Производство, свойства и применение пенополиуретанов

Пенополиуретаны (ППУ) получают жесткой, полужесткой и эластичной структуры как с одинаковой плотностью по сечению, так и с переменной (интегральные ППУ) с закрытыми и открытыми порами.

Технологический процесс производства ППУ включает следующие стадии: сме­шение компонентов композиции (полиол, полиизоцианат, поверхностно-активное вещество, катализатор, вода, вспенивающий агент), розлив реакционной смеси в формы для вспенивания, отверждение вспененного материала.

В качестве полиолов применяют сложные и простые гидроксилсодержащие ПЭФ, например полиэтиленгликольадипинат, полипропиленоксид, сополимер теграгидро-фурана и пропиленоксида и др. Количество полиизоцианата выбирают таким образом, чтобы на 1 активный Н-атом полиола приходилось 0,8-1,2 NCO-групп. Из поверхностно-активных веществ пригодны натриевые соли сульфокислот, мыла, полидиметилсилоксановое масло, блок-сополимер полидиметилсилоксана и полиэтилеиоксида с молекулярной массой 500—2500 и содержанием силоксана 40-70 %. Катализаторами служат третичные амины (диметиланилин, диметилбензиламин и др.), оловоорганические соединения (например, дибутилдилауратолово). Вода — необходимый компонент для вспенивания, но дабавляют и другие вспенивающие агенты — хладоны (фтортрихлорметан, трифторхлорметан и др.). Таким образом, в состав композиции для вспенивания входят следующие компоненты, масс, ч.:

Полиол 100

Полиизоцианат 30-100

Вода 1-6

Хладоны 0-40

Поверхностно-активное вещество 0,01-5,0

Катализатор 0,1-2,0

В состав композиций также можно вводить пластификаторы, наполнители, огне­защитные добавки, красители и пигменты.

Качество ППУ во многом зависит от качества смешения компонентов, поэтому применяют скоростные смесители, в которых обеспечивается перемешивание частотой 65-100 об/с. Вспенивание композиции происходит сразу же после смешения комнентов. Первый медленный период (вспенивание на 2 %) длится 1-2 мин, а затем протекает быстрое вспенивание — на 95 % за 3-10 мин. Максимальная скорость вспенивания 30-200 мм/мин наблюдается через 2,5-4,5 мин от начала вспенивания.

Вспенивание и отверждение ППУ происходит без нагревания и требует нескольких часов. Максимальная прочность достигается через 24-48 ч. Отверждение ускоряется нагреванием при 90-140 °С. Плотность ППУ уменьшается при увеличении в композиции содержания воды (или при добавлении фреонов) и полиизоцианата. При вспенивании композиции и отверждении ППУ одновременно протекают четыре реакции, сопровождающиеся образованием уретановых, мочевинных, аллофонатных и биуретовых структур.

Композиции для вспенивания перерабатывают путем заливки в формы (периодические и непрерывные процессы) и конструкции, а также напылением на поверхность изделий. Имеются высокопроизводительные установки на 1,5-7,5 кг/с. На рисунке приведена схема производства эластичного пористого полиуретана марки поролон, изготовляемого, например, по следующей рецептуре, масс.ч.:

ПЭФ (из адипиповой кислоты, диэтилеп- 100

гликоля и триметилолпропана)

Смесь 2,4- и 2,6-ТД И 39

Активаторная смесь:

поверхностно-активное вещество 4,6

катализатор 1,4

вода 1,0

парафиновое масло 0,2

Активаторную смесь готовят в смесителе 5, в который загружают из сборника 1 катализатор — диметиланилин, из сборника 2 парафиновое масло, регулирующее размер пор, из сборника 3 натриевые соли сульфокислот и из сборника 4 воду. После тщательного перемешивания активаторную смесь непрерывно подают в смесительную головку б установки (туда же вводят ПЭФ и ТДИ из сборников 7 и 8), где в течение 1-2 мин создается однородная композиция, сливаемая затем на непрерывно движущуюся бумажную форму.9, которая установлена на транспортере. В форме композиция вспенивается выделяющимся углекислым газом. Форма после прохождения тоннеля для вспенивания 10 поступает в сушильную камеру 11, а затем в машину 12 для нарезки блоков заданных размеров. Блоки укладываются на этажерки 13 и передаются в камеру 14 для отверждения при обдувке воздухом в течение 1-3 сут. Готовые блоки режутся на листы определенной толщины на резательном станке 15 и упаковываются.

Эластичный ППУ выпускают в виде блоков длиной не менее 1200 мм, шириной не менее 400 мм и толщиной до 100 мм, листов длиной 2000 мм, шириной 1000 мм и толщиной от 4 до 300 мм, полотен длиной не менее 15 000 мм, шириной 850-1500 мм и толщиной от 3 до 400 мм.

Поролон применяют в качестве амортизационного, набивочного и настилочного материала в автомобиле-, вагоно- и самолетостроении, а также при изготовлении мягкой мебели.

Заливкой композиции в конструкции получают жесткий самозатухающий ППУ с замкнутоячеистой структурой. Им заполняют объемы плавучести пластмассовых судов, обтекателей самолетов и других изделий.

ППУ с закрытоячеистой структурой и поропласты (с размером открытых пор от 0,4 до 3,2 мм) характеризуются небольшой плотностью (от 30 до 250 кг/м³), легкостью изготовления, широким ассортиментом по плотности и эластичности, низким коэффициентом теплопроводности (от 0,023 до 0,058 Вт/(м • °С)), рабочей температурой от -60 до 100-170 °С (в зависимости от вида сырья и метода изготовления). Свойства ППУ представлены в табл. 20.5.

Хорошие тепло- и звукоизоляционные свойства, устойчивость к действию кипящей воды, бензина, смазочных масел, водных растворов солей, к плесени и гниению, отличная адгезия к дереву, металлу, тканям и неплохие электроизоляционные свойства обеспечивают жестким ППУ широкое применение во многих областях техники.

Применение ППУ ограничивается высокой стоимостью и токсичностью изоцианатов — основного вида сырья, а также горючестью и старением полимера при повышенных температурах.

Использованная литература: