Pierwszy uretan został wytworzony w 1849 roku. W tamtych latach Wurtz i Hoffman ujawnili reakcję między izocyjanatem a związkiem hydroksylowym. W 1937 roku dr Otto Bayer dostosował tę reakcję do użytku komercyjnego. Przed tym okresem nylon, który był preferowany do użytku w świecie przemysłowym, stopniowo został zastąpiony przez polimery uretanowe na bazie poliestru. Na początku II wojny światowej spadek użycia głównych materiałów, takich jak guma z powodu ograniczonych zasobów, umożliwił rozwój materiałów poliuretanowych do włókien, pianek i powłok.
Poliuretany, które są używane do produkcji wielu produktów w naszych przestrzeniach życiowych dzisiaj i stanowią jedną z najważniejszych klas polimerów, są klasyfikowane w grupie polimerów zawierających diizocyjanaty i grupy diolowe w różnych proporcjach i kombinacjach. Powodem, dla którego poliuretan jest najczęściej preferowanym materiałem w grupie polimerów, jest to, że jest on otrzymywany z ciekłych monomerów przy użyciu procesu niewymagającego dużo pracy i o niskim zapotrzebowaniu na energię. Tworzy również wspólną grupę produktów, od miękkich, liniowych elastomerów po sztywne pianki termoutwardzalne.
Poliuretan jest tworzony przez reakcję poliolu z diizocyjanatem w obecności odpowiednich katalizatorów i dodatków.
- Składnik A: Poliol
- Składnik B: Izocyjanat:
Poliol
Jest to mieszanina polioli na bazie polieteru lub poliestru oraz katalizatora, silikonu, barwnika, środka spieniającego i innych chemikaliów w odpowiednich proporcjach. Te mieszaniny zawierają wolną hydroksylową (OH) w swojej strukturze. Co to jest poliol?
Izocyjanat
Są to chemikalia, które reagują egzotermicznie z poliolem. Izocyjanaty są rozpoznawane i nazywane na podstawie liczby zawartych w nich grup NCO.
Co to jest pianka poliuretanowa (PU) i dlaczego jest używana?
Pianka poliuretanowa jest otrzymywana przez wymieszanie systemów poliuretanowych w określonym stosunku. Ten materiał jest używany do zapewnienia wysokiej izolacji cieplnej, dźwiękowej lub wodnej.
Jakie są rodzaje pianek poliuretanowych?
Istnieje wiele różnych typów pianek poliuretanowych na podstawie ich właściwości, takich jak twardość, elastyczność i faktura powierzchni. Mogą być produkowane w pożądanych formach i rozmiarach, co uczyniło je bardzo powszechną aplikacją. Pianki poliuretanowe są strukturalnie podzielone na sztywne pianki poliuretanowe, elastyczne pianki poliuretanowe, półsztywne pianki poliuretanowe, elastomerowe pianki poliuretanowe.
Jaka jest różnica między elastyczną pianką poliuretanową a sztywną pianką poliuretanową?
Elastyczne pianki poliuretanowe (PUR) to otwartokomórkowe, chemicznie lub fizycznie spienione kopolimery tworzone przez diizocyjanat zawierający dwie lub więcej grup -NCO i poliole zawierające dwie lub więcej grup -OH połączone przez grupy uretanowe. Mogą być również określane jako otwartokomórkowe pianki poliuretanowe o ograniczonych właściwościach rozciągania i przekształcania. Oprócz tego, że są bardzo wygodne, elastyczne pianki poliuretanowe są lekkie i mocne. Są używane w wielu różnych branżach, szczególnie w sektorach łóżek, mebli i motoryzacyjnych.
Sztywne pianki poliuretanowe mają znacznie niższy współczynnik przewodzenia ciepła (lambda) niż inne materiały izolacyjne, takie jak drewno, wełna skalna i polistyren, dzięki swojej wysokiej zawartości zamkniętych komórek i zawartym w nich gazom izolacyjnym. Dlatego izolacja termiczna za pomocą sztywnych pianek poliuretanowych jest znacznie wyższa niż innych materiałów izolacyjnych. Są używane w wielu różnych branżach, od izolacji termicznej budynków, ogrzewaczy i chłodziarek po produkcję produktów imitujących drewno do celów dekoracyjnych.
W jakich branżach używa się poliuretanu?
Różnorodność diizocyjanatów i polioli może być użyta w produkcji poliuretanu, co pozwala na szeroką gamę produktów, aby spełnić wymagania specyficznych zastosowań w wielu różnych branżach. Ponadto, może być fizycznie przetwarzany i kształtowany łatwo oraz posiada sztywną i elastyczną strukturę, co pozwala na jego powszechne używanie w obszarach przemysłowych.
Pianki poliuretanowe mają niski współczynnik przewodzenia ciepła. Dlatego pianki poliuretanowe zapewniają doskonałą izolację. Są częściej preferowane niż konwencjonalne produkty jako materiał izolacyjny w wielu sektorach, w tym w ochronie produktów spożywczych w przemyśle chłodniczym, zużyciu energii i ciepła w budynkach.
Głównym powodem, dla którego materiał poliuretanowy jest preferowany bardziej niż konwencjonalne produkty, jest to, że produkty o bardzo różnych właściwościach, w różnych formach i rozmiarach mogą być otrzymywane przez zmiany w surowcach i stosowanych proporcjach.
1. Sektor Obuwniczy
Poliuretan jest szeroko stosowany w przemyśle obuwniczym ze względu na swoje właściwości, takie jak komfort, elastyczność, trwałość i lekkość, które spełniają główne kryteria w produkcji podeszew, wkładek i klapek. W branży tej poliuretan jest używany do produkcji podeszew do klapek o niskiej gęstości, jak i podeszew do butów roboczych, które wymagają wysokiej elastyczności i trwałości.
Systemy Poliuretanowe dla Obuwia
2. Sektor Budowlany i Izolacyjny
Poliuretan jest głównie stosowany w budownictwie do izolacji termicznej. Dzięki swoim właściwościom izolacyjnym i hermetycznym zatrzymuje ciepło w pomieszczeniach. Jest produkowany w formie płyt, paneli warstwowych i sekcji rur, a także stosowany jako pianka natryskowa na miejscu budowy. Pianka poliuretanowa, dzięki niskiemu współczynnikowi przewodzenia ciepła, zapewnia wysoką wydajność izolacyjną, co przekłada się na oszczędność energii.
Poliuretan posiada właściwości przeciwpożarowe. Zgodnie z nowymi normami europejskimi, należy do klasy E (materiał trudnopalny), co zwiększa odporność budynków na ogień. Dodatkowo, poliuretan jest używany jako materiał powłokowy, ochronny, klejący i uszczelniający w budownictwie, co pozwala na jego zastosowanie od fundamentów po dachy budynków.
Systemy Poliuretanowe dla Budownictwa i Izolacji
3. Sektor Meblarski
Poliuretan jest często wybierany w przemyśle meblarskim dzięki swojej długowieczności, łatwości formowania, możliwości malowania, lekkości i łatwości aplikacji. Elastyczne pianki poliuretanowe typu HR (High Resilience) są używane do produkcji foteli biurowych, pianki visco (z pamięcią kształtu) do produkcji materacy i poduszek, a twarde pianki poliuretanowe do produkcji elementów dekoracyjnych imitujących drewno.
Systemy Poliuretanowe dla Mebli i Gąbek
4. Sektor Motoryzacyjny
Główne powody rosnącego udziału poliuretanu w sektorze motoryzacyjnym to niskie koszty produkcji i montażu części, lekkość, odporność na uderzenia, możliwość produkcji o różnych właściwościach w zależności od miejsca zastosowania, elastyczność i odporność na korozję. Poliuretanowe pianki integralne są używane do produkcji kierownic, podłokietników, konsol, zderzaków itp. Elastyczne pianki poliuretanowe są wykorzystywane do izolacji akustycznej, a systemy HR do produkcji siedzeń samochodowych. Właściwości uszczelniające poliuretanu umożliwiają jego użycie jako materiał uszczelniający w produkcji osłon kabli.
Systemy Poliuretanowe dla Motoryzacji
5. Sektor Ogrzewania i Chłodzenia
Poliuretan jest używany w sektorze ogrzewania do izolacji bojlerów i paneli słonecznych, a w sektorze chłodzenia do izolacji chłodziarek przemysłowych i domowych, komór chłodniczych i nadwozi chłodniczych. Dzięki niskiemu współczynnikowi przewodzenia ciepła, twarde pianki poliuretanowe utrzymują pożądaną temperaturę wewnątrz tych urządzeń, zmniejszając zużycie energii i zwiększając wydajność.
Systemy Poliuretanowe dla Ogrzewania i Chłodzenia
6. Przemysł Lotniczy
Poliuretan jest używany w różnych obszarach w samolotach. Elastyczne pianki poliuretanowe są stosowane w produkcji siedzeń samolotowych, zapewniając komfort pasażerom. Powłoki poliuretanowe, dzięki swojej wysokiej odporności na ścieranie, są stosowane na ścianach kabin, sufitach, górnych schowkach i toaletach. Poliuretanowe pianki są także używane jako materiał uszczelniający.
7. Przemysł Obronny
Od wojskowych materiałów oczekuje się, że będą trwałe i wytrzymałe w trudnych warunkach. Poliuretanowe pianki, dzięki swojej lekkości, wysokiej odporności na ścieranie i elastyczności, są często używane do produkcji poduszek ochronnych, taktycznych hełmów, podeszew butów wojskowych itp.
8. Produkty Medyczne
Poliuretan jest często wybierany do produkcji części medycznych ze względu na swoje wysokie właściwości elastyczne, wysoki współczynnik komfortu (SAG), regulowaną twardość i długą żywotność. Poliuretan, dzięki zdolności do powrotu do pierwotnego kształtu, nadaje ergonomiczną wartość wielu produktom medycznym.
9. Technologia Opakowań
Pianka poliuretanowa, dzięki elastyczności, lekkości i łatwości formowania, jest również używana w produkcji opakowań. Firmy produkujące małe, lekkie lub wrażliwe na uderzenia produkty często wybierają poliuretanową piankę do pakowania swoich produktów. Pianka poliuretanowa jest również używana do pakowania wielu delikatnych części elektronicznych i motoryzacyjnych, ze względu na możliwość produkcji w wymaganych rozmiarach i twardościach.
10. Przemysł Morski
Pianka poliuretanowa jest używana do izolacji termicznej w silnikach statków, łodzi i jachtów. Poliuretanowe powłoki, kleje i twarde pianki poliuretanowe chronią kadłuby łodzi przed wodą, warunkami atmosferycznymi, korozją i innymi czynnikami zmniejszającymi trwałość. Poliuretan jest także używany do izolacji akustycznej, minimalizując hałas na pokładach łodzi.
Ogólne Właściwości Poliuretanu
Właściwości poliuretanów w dużej mierze zależą od struktury polimeru. Mogą być dostosowane do wysokiej wytrzymałości, wysokiej sztywności lub wysokiej elastyczności. Poliuretan charakteryzuje się doskonałą odpornością na uderzenia, nawet w niskich temperaturach, co czyni go odpornym na pękanie, rozdarcie, zginanie i puchnięcie.
Poliuretan oferuje wysoką odporność na zużycie, co jest istotne w wielu aplikacjach przemysłowych, takich jak górnictwo, przemysł naftowy i gazowy. Części poliuretanowe są zazwyczaj tańsze, mogą być formowane w niskociśnieniowych formach i łatwo wypełniają złożone kształty bez potrzeby stosowania wysokociśnieniowych pras. Poliuretan wytrzymuje zarówno naprężenia, jak i ściskanie, odzyskując swój pierwotny kształt po zdjęciu obciążenia.
Poliuretan jest odporny na szeroki zakres temperatur, zachowując swoje właściwości w ekstremalnych warunkach. Standardowe poliuretany termoutwardzalne wytrzymują temperatury od -26°C do 93°C, a niektóre produkty wytrzymują nawet 148°C.
Wartość Przewodnictwa Cieplnego
Przewodnictwo cieplne odnosi się do zdolności materiału do przewodzenia ciepła. Przewodnictwo cieplne, inaczej wartość lambda, określa zdolność izolacyjną produktu.
Odporność na Dyfuzję Par Wodnych
Współczynnik odporności na dyfuzję pary wodnej porównuje przepuszczalność pary wodnej przez powietrze do próbki. Przepuszczalność pary wodnej zależy od temperatury, przy czym wyższa temperatura zwiększa przepuszczalność.
Stabilność Wymiarowa
Poliuretany wykazują doskonałą stabilność wymiarową, która zależy od warunków temperaturowych. Sztywne izolacje poliuretanowe mogą być stosowane w budownictwie w temperaturach od -30°C do +90°C.
Właściwości Mechaniczne
Właściwości mechaniczne pianki poliuretanowej są zależne od struktury wewnętrznej, kształtu i wielkości komórek oraz użytego polimeru. Poliuretan może wytrzymywać naciski, rozkład naprężeń i szybkie odkształcenia dynamiczne.
Właściwości mechaniczne poliuretanu:
Odporność na Ogień
Poliuretan może być modyfikowany w celu zwiększenia odporności ogniowej, topniejąc i węgląc się w kontakcie z ogniem, co chroni jądro płomienia. Projekt budynku jest kluczowy dla bezpieczeństwa przeciwpożarowego.
Odporność na Opary Kwasowe i Kwasy
Odporność chemiczna poliuretanu zależy od jego formulacji. Poliuretan poliestrowy jest bardziej odporny na oleje, rozpuszczalniki i słabe kwasy/zasady, podczas gdy poliuretan poliéterowy jest bardziej odporny na działanie wody. Poliuretany są bardziej odporne chemicznie niż wiele metali, gum i tworzyw sztucznych.
Gdzie stosuje się poliuretan?
Poliuretan w formie elastycznej pianki jest popularnym materiałem w meblach, materacach i podkładach dywanowych, zwiększając trwałość, komfort i wsparcie. Sztywna pianka poliuretanowa jest stosowana w izolacji cieplnej i sektorze ogrzewania i chłodzenia. Poliuretan jest również intensywnie wykorzystywany w przemyśle obuwniczym, klejowym i powłokach poliuretanowych.
