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 |
|
|
|
|
Итак, благодаря развитию технологий существенной разницы в теплоизоляции пенополиуретаном на водной или фреоновой основе на сегодняшний день нет. Тем не менее, основной причиной, по которой производители ППУ прекращают использовать фреон в качестве пенообразователя, является его негативное воздействие на состояние озонового слоя земли.
Фреоны и экология
Производство и применение фреонов регулируется законодательством РФ, Евросоюза, США и многих других стран. Это связано с их негативным влиянием на экологию: фреоны разрушают озоновый слой.
Фреоны химически инертны. Это значит, что они не горючи, не взрывоопасны и почти не реагируют с другими веществами. Поэтому, испаряясь, фреоны не взаимодействуют с кислородом и другими газами и поднимаются в верхние слои атмосферы. Под действием ультрафиолета фреоны распадаются – этот процесс называется фотолизом. Выделяется хлор, который, реагируя с озоном, снижает его концентрацию, разрушая озоновый слой.
Некоторые фреоны являются парниковыми газами. Парниковая активность фреонов – способность поглощать тепло и удерживать его – выше, чем у углекислого газа. Из-за парникового эффекта нижние слои атмосферы нагреваются и это приводит к глобальному потеплению.
По этой причине по всему миру производство и использование фреонов в ближайшие годы должно быть максимально сокращено, в конечном итоге полностью исключая работу с озоноразрушающими веществами.
Возможность использования воды, как экологичного сырья для вспенивания ППУ, позволяет создавать безопасные пенополиуретаны. Производители ППУ постоянно совершенствуют рецептуры с водным вспенивателем в качестве альтернативы опасным фреонам, улучшая физические характеристики пенополиуретанов.
