Эластичный пенополиуретан что это такое

Эластичный пенополиуретан

Эластичный пенополиуретан – это вспененный полиуретан, который отличается мягкостью и другими особенностями. Как и жесткие ППУ, получают его в результате смешивания компонентов и химической реакции. Материал имеет открытые или закрытые газонаполненные поры, которые обеспечивают отличные теплоизоляционные характеристики. Самым распространенным представителем данной группы ППУ выступает поролон, с которым знаком каждый человек.

Особенности производства и разновидности

При изготовлении эластичного пенополиуретана используются простые или сложные полиэфиры. Они могут иметь простое линейное или слегка разветвленное строение. Для получении материала их смешивают с ди- или полиизоцианатами в присутствии воды и катализаторов. Вспенивание материала обеспечивает диоксид углерода, который выделяется при взаимодействии основных компонентов.

Катализаторами при изготовлении эластичного пенополиуретана обычно служат третичные амины или оловоорганические соединения. Также могут применяться стабилизаторы пены, которые обеспечивают равномерную структуру. Иногда используются красители и дополнительные вспенивающие компоненты.

В зависимости от процесса производства и применяемых компонентов эластичныйпенополиуретан бывают на основе сложных или простых полиэфиров. К тому же материал бывает:

Размеры (толщина, ширина и др.) зависят от назначения и требований заказчика.

Характеристики и свойства

Эластичный ППУ отличается мягкостью. Он легко деформируется при нажатии, но быстро восстанавливается при прекращении воздействия. Это обуславливает его отменные амортизирующие свойства.

Плотность эластичного пенополиуретана колеблется от 5 до 35 кг на кубический метр. Благодаря пористой структуре, он имеет небольшой вес и отличные теплоизоляционные характеристики. Обеспечивают их поры, наполненные воздухом, которые образуются при химической реакции.

Помимо теплоизоляционных свойств, эластичный ППУ с открытыми порами легко впитывает влагу, с закрытыми порами – более устойчив к влаги и воде. Материал легко приклеивается к дереву, металлу и другим поверхностям. Не подвергается коррозии, но может менять цвет и терять характеристики под воздействием ультрафиолета.

Сфера применения

Эластичныйпенополиуретан широко применяется в различных сферах:

Также материал часто используется при упаковке промышленных товаров. Не менее он востребован в медицине, обувной промышленности и других сферах.

Компания PPUSystem является официальным представителем торговой марки «Изолан» и специализируется на поставках компонентов из пенополиуретана. Если необходимэластичный ППУ, воспользуйтесь услугами компании. При необходимости воспользуйтесь консультацией наших специалистов и получите ответы на свои вопросы.

Источник

Высокоэластичный пенополиуретан — раскрываем секреты ортопедической пены

Высокоэластичный пенополиуретан используется в матрасах, диванах, автомобильных креслах в качестве амортизирующей набивки. В этой статье мы раскроем, в чем заключается особенность его производства и почему этот материал имеет более высокую по сравнению обычным ппу цену.

Важно – информация о пенополиуретанах всех видов, сравнение марок ппу по плотности и упругости находится в другой статье. Эта же полностью посвящена высокоэластичному ППУ или ортопедической пене, которые часто встречаются под различными торговыми марками: Ormafoam, эластичная пена Sleep Professor, Orto Foam и другими.

Чем высокоэластичный пенополиуретан отличается от поролона?

Между этими материалами есть и сходство, и различие. По составу оба представляют собой пластик, по структуре застывшую пену. Ячейки пены содержат воздух, благодаря этому изделие из ппу легко деформируется, и умеет восстанавливать форму. Через пласт любого ппу легко происходит газообмен. И тот, и другой материал легко впитывает и удерживает воду. Этим поролон и высокоэластичная пена похожи. Но разницу между ними можно заметить на глаз, без проведения сложных опытов и анализов.

Подробнее остановимся на том, как отличить ортопедическую пену от поролона по внешним признакам.

Зная это, вы сможете установить, какой ппу находится в вашем матрасе, обычный или ортопена.

Состав высокоэластичного пенополиуретана отличается от состава поролона?

Далеким от химии покупателям матрасов постараемся ответить на этот вопрос как можно более просто.

В производстве всех видов ппу используются химические соединения, относящиеся к одним и тем же типам, но различные по содержанию дополнительных компонентов. Для высокоэластичного часто основой является Лапрол 3603-2-12, полиэфир, обогащенный антиоксидантами.

компонент высокоэластичного пенополиуретана

В отдельных видах изделий из высокоэластичного ппу для придания специальных свойств эластичным блочным пенополиуретанам производится их обработка соответствующими пропиточными составами. Такой модифицированный эластичный материал является менее горючим, выделяет меньше дыма при горении, может быть сорбентом для низкомолекулярных веществ.

Вывод: состав поролона проще. Для придания особых свойств ортопедической пене ее производят по особым рецептурам, поэтому стоимость высокоэластичного пенополиуретана выше. Иногда его делают, применяя натуральные компоненты.

Почему ортопедическая пена лучше поролона?

Основные потребительские свойства изделий на основе высокоэластичного полиуретана выше, чем у стандартного ППУ. Для сравнения возьмем материал плотностью 35кг/м, потому что именно такой пенополиуретан выдерживает достаточную нагрузку при использовании в матрасе для взрослого человека.

Важно: такая характеристика, как плотность ППУ, не связана с его мягкостью и ее невозможно определить, сжав образец руками. Сиденье или матрас из неплотного ППУ просядет быстрее, чем из плотного, хотя плотный может ощущаться гораздо более мягким!

Разберем, по каким физическим критериям ортопедическая пена превосходит поролон.

Какая высокоэластичная пена используется в матрасах и диванах?

Какие виды высокоэластичного пенополиуретана используются в матрасах и диванах?

Всего существует две разновидности изделий из ппу: листовые и формованные.

Листовой поролон и изделия из него по-прежнему востребованы и находят широкое применение для изготовления элементов мебели. Это недорогие матрасы и диваны с малой весовой нагрузкой. М арки поролона 3040, 3530, 3540, 4050, 3020 и 3535 являются исключением, их используют в более дорогом сегменте.

Тем не менее, для сложных и объемных мягких элементов мебели применяются детали из формованного ППУ. Беспружинные матрасы, имеющие до 11 зон различной мягкости, спинки и сиденья дорогих диванов и стульев делают именно и него. Чтобы подчеркнуть повышенные эластичность и несущую способность отлитой в форме ортопедической пены, ее иногда называют искусственным латексом.

Интересно: статья о сходстве и различии натурального и искусственного латекса.

Высокоэластичный ППУ с открытыми ячейками, что это и какими свойствами обладает

С помощью дополнительной обработки эластичного блочного пенополиуретана на базе сложного полиэфира выпускается полностью открытопористый пенополиуретан. Это инновационный материал, не содержащий мембран между ячейками. Его можно представить как трёхмерную открытую сетку тяжей.

Производственный процесс в этом случае может включать в себя вторую операцию. Для механического повреждения стенок пузырьков пены проводят прокатку готового блока между вальцами. Специальными технологическими приёмами подобный материал получают и по одностадийному способу. Даже в этом случае стоимость производства ортопедической пены с открытыми ячейками выше обычной.

Дополнительные преимущества ппу с открытыми ячейками:

Особая разновидность пенополиуретана с полыми ячейками – пена с памятью формы, или memoryfoam. Благодаря особенной рецептуре и технологии производства она обладает уникальными свойствами. Мемори отлично копирует рельеф при деформации, очень точно повторяет контуры лежащего на ней человека. После того, как нагрузка прекратилась, некоторое время сохраняет новую форму.

Полезно знать: статья о пене с памятью, советуем прочитать.

Источник

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/см 3 ), чем полиуретаны 1,28 г/см 3 ), 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:

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/м 3 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:

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.

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 *

(0,025 – 0,075)0,003 – 0,01

* 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.

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.

Л., Химия, 1966. 768 с.
Саундерс Дж. X., Фриш К. /С. Химия полиуретанов. Пер. с англ./Под ред. X. М. Энтелиса. М., Химия, 1968. 470 с.
Керча Ю. Ю. Физическая химия полиуретанов. Киев, Наукова думка, 1979, 220 с.
Берлин А. А., Шутов Ф. А. Упрочненные газонаполненные пластмассы. М., Химия, 1980. 192 с.
Композиционные материалы на основе полиуретанов. Пер. с англ./Под ред. Ф. А. Шутова. М, Химия, 1982. 214 с.
Дементьев А. Г., Тараканов О. Г. Структура и свойства пенопластов. М., Химия, 1983. 208 с.
Берлин А. А., Шутов Ф. А. Пенополимеры на основе реакционноспособных олигомеров М., Химия, 1977, 116 с.
Автор: Коршак В.В.
Источник: Коршак В.В., Технологии пластических масс, 3-е издание, 1985 год
Дата в источнике: 1985 год

Источник