На сегодняшний день пенополиуретан является одним из лучших теплоизоляционных материалов. Для его получения к смеси Компонента А (полиола) и Компонента Б (изоцианата) добавляют вспенивающий агент. При взаимодействии реагентов происходит реакция с выделением большого количества пузырьков, образуя ячеистую пену — вспененный полиуретан, или ППУ.
В зависимости от требуемых характеристик готового материала можно получить ППУ с открытыми или закрытыми ячейками. Для теплоизоляции труб используют закрытоячеистый ППУ — его ячейки замкнуты со всех сторон и не сообщаются друг с другом и окружающей средой. В отличие от открытоячеистого ППУ, материал с закрытыми ячейками жесткий и хорошо выдерживает механические нагрузки.
Характеристики готового материала, тип ячеек и их содержание зависят от вида вспенивателя, используемого для получения ППУ, а также от соблюдения технологических процессов при работе с тем или иным пенообразователем.
Как действуют вспениватели ППУ
Вспенить полиуретан можно двумя способами: физическим и химическим. Способ вспенивания определяет, чем заполнены его ячейки.
В качестве химического вспенивателя ППУ чаще всего используют воду. При ее взаимодействии с изоцианатом выделяется углекислый газ CO₂.
Физическое вспенивание происходит за счет быстрого испарения пенообразующего вещества, например, фреона, который и заполняет ячейки ППУ.
Несоблюдение технологических особенностей производства пенополиуретанов, вне зависимости от вспенивающего агента, влечет за собой ухудшение качества материала и его свойств: ППУ может дать усадку, начать крошиться, иметь низкие показатели адгезии и т.д.
Требования к ППУ при производстве предизолированных труб регламентирует ГОСТ 30732-2020.
Таблица 1. Характеристики ППУ по ГОСТ 30732-2020
Сравним некоторые параметры образцов ППУ, полученных при помощи водного и фреонового вспенивателей.
Примечание: данные в таблице 2 приведены согласно результатам, проведенным в собственной лаборатории физико-механических испытаний.
Таблица 2. Сравнение ППУ на водной и фреоновой основе
|
Показатель |
ППУ (фреон) |
ППУ (CO₂) |
|---|---|---|
| Коэффициент теплопроводности | 0,0275 Вт/м·К |
0,029 Вт/м·К |
| Плотность среднего слоя ППУ, истинная |
Среднее значение — от 60 до 90 кг/м³ (в некоторых случаях может доходить до 100 кг/м³) |
То же |
| Кажущаяся плотность ППУ в изделии | В среднем от 60 до 80 кг/м³ | То же |
| Прочность ППУ на сжатие при 10% деформации | от 0,3 МПа (зависит от показателя плотности) | То же |
| Прочность на сдвиг в тангенциальном направлении |
до старения: 0,18/ 0,21/ 0,17 МПа после старения: на 30% меньше |
То же |
| Водопоглощение |
4,0 – 7,0
среднее значение 6,52 |
среднее значение 8,34 |
Как видно из сравнительной таблицы, свойства пенополиуретана и на водном, и на фреоновом вспенивателях находятся в пределах допустимой нормы согласно требованиям ГОСТ 30732-2020.
Существенные различия заключаются в стоимости пенообразователя (фреон дороже воды), технологических особенностях производства ППУ при работе с тем или иным вспенивателем и в соотношении компонентов: при использовании водных систем для вспенивания полиуретанов количество Компонента Б (полиизоцианаты) к компоненту А (полиолы) увеличивается.
В таблице 3 приведены сравнительные данные по компонентам для получения ППУ на основе фреона и воды.
Таблица 3. Сравнение компонентов для получения ППУ на фреоне и CO₂
|
Показатель |
Фреоновый вспениватель |
Водный вспениватель |
|---|---|---|
|
Рабочая температура (температура межтрубного пространства) |
25 до 30 °С | от 25 до 35 °С |
| Время старта (начала реакции) | 35-80 сек | 35-65 сек |
| Время гелеобразования смеси | 170-360 сек | 150-300 сек |
| Кажущаяся плотность ППУ при свободном вспенивании |
33-50 кг/м³ |
то же |
| Хранение | от 0 до 25 °С | то же |
|
|
|
|
И хотя ППУ на водном вспенивателе несколько уступает в тепловодности и степени адгезии пенополиуретану на фреоне, благодаря развитию технологий разница между теплоизоляционными материалами на сегодняшний день не так велика, как это было ранее.
Фреоновые системы остаются крайне востребованными, однако их использование стало ограничено из-за негативного воздействия на состояние озонового слоя земли.
Фреоны и экология
Во многих странах, подписавших Монреальский протокол по веществам, разрушающим озоновый слой, введены строгие ограничения на производство и применение озоноопасных хладагентов. Вместо них применяют аналоги — фреоны, озоноразрушающий потенциал которых сведен к минимуму. Такие вещества соответствуют строгим экологическим требованиям и не наносят вреда озоновому слою.
Водные системы также становятся все более популярными благодаря своей экологичности и низкой стоимости, хотя и уступают фреоновым по некоторым характеристикам.
Возможность использования воды, как экологичного сырья для вспенивания ППУ, а также фреонов с нулевым озоноразрушающим потенциалом позволяет производить безопасные пенополиуретаны.
