Spumele poliuretanice sunt un grup de materiale plastice umplute cu gaz pe bază de poliuretani , constând dintr-o fază gazoasă inertă în proporție de 85-90%. În funcție de tipul de poliuretan original, acestea pot fi rigide sau elastice („ cauciuc spumă ”). Ele sunt utilizate pe scară largă: rigide - ca izolație termică și fonică și elemente de modelare ușoare, elastice - ca acoperiri moi și umplutură în viața de zi cu zi și în industrie, de exemplu, bureți artificiali pentru spălare și filtre de praf, material pentru role de vopsea și inserții în articole de îmbrăcăminte , ambalaj de amortizare. Compușii auto-spumanți cu auto-întărire sunt populari pentru utilizarea direct pe șantier în construcții, inginerie mecanică - atât spumă industrială multicomponentă, cât și spumă de uz casnic . Rezistent la toți solvenții organici obișnuiți, amestecul întărit poate fi îndepărtat doar mecanic. În aplicațiile practice, este necesară protecția împotriva razelor solare și a altor surse UV . În comparație cu alți polimeri spumați utilizați în zone limitate - spumă rigidă de polistiren , spumă flexibilă de polietilenă, spumă de latex, cauciuc microporos, burete de celuloză umflat - zona de utilizare a spumei poliuretanice este de obicei mai largă.
În 1937, un mic grup de oameni de știință de la laboratorul IG Farben din Leverkusen , condus de Otto Bayer, a reușit pentru prima dată să sintetizeze o nouă substanță cu proprietăți foarte neobișnuite. În funcție de viteza de reacție și de coeficientul de amestecare a poliolului și poliizocianatului, proprietățile materialului rezultat au diferit, de asemenea, dramatic. Pe de o parte, este flexibil, elastic, dar nu rezistent la rupere (numele de laborator este Perlon U, de unde denumirea de „cauciuc spumă”), iar pe de altă parte, este dens, dur, puternic, dar la în același timp fragil când este îndoit (Igamid U). Orizonturile pentru implementarea economică a acestei descoperiri științifice erau promițătoare și foarte extinse. Deja în 1940, la Leverkusen a început producția industrială de poliuretan sub formă de stuc. Dar începutul celui de-al Doilea Război Mondial și-a făcut propriile ajustări: problemele deficitului de materii prime și restructurarea generală a economiei pentru nevoi militare au încetinit semnificativ dezvoltarea poliuretanilor. De fapt, până în anii 1960, spuma poliuretanică, la fel ca mulți alți polimeri, s-a dezvoltat foarte lent - cu toate acestea, odată cu sfârșitul războiului, redresarea economică și construcția rapidă după război, interesul comercial pentru spumele poliuretanice a crescut foarte mult. Astfel, până în 1960, peste 50.000 de tone de spumă erau fabricate de diverse companii.
Spuma poliuretanică moale ( cauciuc spumă ), a devenit larg răspândită în anii 1960, în ciuda dezavantajelor semnificative inerente cauciucului spumos. Însăși producția sa este periculoasă și dăunătoare, deoarece compoziția componentelor inițiale include un compus foarte toxic - toluen diizocianat . În plus, cauciucul spumă este higroscopic, absoarbe mirosul, are un interval de temperatură limitat de utilizare și, ca urmare, o durată de viață relativ scurtă. Dar cel mai mare dezavantaj al cauciucului spumos este pericolul de incendiu [1] . Introducerea retardanților de flacără în compoziția componentelor inițiale în producția de cauciuc spumă pentru a crește rezistența la foc a materialului duce la o deteriorare bruscă a caracteristicilor sale fizice și mecanice și la o creștere a costului. Mostrele timpurii de spume poliuretanice au avut o durată de viață relativ scurtă, descompunându-se treptat în aer. Odată cu dezvoltarea chimiei stabilizatorilor, acest dezavantaj a fost depășit într-o anumită măsură. Cu toate acestea, proprietățile de pericol de incendiu ale acestui material au fost păstrate.
Pentru ca reacția de adiție să aibă loc și formarea catenelor polimerice, trebuie să fie prezenți cel puțin două componente diferite: un poliol și un poliizocianat . Reacția în sine are loc în mai multe etape. În primul rând, diolul și diizocianatul formează molecule de izocianat bifuncționale având o grupare ( -N =C=O ) și grupări hidroxil ( -OH ). Ca rezultat al reacției în lanț, la ambele capete ale grupelor moleculare se formează lanțuri scurte de polimeri identici și omogene din punct de vedere structural, care pot fi polimerizate cu alți monomeri.
La amestecul de reacție se adaugă o cantitate mică de apă și, ca rezultat al reacției cu o parte din grupările izocianat, se formează dioxid de carbon , care este principalul factor de spumare. În același timp, gruparea amino primară reacționează cu izocianatul, înlocuind ureea, obținând astfel stabilitatea lanțului.
În funcție de lungimea lanțului microgranulelor umplute cu gaz, proprietățile mecanice ale poliuretanului diferă și ele. Deci, densitatea tipică este de la 5 până la 40 kg/m³ pentru blocurile de spumă moale, care sunt utilizate pe scară largă ca diferite tipuri de umpluturi pentru mobilă, etc. Spumele poliuretanice rigide, cu o densitate de 30 până la 86 kg/m³, sunt utilizate pe scară largă în construcție ca material de izolare termică și fonică.
Produsele din industria petrochimică (polioli și poliizocianați) sunt de obicei utilizate ca componente inițiale ale spumei poliuretanice, cu toate acestea, nu va fi de prisos să rețineți că componentele pot fi produse din uleiuri de origine vegetală. În special, uleiurile de ricin sunt excelente în acest scop . De asemenea, este posibil să se obțină polioli din uleiuri de soia , rapiță și floarea soarelui . Cu toate acestea, această metodă de producere a componentelor din spumă poliuretanică nu este fezabilă din punct de vedere economic din cauza diferenței semnificative în costul materiilor prime vegetale și petrochimice. De aceea, componentele spumei biogene nu au găsit o aplicație largă și utilizarea lor este limitată la o gamă foarte restrânsă de sarcini specifice.
Domeniul de utilizare a spumei poliuretanice este foarte larg. În industria auto, este folosit ca umplutură pentru scaunele auto și izolarea fonică a interiorului vehiculelor, pentru fabricarea panourilor interioare semirigide, cotiere, mânere și bare de protecție. În industria mobilei și în industria ușoară , cauciucul spumat este folosit în principal ca material de umplutură și de amortizare pentru mobilier tapițat, perne , saltele , atunci când modelați manechine , în jucăriile moi pentru copii, cauciucul spumat este adesea folosit ca umplutură. În industria încălțămintei , spumele poliuretanice sunt folosite ca branțuri și alte elemente ale încălțămintei.
Spumele poliuretanice rigide sunt folosite ca izolator de frig în frigiderele de uz casnic și comercial, frigiderele mari și în echipamentele frigorifice de transport. O altă aplicație importantă a spumelor poliuretanice rigide este ca izolatori termici în conductele principale, pentru izolarea conductelor de joasă temperatură ale industriei chimice, ca izolație termică, precum și izolare acustică și hidroizolatoare în construcții, revizii depozite, hangare, case de țară private, producție. ateliere, garaje, ca încălzitor, în panouri sandwich metalice pentru construcția de clădiri prefabricate, precum și camere frigorifice. Adezivii de tâmplărie cu uretan sunt folosiți pe scară largă, spumând ușor atunci când se solidifică și umplund scurgeri în piesele de fiting.
Utilizarea spumelor poliuretanice rigide cu structură cu celule închise pentru construcții este motivată de conductivitate termică foarte scăzută (0,029 - 0,041 W / ( m * K) [2] , permeabilitate scăzută la vapori , caracteristici bune de aderență și impermeabilizare. Sunt utilizate ca vâscoase. Compuși auto-spumanți pentru turnare sau aplicare pe șantier, ca și sub formă de foi finisate. Coeficienții mari de aderență fac acest material foarte versatil, putând fi aplicat cu același succes pe hârtie , metal , lemn , ipsos , cărămidă , material de acoperiș. , țigle pentru acoperiș , țevi metalice și multe altele, site-ul reduce semnificativ costurile asociate.
Compozițiile monocomponente vindecate de umiditatea aerului ( spumă de instalare ) și-au găsit, de asemenea, aplicația și sunt adesea folosite în viața de zi cu zi pentru lucrări minore de izolare fonică și izolare termică, precum și acolo unde este necesară umplerea golurilor (de exemplu, la instalarea ferestrelor din plastic). și uși). Ele asigură, de asemenea, rezistență mecanică și sertizare satisfăcătoare a elementului montat.