Из низкомолекулярных гликолей бутиленгликоль занимает ведущее место в процессе производства полиуретанов. Гликоли, включающие н-фениленовые и 1,4-циклогексиленовые группы, способны обеспечивать полиуретаны с повышенной температурой плавления и отличной водостойкостью; однако их использование в промышленности остается ограниченным.
Полиуретан: применение и свойства
Полиуретан представляет собой современное сырье, активно используемое в различных отраслях промышленности, которое можно сопоставить с резиной, каучуком и металлами. Этот полимер встречается в различных формах — от жидких до твердых, включая формованные листы. Благодаря своим уникальным свойствам, универсальности и доступности, полиуретан приобрел широкую популярность в производстве.
Теперь рассмотрим полиуретан более детально: его состав, свойства, производство и области применения.
История создания полиуретана
Полиуретан был впервые синтезирован в 1937 году знаменитым немецким химиком Отто Байером, который использовал в своем методе диизоцианаты и жидкие полиэфиры. Полученное вещество по многим параметрам значительно превышало характеристики доступных на тот момент пластмасс. Дальнейшие исследования в этой области были ориентированы на создание искусственных волокон и пенопластов с высокой эластичностью, однако начало Второй мировой войны остановило эти разработки. Тем не менее, полиуретан нашел применение, например, его использовали в ограниченных объемах для покрытия самолетов.
Технология производства полиуретана была значительно усовершенствована в 1954 году, и в итоге она стала использоваться в промышленности. При синтезе применялись диизоцианат толуола и полиэфирный полиол, что открыло двери для массового производства в 1960-х годах благодаря усилиям крупных американских компаний, таких как Mobay и UnionCarbide.
Интересно, что высокоэластичная полиуретановая пена была получена случайно — в подготовленную для реакции смесь добавили воду, что привело к совершенно неожиданным результатам и возникновению новых материалов.
Свойства полиуретана
Полиуретаны представляют собой класс синтетических полимеров, в молекулах которых находятся уретановые группы. Так как их молекулярные структуры могут значительно варьироваться, технические характеристики и свойства полиуретанов также отличаются. Однако к их общим свойствам можно отнести вязкость и высокую эластичность. По этой причине они классифицируются как эластомеры — это материалы, которые могут растягиваться и сжиматься, возвращаясь к своему исходному виду. Говоря иначе, они обладают поведением, схожим с резиной.
Морозостойкость полиуретана заслуживает особого упоминания. Он может эксплуатироваться в температурном диапазоне от -60°C до +80°C.
Гибкие пенополиуретаны широко применяются в качестве амортизаторов. Также они нашли свое применение в постельных принадлежностях, подложках, упаковочных материалах и в интерьере автомобилей.
Что такое полиуретан?
Состав полиуретанов включает полиолы и изоцианаты, которые получаются из нефти, даже если речь идет о сырой нефти, экстрагированной непосредственно из источника. В процессе дальнейшего синтеза, при смешивании этих основных компонентов в жидкой форме, вещество приобретает полимерную структуру и специфические свойства, такие как пластичность и жесткость. Изделия из полиуретана демонстрируют различные коэффициенты трения и достигают прочности на разрыв до 550%, выдерживая колебания температур от -55°C до +85°C. Изменяя процентное соотношение компонентов, можно варьировать свойства материала — он может быть как мягким, так и жестким, ячеистым или монолитным. Дополнительные свойства материала могут быть получены за счет добавления катализаторов, пенообразователей, стабилизаторов и других компонентов.
Для производства изделий из полиуретана могут использоваться практически все известные производственные процессы, так что используются различные методы его обработки и производства.
Кастинг.
Наиболее популярный метод литья, аналогичный другим технологиям производства пластмасс. Он предоставляет возможность создавать полиуретановые изделия со сложной геометрией. Данная технология не требует сложной автоматизации и позволяет производить большие объемы продукции. В этом случае изделия весом более 3-4 тонн изготавливаются путем литья на подставке. Процесс прост: масса разогревается и заливается в специальную форму, после чего затвердевает, принимая твердую форму. Увеличение давления может значительно ускорить данный процесс.
Прессование.
Этот метод используется для предварительно уплотненного материала, который затем подается в специализированное оборудование. Под значительным давлением масса формируется в нужную конфигурацию. Перед основным процессом литья полиуретан может быть нагрет или размягчен посредством сжатия, что также меняет геометрию компонента и его свойства. Каждая стадия процесса контролируется с помощью компьютеризации для достижения более высоких стандартов.
Экструзия.
Этот метод также называется экструзией. Полимерный материал нагревается, размягчается под давлением и подается в экструдер, где он остывает и затвердевает. В результате данного процесса получают прутки и плоские листы с определенным сечением, которые затем могут быть нарезаны или скручены в нужные формы.
Литье со стандартным оборудованием
Это распространенная методика создания изделий с помощью литья, выполняемая естественным способом. Процесс заключается в заливке материала в жидком состоянии в каркас, после чего затвердевание происходит под действием температуры или химических реагентов. Обычно эта методика используется для небольших партий. Процесс литья не требует больших затрат на дорогостоящие и сложные формы.
Виды полимера
В химической промышленности существует три основных типа полиуретанов:
- Липиды — эти вещества обладают высокой упругостью и великолепно удерживают форму. Они часто служат основой для уплотнительных материалов и активно участвуют в производстве инвалидных кресел, конвейерных роликов и шин. В зависимости от дополнительных качеств адипренов, они могут использоваться для создания циклонов, гипсовых каркасов или компонентов для заливки бетона.
- Балколан — это твердый полимер, который демонстрирует широкий диапазон рабочих температур, не теряя своих свойств, что позволяет использовать его для создания подшипников, кронштейнов и сайлентблоков.
- Вулкопрен — это вид полиуретана, который затем подвергается вулканизации и соединяется с другими полимерами, например, резиной. Этот метод обеспечивает высокую износостойкость конечного продукта.
Каждый из этих эластомеров активно применяется в различных сферах, поскольку характеристики, такие как прочность, долговечность и растяжимость, значительно превышают показатели обычных резины и металлов.
Свойства и характеристики
Одним из ключевых свойств полиуретанов является их способность временно изменять форму и возвращаться к исходной после снятия нагрузки. Эти полимеры также выделяются устойчивостью к воздействию различных химических веществ, масел и кислот. Они не боятся микроорганизмов и не поддаются воздействию ультрафиолетового излучения.
Благодаря своим уникальным техническим характеристикам, этот вид пластика незаменим в условиях эксплуатации, требующих стойкости к истиранию и долговечности. Важные особенности включают:
- Плотность — в зависимости от типа, параметры варьируются от 30 до 300 кг/м3;
- Твердость (по Шору) — от 50 до 99 единиц;
- Диапазон рабочих температур — от -55°C до +85°C, с возможностью кратковременного использования до +110°C или даже до +150°C без плавления и потери первоначальных свойств;
- Эластичность — до 50 МПа.
Полиуретан — легкий материал, не проводящий электричество, и его целостность не нарушается под воздействием озона.
В настоящее время вопрос переработки полиуретана становится все более актуальным. Это связано с ростом объемов отходов и издержками на их вывоз. В последние годы были разработаны новые технологии переработки эластомеров, что привлекает все большее внимание к данной проблеме.
Подробная информация об изделиях и их свойства
Сравнивая изделия из полиуретана с аналогичными гипсовыми элементами, можно выделить их множество преимуществ. Они не подвержены воздействию погодных условий, обладают высокой долговечностью и простотой в использовании.
Основные свойства полиуретановых изделий включают:
- Влагостойкость — это качество значительно расширяет область применения шпаклевочных материалов, позволяя использовать их даже во влажных помещениях.
- Пластичность — полиуретан легко поддается обработке и способен принимать любую заданную форму.
- Долговечность — полиуретановые декоры устойчивы к трещинам, не расслаиваются и не деформируются.
- Широкий диапазон рабочих температур — позволяет использовать этот продукт как внутри помещений, так и на открытом воздухе.
- Легкий вес — обеспечивает простой монтаж без необходимости применения дополнительных крепежных элементов.
- Низкая стоимость — это делает продукт экономически выгодным.
- Экологичность — полиуретан является гипоаллергенным и безопасным для человека.
Лепнина в наше время
Если раньше лепнина ограничивалась колоннами и шпаклевкой на стенах и потолках, то сегодня ее применение стало значительно шире. Современная лепнина включает декоративные балки, наличники крыш, цоколи, подоконники, камины, купола и различные элементы украшения.
Лепной декор эффективно применяется как снаружи, так и внутри зданий, часто используется для украшения фасадов. Шпатлевка легко наносится на любые поверхности и может сочетаться с различными отделочными материалами, что позволяет создавать уникальные произведения искусства.
Применение в интерьере
Полиуретановые формы обладают высокой гибкостью и могут использоваться в самых различных декоративных комбинациях. Переходы от стены к потолку, соединения между люстрами и светильниками, а также ниши могут быть выполнены с помощью моделирования полиуретана. Он также используется для разделения пространств и создания определенных акцентов.
Эти декоративные материалы могут быть окрашены в любой цвет и могут имитировать текстуру дерева, камня или мрамора. Он также является универсальным материалом, который можно состарить по желанию, предусмотрев таким образом включение в интерьер как старинных, так и современных стилей.
Если интерьер состоит из различных элементов шпаклевки, они должны гармонично сочетаться друг с другом и принадлежать к одной стилевой направленности. Не следует перегружать маленькие помещения излишком шпаклевки. В местах отделки потолков, стен и оконных проемов важно сохранять единый стиль.
Правильно подобранные материалы могут прекрасно выделить монотонность отделки. Оконные проемы на внешней стороне здания способны придать дому уникальный и элегантный вид. Полиуретан защищен от влаги, морозов и резких перепадов температур, что позволяет ему эффективно заменить ранее популярные деревянные антаблементы.
Декоративные элементы из полиуретана способны подчеркнуть как экстерьер, так и интерьер как величественных особняков, так и современных бутиков, ресторанов и отелей.
Ключевым свойством полиуретанов является их способность изменять свою форму на короткое время и возвращаться к ней после снятия нагрузки. Эти полимеры устойчивы к воздействию различных химических составов, масел и кислот, не боятся микроорганизмов и не реагируют на ультрафиолетовое излучение.
Применение полиуретанов
Эластомеры на основе полиуретана активно применяются в производстве крупных изделий, таких как фрикционные шины, конструкции, закладные детали, технические изделия и многочисленные резинотехнические изделия. Поглощающие и демпфирующие элементы также выпускаются во всех отраслях промышленности. К числу таких изделий относятся передаточные ремни, ремни движения, нескользящие покрытия, различные эластичные валики и ролики, уплотнительные прокладки, бамперы и отбойники и прочие изделия. Благодаря своим свойствам, особенно стойкости к истиранию, изделия из полиуретана успешно используются в устройствах и механизмах, работающих под высокой нагрузкой. К соответствующим направлениям применения можно отнести железные дороги, автомобильную промышленность, машиностроение, обувной сектор, а также медицинскую и спортивную сферы.
Рисунок 3. Полиуретановый цилиндр
Жидкий полиуретан может выпускаться в форме спрея и применяется для изоляции различных конструкций и механизмов, таких как вагоны, грузовики и люки. Он также входит в состав различных герметиков, клеев, лаков, красок и других средств для изоляции и декоративной отделки.
Несмотря на широкое применение эластомерных полиуретанов, пенополиуретаны занимают лидерские позиции на рынке полиуретановых пластмасс. В дополнение к теплоизоляции труб, пенополиуретаны часто используются для производства сэндвич-панелей и других легких, прочных строительных материалов, которые могут быть напылены практически на любую поверхность. Они также применяются для теплоизоляции в холодильниках, морозильных камерах, складах и в электротехнике, а также в производстве самолетов, тележек и рулевых колес. Мягкий полиуретан является уникальным материалом для мебели и легкой промышленности.
Вторичная переработка ПУ
Несмотря на то что полиуретан не оказывает негативного воздействия на окружающую среду, его переработка представляет собой серьезную задачу. Это связано с тем, что он не относится к термопластичным эластомерам, которые могут перерабатываться многократно. Пенополиуретан, в свою очередь, является реактивным пластиком и практически не поддается переработке, что создает определенные трудности.
Данная проблема остается серьезным недостатком, препятствующим еще более широкому распространению пенополиуретана в нашей жизни и на планете в целом.
