ППУ — пенополиуретан, свойства и применение¶

ППУ (пенополиуретан) — пористый полимер, продукт полимеризации полиолов и изоцианатов, получаемый с одновременным вспениванием материала. Относится к классу газонаполненных пластмасс и характеризуется низкой плотностью, малой теплопроводностью и широким диапазоном применения — от теплоизоляции зданий до изготовления мягкой мебели. В зависимости от структуры ячеек различают жёсткий, эластичный (мягкий) и интегральный ППУ.

¶Состав и технология производства

Основой ППУ служат два компонента, в промышленности обозначаемые как компонент А и компонент Б (в быту часто «полиол» и «изоцианат»). Полиол — многоатомный спирт, определяющий эластичность и структуру материала; изоцианат (чаще всего дифенилметандиизоцианат, МДИ) — реактивная составляющая, вступающая в реакцию с полиолом. В смесь добавляют вспенивающие агенты (воду или фреоны), катализаторы, стабилизаторы-пеностабилизаторы (кремнийорганические соединения) и, при необходимости, огнезащитные добавки.

При смешивании компонентов происходит экзотермическая реакция полимеризации, сопровождающаяся выделением углекислого газа (при использовании воды) или испарением фреона. Газ образует поры, и масса вспенивается, заполняя форму или пространство. Реакция протекает за секунды — минуты, что позволяет формовать изделия сложной геометрии и заливать ППУ в полости (например, в межвенцевое пространство срубов).

¶Виды ППУ

По жёсткости и структуре различают:

• Жёсткий ППУ — преимущественно закрытоячеистый (до 90 % закрытых пор), плотность 30–80 кг/м³. Обладает высокой прочностью на сжатие и низкой паропроницаемостью. Основное применение — теплоизоляция.
• Эластичный (мягкий) ППУ — открытая пористая структура, плотность 20–60 кг/м³. Хорошо пропускает воздух и влагу, восстанавливает форму после деформации. Используется для наполнения матрасов, подушек, мягкой мебели, а также как акустический материал.
• Интегральный ППУ — плотный материал с твёрдой эластичной поверхностью и пористым ядром, получаемый заливкой в закрытые формы. Применяется для деталей интерьера, элементов обуви, деталей автомобилей.

¶Основные свойства

Теплопроводность жёсткого ППУ составляет 0,020–0,035 Вт/(м·К), что сопоставимо с лучшими минераловатными утеплителями. Паропроницаемость закрытоячеистых марок низкая, водопоглощение по объёму — единицы процентов. ППУ химически инертен к большинству солей, кислот и щелочей, не подвержен биопоражению (грибкам, плесени, гниению). Диапазон рабочих температур для жёстких марок — от −60 до +150 °C (при кратковременном нагреве до +220 °C).

К недостаткам относят горючесть (класс Г2–Г4 в зависимости от рецептуры; огнестойкие марки с антипиренами относятся к классу Г1), выделение токсичных продуктов при горении (циановодород, оксиды азота) и деградацию под действием ультрафиолета. Долговечность при соблюдении условий эксплуатации — 25–50 лет.

¶Применение

¶Теплоизоляция зданий

Жёсткий ППУ — один из основных утеплителей в строительстве. Используется в виде плит, напыляемых покрытий (напыляемый ППУ) и заливных смесей. Напыление формирует бесшовный слой, что исключает мостики холода. Материал применяют для утепления кровель, фасадов, фундаментов, подвалов, холодильных камер и трубопроводов. В России производством ППУ-плит и систем напыления занимаются как крупные заводы («Пеноплэкс», «ТехноНИКОЛЬ»), так и десятки региональных предприятий.

¶Автомобилестроение и транспорт

ППУ применяют для изготовления сидений, подголовников, элементов торпедо, бамперов и деталей кузова. В вагоностроении и авиастроении — как звуко- и теплоизоляционная прокладка. В судостроении — для заполнения плавучих элементов.

¶Мебель и матрасы

Эластичный ППУ (поролон) — основной наполнитель матрасов, подушек, мягкой мебели. Плотность и жёсткость подбирают под требования к изделию: от 20 кг/м³ для подушек до 60 кг/м³ и выше для ортопедических матрасов.

¶Холодильная промышленность

ППУ заливают в полости корпусов бытовых и промышленных холодильников, рефрижераторов, изготавливают из него сэндвич-панели для холодильных складов.

¶Прочее

Материал находит применение в упаковке (защитные вставки), в садоводстве (гидропоника), в изготовлении спасательных жилетов и поплавков, в декоративной лепнине (интегральный ППУ).

¶Экология и утилизация

Отходы ППУ подлежат захоронению на полигоне либо переработке: измельчённый материал используется как наполнитель для новых изделий, а в некоторых технологиях — как сырьё для получения полиольного компонента (химическая переработка). При горении ППУ выделяет токсичные вещества, поэтому в жилых помещениях допускается применение только марок с пониженной горючестью и в сочетании с негорючими облицовками.

¶История

Пенополиуретан открыт в 1937 году немецким химиком Отто Байером и его коллегами при попытке получить новое волокно из изоцианатов. Первые образцы пены получили в 1939–1940 годах. В СССР промышленное производство ППУ развивалось с 1960-х годов; в 1970-е появились первые линии по выпуску эластичного поролона и жёстких плит.

Источники:

• ГОСТ 30972-2002. Изделия из пенополиуретана.
• Основы технологии полимеров / под ред. С. М. Альтшулера. — М.: Химия.
• Кудрявцев Н. Б., Митрофанов И. Л. Технология пенополиуретана. — М.: Химия.
• Технические каталоги «ТехноНИКОЛЬ» и «Пеноплэкс».