятельной работы с материалом следует придерживаться некоторых простых рекомендаций:

1. Нанесение пенополиуретанового состава рекомендуется осуществлять в несколько слоев. Толщина первого при этом обычно составляет от 10 до 20 мм, однако на разных участках покрытия он может лечь неравномерно, поэтому нанесение последующего слоя позволяет исправить эту проблему. Также при этом пенополиуретан ложится более плотно и лучше заполняет мелкие щели и пустоты, имеющиеся на поверхности.

   Установка для самостоятельного нанесения полиуретана

2. Для лучшей эффективности работ по утеплению большое значение имеет выбор марки ППУ, которую необходимо подбирать в зависимости от того, какая плотность продукта нужна на выходе.

На заметку: Устройство пенополиуретанового утепления может производиться круглогодично.

Таким образом, изучив технические характеристики пенополиуретана и правильно осуществив его нанесение можно получить долговечное и качественное теплоизолирующее покрытие, которое любое помещение сделает более теплым и комфортным.

В данном разделе предлагаем вам посмотреть видеосюжет о технических характеристиках пенополиуретана и о технологии его напыления.

Области применения ППУ

• Кратко о технологии напыления ППУ. Ответы и вопросы.
• Когда теплоизоляция является слабым звеном в строительстве
• Cпособы монтажа пенополиуретанового утепления
• Задачи компании «АльянсПроф»
• Что такое пенополиуретан и технология изготовления ППУ
• Вспененный пенополиуретан: что это такое и где применяется?
• Области применения ППУ
• Утепление балкона пенополиуретаном
• Теплоизоляция склада пенополиуретаном в качестве холодильника
• Как заменить утеплитель на мансарде. Теплоизоляция ППУ.
• Как правильно наносить ппу в холодное время года?
• Утепление морских контейнеров
• Опрос: «Каково Ваше мнение о пенополиуретане, как об утеплителе?»
• ППУ опасен для здоровья! Факты о ППУ.
• ППУ пожароопасный материал. Так ли это?
• Преимущества ППУ
• ППУ поглощает воду, как губка. Так ли это?
• ППУ, боится солнца, отваливается. Так ли это?
• Какие виды ППУ подходят для шумоизоляции?
• Услуги по теплоизоляции методом напыления и заливки
• Что влияет на стоимость ППУ? Реальная стоимость утеплителей
• Заливка ППУ в полости стен. Станица Каневская. Краснодарский край.
• Преимущества ППУ перед другими теплоизоляционными материалами
• Технология проведения работ по звукоизоляции и шумоизоляции
• Cверхпрочное напыление полимочевины на любые поверхности
• Тестируем ппу с тепловизором в холодное время года
• Нестандартное применение ППУ и ПМ в дизайне торгового ларька гамбургера
• Броня из сверхпрочной полимочевины для корпуса акустических колонок
• Отзыв о утеплении мансарды пенополиуретаном
• Видео отзыв поселок Мысхако по утеплению мансарды ППУ
• Замена минваты. Утепление мансарды с ППУ
• Видео отзыв станица Каневская. Заливка ППУ в полости стен
• Видео отзыв. Утепление автомобильного фургона под рефрижератор
• Утепление мансарды частного дома. Видео отзыв
• Тест пробкового покрытия на адгезию фирмы ISOCORK
• Гидроизоляция террасы полимочевиной в торгово-офисном здании
• Теплоизоляция помещений под холодильный склад в Темрюке
• Утепление двухэтажного дома пенополиуретаном в ст. Тамань
• Готовь дом к зиме с лета! Утепление дома ППУ
• Утепление купольного каркасного дома ППУ в Горячем Ключе
• Почему пенополиуретан лучше чем минвата как утеплитель
• Гидроизоляция бассейна Аттракциона «Остров Буян» в Сочи-парке
• Гидроизоляция фундамента арочного ангара | Нанесение полимочевины
• Здания из блок-контейнеров. Утепление контейнера.
• Гидроизоляция пруда(водоема) полимочевиной. Новая Адыгея
• Гидроизоляция моста. Трасса М4 Дон ст. Кисляковская
• Экологичное утепление чердака пенополиуретаном
• Утепление каркасного дома пенополиуретаном(ППУ) п. Мезмай
• Утепление ППУ вентиляции картофелехранилища
• Утепление дома из газоблоков пенополиуретаном
• Утепление складского помещения пенополиуретаном
• Утепление картофелехранилища пенополиуретаном(ППУ)
• Утепление дома пенополиуретаном. «АльянсПроф»
• Теплоизоляция пенополиуретаном (ППУ) фургона «Форд Транзит»
• Видео отзыв об теплоизоляции помещения ППУ под холодильную камеру
• Запуск оборудования Graco Reactor E-XP2 на площадке партнера Химтраст
• Утепление ППУ и Гидроизоляция ПМ плоских крыш Детской городской клинической больницы №1 Краснодара
• Как делать нельзя! Тест нанесения пенополиуретана на влажную поверхность.
• Лопастная мешалка для компонентов ППУ в Краснодаре
• Мансарда, чердак — варианты утепления пенополиуретаном(ППУ)
• Утепление ангара пенополиуретаном (ППУ). Видео отзыв
• Утепление купола дома напыляемым пенополиуретаном
• Представление пенополиуретана в кинематографе
• Кейс: Утепление дома по уму + видео отзыв

Пенополиуретан (ППУ) успешно конкурирует с другими современными материалами для тепло-, паро- и звукоизоляции. В строительстве чаще используется разновидность ППУ с закрытой ячеистой структурой, так называемый жёсткий пенополиуретан. Именно этот утеплитель наделён теми свойствами, которые так важны при устройстве изоляции жилых, коммерческих, производственных объектов, и увеличивает их эксплуатационную жизнь.

Формы выпуска пенополиуретана

Существуют следующие формы выпуска ППУ:

• Поролон – листовой материал
• Жесткий ППУ – листы, плиты, скорлупы
• Жидкий ППУ – напыляемое покрытие

В зависимости от формы выпуска материала меняются и его свойства и сферы применения.

Характеристики ППУ мягкого (поролона)

ППУ в форме поролона имеет разную плотность и жесткость (от 15 до 35 кг/м3), которые определяют маркировку материала. В таблице приведены основные характеристики:

Характеристики пенополиуретана жесткого

Рассмотрим основные технические характеристики жёсткого утеплителя ППУ и его реакцию на агрессивные среды:

Свойства пенополиуретана

Безусловно, ключевой фактор, определивший популярность ППУ в строительстве, – это теплопроводность: её значение у пенополиуретана самое низкое среди всех известных изоляторов. Исключение составляет, разве что вакуумная изоляция, но из-за дороговизны и сложной технологии устройства, такая теплоизоляция очень редко применяется.

Другим важным свойством ППУ является отличное сцепление практически с любым материалом, который используется в современном строительстве. Этот изолятор можно наносить на вертикальные, горизонтальные поверхности любой конфигурации – ППУ мгновенно обволакивает поверхность элементов, образуя единый, бесшовный слой.

Расход пенополиуретана для разных типов поверхности:

Один из факторов, которые следует учесть при расчёте расхода ППУ, это тип поверхности. Разные материалы имеют разную структуру и степень адгезии. Например, при изолировании поверхности из древесины расход пенополиуретана на квадратный метр будет меньше, чем на бетон.

Не упустим и такую характеристику ППУ, как биологическая устойчивость. Полиолы и полиизоцианаты – основные компоненты пенополиуретана – не представляют интереса для разного рода вредителей, таких как грызуны, насекомые. Материал не поддерживает развитие грибков, устойчив к процессу гниения, а его жёсткая структура отлично выдерживает натиск корней растений.

Преимущества утеплителя ППУ

Подведём итог и обозначим ключевые достоинства и свойства пенополиуретана, как изоляционного материала:

• самый низкий коэффициент теплопроводности;
• бесшовное напыление исключает возникновение мостиков холода;
• лёгкий вес;
• отличная адгезия к большинству материалов и на поверхности любой формы, не требуется фиксация крепежом;
• выступает в качестве антикоррозийной защиты металлоконструкций;
• инертность в отношении температурных колебаний, атмосферных осадков, агрессивной промышленной среды, процесса гниения;
• ППУ утеплитель – экологически безопасный материал;
• подходит для изготовления формованных теплоизоляционных плит, сэндвич-панелей, блоков для трубопроводов и др.

Консультация специалиста по ППУ теплоизоляции

Поможем в подборе и расчете объема компонентов пенополиуретана с учетом характеристик и свойств утеплителя в заданной среде, дадим рекомендации по использованию утпелителя.