Пенополиуретан — что это такое и где применяется?

Какие бывают пенополиуретаны и где они используются? Преимущества жесткого ППУ для теплоизоляции зданий и коммуникаций. Что необходимо знать о напыляемой теплоизоляции? Также рассмотрим приготовление ППУ из промышленных компонентов и рассчитаем стоимость 1 м2 теплоизоляции.

Что собой представляет пенополиуретан?

Напыляемый утеплитель — что это такое и где применяется?

Если посмотреть на такой материал, как полиуретан, технические характеристики у него будут похожими на свойства пластмассы. Особенностью указанного утеплителя является то, что он имеет пенистую структуру, в его составе содержится до 90% газообразного вещества, а остальную часть составляют тонкие ячейки.

В структуре присутствует огромное количество изолированных друг от друга ячеек, которые наполнены газом, что и обеспечивает низкую теплопроводность такого материала, как утеплитель пенополиуретан.

Данный материал был изобретен в Германии немецким ученым Отто Байером еще в 1937 году. В своей лаборатории вместе с коллегами они получили утеплитель, который имел уникальные возможности и мог применяться в различных сферах.

Характеристики пенополиуретана позволяют готовить этот теплоизоляционный материал прямо на строительной площадке. Для этого необходимо в определенной пропорции смешать два компонента, которые вступают между собой в химическую реакцию. Через некоторое время они превращаются в твердый полимер, который выглядит, как застывшая пена монтажная.

Если изменять пропорции составляющих элементов, то характеристики полиуретана будут меняться. В зависимости от этого, такая теплоизоляция подойдет, например, для утепления окон или дверей, другой ее вид используется для уплотнения стен, следующий может применяться для различных трубопроводов.

В зависимости от того, какого вида пенополиуретан, характеристики его будут отличаться между собой, на это влияет размер ячеек, толщина их стенок.

Но независимо от используемого вида ППУ, отзывы об этом утеплителе всегда положительные.

Хотя есть много видов ППУ, но следует остановиться на тех, которые чаще всего используются:

1. Поролон. Одним из видов ППУ является привычный всем поролон, его плотность в переделах 5-35 кг/м³. Такой материал применяют для наполнения мягкой мебели, из него делают мочалки, упаковку, подкладки в обувь и одежду.
2. Жесткий пенополиуретан. Такой утеплитель используется при проведении строительных работ, при этом он готовится непосредственно на строительной площадке. Для этого при помощи специального оборудования происходит смешивание двух компонентов указанного материала, которые находятся в баллонах, делается это в определенных пропорциях. Во время проведения испытаний было установлено, что ППУ не боится действия воды и нефтепродуктов, но нельзя допускать его контакта с органическими растворителями и минеральными кислотами.

Сейчас у нас используется более 30 различных марок жесткого пенополиуретана, которые могут применяться как отдельные утеплители, так и комбинироваться между собой.

Такое свойство данного утеплителя, как низкая теплопроводность, позволяет эффективно использовать его при утеплении дома, в качестве звукоизоляции, как изолирующий слой в холодильном и другом оборудовании, в любом случае отзывы об этом материале всегда положительные.

Материал ППУ

Пенополиуретан – это газонаполненная пластмасса на основе полиуретанов, на 85-90 % состоящая из инертной газовой фазы. Материал бывает жестким, мягким, эластичным, благодаря этому он применяется во всех сферах человеческой деятельности:

• служит наполнителем для мягкой мебели, автомобильных сидений, детских игрушек, спальных принадлежностей;
• из него производят губки для мытья посуды, пылевые фильтры, покрасочные валики, монтажную пену, амортизирующую упаковку и не только.

Использование пенополиуретана

Область применения ППУ широка

Так как по экологическим и техническим характеристикам после застывания это самый безопасный и экологичный материал.

Обратите внимание, что при первичном использовании такого необычайного по структуре материала планировали использовать пенополиуретановые изделия для интерьера, и не было никаких серьезных планов на будущее.

К достоинствам в плане технических характеристик можно отнести и то, что материал обладает отличной способностью «прилипать» к любой поверхности, причем это не зависит от материалов, из которых их сделали, и формы покрытия. Благодаря свойствам напыляемого пенополиуретана можно наносить его на любые материалы – дерево, бетон, стекло, металл и неважно, как расположена конструкция – вертикально или горизонтально. Помимо этого, пенополиуретан имеет высокую адгезию и удобен в применении, его не нужно будет закреплять на поверхности и обрабатывать перед тем, как наносить на поверхность.

Благодаря малому весу применение пенополиуретана упрощает ремонт – он не утяжеляет конструкцию, что является значительным плюсом в строительстве. ППУ хорошо переносит и низкие, и высокие температуры, что дает возможность использовать его и для обработки помещений внутри и снаружи, причем и в жилых, и в производственных помещениях.

В отличие от других утеплителей (листовых или панельных) пенополиуретан не образует щелей и швов, которые нужно заделывать. Он отлично заполняет пространство вокруг конструкции, которую утепляют, и дает возможность все загерметизировать, в том числе и те места, которые неудобно заделывать остальными материалами.

При хранении и транспортировку ППУ обходится дешево, так как для его изготовления используют компактные исходные элементы. По своим характеристикам пенополиуретан отлично подходит для мягкой мебели, и его часто используют при создании наполнителя для диванов, кресел и подушек. Последнее время поролон стали применять намного чаще, чем хлопковую набивку и вату. Этот материал знает каждый, и его можно применять для разных бытовых нужд.

Негативные стороны ППУ

Но, идеального материала не существует, во всяком случае, пока что. Помимо достоинств, у жестких пенополиуретанов есть и некоторые недостатки:

• Материал неустойчив к действию УФ лучей, требуется использовать штукатурку или окрашивание стен, иногда используют закрытие панелями.
• Ограничение использования в тех местах, где может быть чрезмерное нагревание поверхности или высокий шанс возгорания.
• Высокая стоимость при напылении.

Технические характеристики ППУ дадут возможность использовать его и дальше во многих сферах деятельности человека.

Химическое строение и особенности

Для прохождения реакции присоединения и образования цепочек полимера необходимо наличие как минимум двух различных компонентов: полиола и полиизоцианата. Сама же реакция проходит в несколько этапов. Вначале из диола и диизоцианата формируются бифункциональные молекулы изоцианата имеющие группу (—N═C═O) и гидроксильные группы (—ОН). В результате прохождения цепной реакции, на обоих концах молекулярных групп образуются короткие цепочки структурно идентичных и однородных полимеров, которые могут быть полимеризованы с другими мономерами.

реакция присоединения полиолов

В реакционную смесь добавляют незначительное количество воды, и в результате прохождения реакции с частью изоцианатных групп образуется углекислый газ, который и является основным фактором вспенивания. В то же время, первичная аминогруппа вступает в реакцию с изоцианатом, замещая мочевину, тем самым достигается устойчивость цепи.

Реакция полиизоцианатов с водой

В зависимости от длины цепи газонаполненных микрогранул различаются и механические свойства полиуретана. Так, типичная плотность составляет от 5 до 40 кг/м³ для мягких пеноблоков, которые повсеместно используются в качестве различного вида наполнителей мебели и др. Жёсткие пенополиуретаны, плотностью от 30 до 86 кг/м³, нашли широкое применение в строительстве в качестве теплоизоляционного и шумоизоляционного материала.

Виды ППУ и формы выпуска

Пенополиуретан делится на мягкий (плотность 5-40 кг/м3) и твердый (30-86 кг/м3). Первая группа представляет собой поролон. Химическая промышленность производит поролон разной плотности:

• стандартный (ST), максимальная нагрузка 60-100 кг/см2;
• жесткий (HL), 80-120 кг/см2;
• мягкий (HS), 60-120 кг/см2;
• повышенной жесткости (EL), 60-100 кг/см2;
• высокоэластичный (HR), 100-120 кг/см2;
• высокоэластичный, пожаробезопасный, специального назначения (CMHR), 100-120 кг/см2.

Поролон всех марок, за исключением CMHR, относится к сильногорючим веществам по ГОСТ 30244. ГОСТ 30402 определяет химическое соединение как легковоспламеняемое, а ГОСТ 12.1.044 – как дымообразующее, токсичное при горении. Мягкий ППУ не используется в строительстве. В этой сфере применяют жесткий пенополиуретан – вещество с антипиреновыми добавками. Из пластов плотностью 30-70 кг/см3 или напыляемого сырья производят тепло- и шумоизоляционное покрытие, а сверхплотные виды (70-86 кг/см3) служат для гидроизоляции в фундаментах, на других поверхностях.

Химическая промышленность выпускает материал в разных формах:

• листовой – жесткий или мягкий, прямоугольной формы, толщиной 5-1000 мм;
• рулонный – мягкий, смотанный в бобины разной ширины, толщина материала 2-30 мм, может иметь подложку из ткани или синтетики;
• блочный – прямоугольные блоки поролона с жесткой непористой коркой, которую полностью или частично удаляют после остывания вспененной смеси;
• акустический – отдельные панели с фигурным рельефом, отличаются высоким коэффициентом звукопоглощения;
• контурный – детали, имеющие фигурную форму (сидения, спинки, подлокотники), выполняются на основе чертежа;
• крошка – дробленый ППУ высокой плотности из плит или скорлуп, размер фракции – 10-30 мм;
• жидкий – напыляемое покрытие.

Технические характеристики жестких пенополиуретанов

Среди множества пенообразных полимеров сложно подобрать материал, объединяющий в себе столько достоинств:

1. Высокая теплоизолирующая способность;
2. Отличное шумопоглощение;
3. Устойчивость к действию агрессивных веществ;
4. Низкое влагопоглощение;
5. Низкая горючесть;
6. Долговечность в применении;
7. Экологичность материала, безопасен для человека.

Характеристика теплопроводности ППУ зависит от размеров ячеек, из которых он состоит. Тем не менее, в сравнении с другими теплоизоляторами ППУ является несомненным лидером по показателям теплопроводности, уступают ему в этом даже минеральные ваты.

Шумопоглощение определяется толщиной слоя изоляции, ее демпфирующими свойствами, а также эластичностью и воздухопроницаемостью. Способность ППУ к задержке звуков зависит от характеристики жесткости материала и частоты звуковых колебаний. Для наилучшей защиты от шума предпочтительнее применение ППУ полуэластичного типа.

Пенополиуретан химически устойчив, по этому показателю он превосходит пенополистирол. Он выдерживает действие едких химических паров в допустимых концентрациях, не разрушается под действием масел, спиртов, бензина, устойчив к воздействию эфиров и кетонов, разбавленных кислот. Слой ППУ, нанесенный на металл, защитит его от появления ржавчины. Характеристика эффективности такой защиты варьируется в зависимости от разновидности пенополиуретана.

Влагоустойчивость ППУ достаточно высока. Она также зависит от рецептуры, по которой изготавливался пенополиуретан. Чем выше его плотность, тем меньше поглощение воды. Если необходимо повысить влагостойкость, добавляют специальные вещества (гидрофобизаторы). Например, добавление касторового масла в состав пенополиуретана позволяет в 4 раза уменьшить его водопоглощение.

Подведение итогов

Как выяснилось, пенополиуретановый утеплитель имеет большое количество преимуществ, которые выгодно выделяют его на фоне других подобных материалов. Этим и объясняется растущая популярность пенополиуретана, которая обуславливается не только его высокими теплоизоляционными характеристиками, но и тем, что создается бесшовное утепление, а также простотой нанесения, легким весом и долговечностью.

Сферы применения

Сфера использования пенополиуретанов весьма широка. В автомобильной промышленности его применяют в качестве наполнителя автокресел и шумоизоляции салона транспортных средств, для изготовления полужёстких панелей салона, подлокотников, рукояток и бамперов. В мебельной и лёгкой промышленности в основном используются поролоны в виде наполнителя и прокладочного материала мягкой мебели, подушек, матрацев, при формовке манекенов, в мягких детских игрушках тоже часто используют поролон в качестве наполнителя. В обувной промышленности пенополиуретаны используются в качестве супинаторов и других элементов обуви.

В качестве хладоизолятора в бытовых, а также торговых холодильниках, крупных холодильных камерах и в транспортной холодильной технике применяются жёсткие пенополиуретаны. Другое важное применение жёстких пенополиуретанов — в качестве теплоизоляторов в магистральных трубопроводах, для изоляции низкотемпературных трубопроводов химической промышленности, в качестве теплоизоляции, а также акустической и гидроизоляции при строительстве, капитальном ремонте складов, ангаров, частных загородных домов, производственных цехов, гаражей, в качестве утеплителя. в металлических сэндвич-панелях для строительства быстровозводимых зданий, а также холодильных камер Достаточно широко применяются уретановые столярные клеи, слегка вспенивающиеся при застывании и заполняющие неплотности пригонки деталей.

Применение жёстких пенополиуретанов с закрытой клеточной структурой для строительства мотивируется очень низкой теплопроводностью (0,029 — 0,041 Вт/(м•K), малой паропроницаемостью, хорошей адгезией и гидроизоляционными характеристиками. Используются как вязкие самовспенивающиеся составы для заливки или нанесения на месте, так и в виде готовых листов. Высокие коэффициенты адгезии делают этот материал весьма универсальным, он может с одинаковым успехом наноситься на бумагу, металл, древесину, штукатурку, кирпич, рубероид, черепицу, металлические трубы и многое другое. Возможность производить и наносить пенополиуретан непосредственно на строительной площадке значительно снижает сопутствующие расходы.

Однокомпонентные составы, отверждаемые влагой воздуха (монтажная пена), также нашли своё применение и часто используются в быту при мелких шумоизоляционных и теплоизоляционных хозяйственных работах, а также там, где требуется заполнение пустот (к примеру, при установке пластиковых окон и дверных проёмов). Они обеспечивают также удовлетворительную механическую прочность и обжим монтируемого элемента.

Отдельные негативные стороны

Абсолютно идеальных веществ не существует. Кроме положительных сторон, жесткие пенополиуретаны выделяют отдельные характеристики в худшую сторону:

• нестойкостью к действию ультрафиолета, необходимо применение защиты штукатуркой, или закрыть панелями, или покрасить.
• ограниченностью применения в тех местах, где возможно чрезмерное нагревание поверхностей или высокая вероятность возникновения возгораний.
• достаточно высокой стоимостью в случае применения напыления.

Технические характеристики полимера обеспечат его производство и применение еще многие годы.

Безопасность

Об экологической чистоте материала говорят, если при заливке термоизоляционного покрытия использовались только высококачественные компоненты, профессиональное оборудование. Не менее важно, чтобы напыление делал квалифицированный мастер – то, как он смешает компоненты, влияет на безопасность покрытия. Сырье для ППУ относится ко 2 и 3 классу опасности, а после застывания образуется материал, характеризующийся инертностью.

Если пропорции исходных компонентов будут выбраны неправильно или нарушится технология приготовления жидкой смеси, то химические вещества не полностью прореагируют. Результат – резкий токсичный запах, который плохо выветривается и вызывает недомогания. Опытный мастер не допускает огрех, благодаря чему покрытие является экологически безопасным, негорючим.

В процессе смешивания сырьевых компонентов образуется токсический формальдегид, бензол, фенол и толуилендиизоцианат. После нанесения «шубы» они испаряются течение суток и больше не выделяются, в отличие от пенопласта или минеральной ваты. Противники химического соединения акцентируют внимание на деструкции вещества в процессе горения. Они заявляют, что при температуре 180 °С выделяется этилен, формальдегид, оксиды азота и углерода, изоцианаты. В реальности такие температурные условия не совместимы с жизнью человека, поэтому говорить о вреде не приходится.

Умеренно горючий, трудновоспламеняемый материал характеризуется малой дымообразующей способностью. Посмотрите на фото с обугленным, но не сгоревшим помещением. На верхнем этаже был пожар, но напыленный ППУ задержал огонь благодаря низкой теплопроводности и негорючести. Такими свойствами обладают не только твердые соединения, но и мягкие высокого качества. Диваны и подушки на основе эластичного ППУ не горят, не выделяют вредных веществ, не вызывают аллергии, врачи не запрещают их использование. Дешевые марки поролона такими свойствами не отличаются.

Способы монтажа

Напыление теплоизоляционного покрытия из ППУ – быстрый и качественный способ монтажа. Для успешного напыления теплоизоляции необходимы:

• Сухая чистая рабочая поверхность;
• Отсутствие атмосферных осадков (дождь, снег, туман);
• Ветер не сильнее 5 м/сек;
• Температура рабочей поверхности от +10оС;
• Температура смеси +18-25оС;
• Толщина напыляемого слоя 3-5 см.

Работа проводится в защитном костюме и маске, в проветриваемом помещении, начиная с труднодоступных участков (трубы, люки вентиляции и т.п.). Напыляемый слой за один проход составляет около 15 мм, для надежного утепления поверхность обрабатывают несколько раз.

Как выбрать пенополиуретан

Если вы хотите сделать «шубу», вам необходимо тщательно выбирать специалистов. Важно, чтобы мастера использовали хорошее оборудование – высококачественная техника работает под высоким давлением, а это экономит материал. Опытный специалист определит толщину изоляционного слоя в зависимости от климатических условий и характеристик обрабатываемой поверхности. Лучшие бренды, выпускающие продукцию высокого качества:

• Basf (Германия) – лидер в химической промышленности. Компания изготовляет материал, который можно наносить при низкой температуре.
• Baymer, Covestro (Германия) – выбор профессионалов, фирма отлично зарекомендовала себя среди пользователей.
• Synthesia (Испания) – продукция компании в широком ассортименте представлена на российском рынке, продается в реальных и интернет-магазинах.
• Huntsman-NMG (Нидерланды) – фирма производит жесткие, эластичные и напыляемые пенополиуретаны. Придерживается демократичной политики ценообразования, распространила свою продукцию не только в Москве и Санкт-Петербурге, но и по всей территории РФ.
• Изолан (Россия) – выпускает продукцию отличного качества, которая достойно соперничает с европейскими компаниями. В производстве используется современное оборудование, передовые технологии. Завод расположен во Владимире.

Если вам нужна мебель из поролона, обратите внимание на показатель плотности. Низкие значения говорят о том, что сидение быстро потеряет форму и продавится. Обращайте внимание на показатели от 30 кг/м3. Толщина прослойки должна составлять 4 см. Наполнитель высотой 2-3 см не будет комфортным. Литая мебель более качественная, чем сделанная из отдельных листов.

Цены на ППУ

Стоимость материала зависит от структуры и формы. Примерная цена на некоторые образцы:

Листовой пенополиуретан — технические характеристики и особенности применения

Видео

Николай, 35 летНа даче сделал теплоизоляцию мансарды и стен с помощью пенополиуретана. Толщина слоя получилась 1,5-2 см, этого хватило, чтобы в помещении стало теплее. Сверху шубу укрыл профнастилом для защиты от солнца. Два мастера сделали работу за пару дней, стоимость в 2013 году была около 300 р./м2. Всем советую, качественный и надежный материал.

Марина, 40 летКупила матрас с наполнителем меморикс за 200 долларов. Первое, что меня смутило – едкий запах. Поставила на балкон выветриться. Через сутки запах не исчез, спустя неделю ситуация не слишком поменялась. Попробовала я на нем спать – очень классно, мягко, комфортно. Этот плюс перекрыл жирный минус – после сна начала болеть голова, пекли глаза. Вернула матрас в магазин.

Василий, 30 летВ старом доме было много трещин, с ними помог справиться ППУ в баллонах. Пенополиуретан полностью заполняет просвет, быстро застывает, препятствует разрушению стены. Снаружи квартиры сделал шубу – затраты на тепло сократились на 40 %. Когда соседи включают отопление, мы еще обходимся без него, в комнатах сохраняется комфортная температура.