Пенополиуретан - материал с богатым прошлым и будущим
Основная задача строительной промышленности на фоне глобального потепления и существенного удорожания энергоносителей – это максимальное снижение эксплуатационных затрат с сохранением эффективности и безопасности выпускаемого продукта. И на протяжении длительного времени мы наблюдаем уверенное движение предприятий промышленности строительных материалов в этом направлении. Благодаря новым технологиям, мы можем использовать действительно безопасные, очень легкие и сохраняющие свои качества на протяжении многих лет материалы.
До недавнего момента для достижения требуемых значений тепло- и звукоизоляции широко использовали минеральную вату и пенополистирол. Теперь же в ряде сфер (утепление крыш, внутренних поверхностей стен, полов и потолков, а также в сэндвич панелях) они активно замещаются значительно лучшими решениями, которые обобщенно именуются пенополиуретанами.
Что же представляют собой пенополиуретаны? По своей сути они входят в группу газонаполненных пластмасс. Их получают путем смешивания изоцианатов и полиэфиров – главных составляющих. Регулируя их соотношения и внедряя дополнительные добавки, такие как силиконы-стабилизаторы, аминные катализаторы и тримеризаторы, можно при процессе вспенивания добиваться замкнутых или открытых пористых структур, повышения показателей пожаробезопасности, улучшения физико-механических характеристик готового продукта, увеличения срока службы и т.д.
Пенополиуретан более чем на 97% состоит из газа (физического вспенивателя) с крайне низкой теплопроводностью, заключенного в закрытых ячейках. В качестве физического вспенивателя используются следующие компоненты:
- Фреон-11 (0,0078 Вт/м*К);
- Фреон-141b (0,0098 Вт/м*К);
- Фреон-134a (0,0143 Вт/м*К);
- Фреон-245fa (0,0122 Вт/м*К);
- Фреон-365mfc (0,0106 Вт/м*К);
- N-Пентан и Изопентан (0,0146 и 0,0138 Вт/м*К соответственно);
- Циклопентан (0,0126 Вт/м*К);
- Углекислый газ (0,0163 Вт/м*К).
Сравнивая их значения теплопроводности с воздухом (0,0266 Вт/м*К) становится понятным, что же обуславливает отличные теплоизоляционные характеристики пенополиуретана (не выше 0,022 Вт/м*К).
Небольшое путешествие в историю
Полиуретан был изобретен еще в далеком 1937 г. ученым Отто Байером. Тогда он, в рамках экспериментов с 1,6-гексаметилдиизоцианатом, добавил к нему алкидные смолы. В результате исходные характеристики существенно изменились. Новинка обладала отличными эксплуатационными и теплоизоляционными свойствами.
В мире
Спустя три года после изобретения, ППУ взяли на вооружение производители самолетов. Они применили его в роли теплоизолятора, чем существенно облегчили свою продукцию без снижения остальных показателей.
В 1950-х годах из нового полимерного вещества начали производить кожзаменитель, ткани, скафандры и подушки. В это же время создали первые сэндвич-панели, которые в дальнейшем сделали революцию в строительстве. В 60-х годах прошлого века на основе полиуретана начали выпускать отделочные материалы и бамперы для автомобилей. Затем появились полиуретановые беговые дорожки, ласты, роликовые колеса. В это время приступили к изготовлению готовых скорлуп для труб, напыляемой на стены и на кровлю термоизоляции, панелей для бытового и промышленного холодильного оборудования, и т.д.
Массовое производство сэндвич-панелей непрерывным способом началось с 1980-х годов. Наряду с ними пенополиуретан стал использоваться для изготовления пожарных шлангов, пассажирских сидений, мебельного декора, досок для серфинга. В 90-х годах объемы производства стали еще более стремительно расти, замещая все больше перспективных ниш. Технологии позволили получать из него матрасы и подушки с функцией памяти, различные декоративные элементы, медицинские шланги, футбольные мячи, теплоизоляцию для бронетехники и топливных баков ракетоносителей, заполнители для оконных профилей и т.д.
Ну и наконец, с 2000-х медицина смогла получить из ППУ биополимеры. Также его начали применять и в разного рода композитах.
А что в России?
В 1960 гг. стартовали первые исследования в Академии Наук СССР. Главной задачей в то время стояло осуществление полного перехода на свою производственную базу за самые короткие сроки. В 70-годах на территории СССР (в Самаре) открылся один из первых в мире заводов, выпускающий сэндвич-панели. При этом все сырьевые компоненты получали уже в пределах страны.
80-е гг. ознаменовались появлением полиизоцианурата (PIR). Его главным достоинством является коксование в месте воздействия огня и создание барьера для дальнейшего распространения пламени. Наряду с огнестойкостью PIR имел еще и высокие термоизоляционные свойства. Благодаря этому он эффективно начал использоваться в роли теплоизоляции для топливных баков ракетоносителей, где он является безальтернативным и до нашего времени.
С распадом СССР в 90-х последовал резкий упадок производства сырьевых компонентов для получения полиуретана и веществ на его основе. По этой причине пришлось перейти на полный импорт изделий из этих материалов.
Восстановление сырьевой базы в РФ стартовало с 2000-х годов импортозамещением некоторых компонентов. Сейчас этот процесс продолжается.
Современность
Благодаря уникальным свойствам пенополиуретаны получили широчайшее распространение практически во всех областях деятельности человека, начиная с привычных предметов быта, заканчивая самолетостроением. И здесь область применения зависит от типа, которых на данный момент можно насчитать три:
- Эластичный.
- Жесткий.
- Интегральный.
Самым востребованным является жесткий тип. Он используется как отличный утеплитель.
Представители жестких пенополиуретанов характеризуются хорошей прочностью с низкой плотностью. При этом теплопроводность этой группы существенно ниже показателей, которые демонстрируют другие распространенные утеплители.
Пенополиуретаны и вещества на их основе нашли очень широкое применение в строительстве и промышленности. Из них изготовляют монтажную пену, сэндвич-панели, термоизоляцию для труб, а также ППУ напыляют непосредственно на ограждающие конструкции в качестве теплоизоляции.
Отдельно стоит выделить PIR-панели и плиты. Возобновление мощностей в нашей стране для получения данной продукции стартовало несколько лет назад, а предприятия, производящие PIR плиты появились всего пару лет назад. Пенополиизоцианурат выгодно отличается от других полиуретанов.
Среди достоинств можно выделить:
- теплопроводность 0,022 Вт/м*К;
- очень низкое водопоглощение благодаря закрытой пористой структуре;
- экологичность;
- соответствие группе горючести Г1;
- отличная устойчивость к высоким динамическим нагрузкам.
Безопасность PIR-плит настолько высокая, что ими можно утеплять безграничные площади кровель сплошным слоем без необходимости применения противопожарных рассечек. При этом, благодаря устойчивости к нагрузкам, межремонтный срок эксплуатации кровель с PIR теплоизоляцией превышает 30 лет.
Что ожидать в будущем?
Благодаря постоянному повышению требований к термоизоляционным материалам, ученые непрерывно работают над совершенствованием существующих полимеров. И на данный момент можно уже перечислить ряд перспективных решений, внедрение которых во всеобщее использование – это лишь дело времени.
Отечественные производители полиуретановой изоляции готовят к выпуску панели и плиты из пенополиуретана, в которых используется в качестве физического вспенивателя вещество с еще более низкими показателями теплопроводности чем у вспенивателей, используемых сегодня. Это позволит в будущем снизить коэффициент теплопроводности конечного продукта до значений 0,018 Вт/м*К и даже ниже, т.к. газ в ячейках в большей степени отвечает за теплопередачу.
Еще одним очень перспективным продуктом деятельности науки можно назвать вакуумную теплоизоляцию, которая уже производится с использованием пенополиуретанов. Эта разработка характеризуется передачей тепла, которая очень приближена к безвоздушному пространству. Например, вакуумно-полиуретановые плиты могут похвастаться показателем в 0,002 Вт/м*К (более чем в 10 раз ниже показателей воздуха).
Посмотрев в ближайшее будущее, можно с уверенностью говорить о том, что оно лежит за полимерами. Минеральные утеплители постепенно вытесняются с рынка более совершенной продукцией полностью искусственного происхождения. И причиной этому служат уникальные свойства, позволяющие снизить эксплуатационные затраты без потери требуемых качеств конечного продукта.
Автор статьи: Тарас Грицун
Материал подготовлен при участии экспертов Ассоциации «НАППАН»
www.nappan.ru
Источник: http://www.know-house.ru/avtor/polyurethane2.html