Пенополиуретан. История всемирного признания.
В 30-х годах прошлого века в США были проведены первые исследования по синтезу полиамидов. Руководствуясь этими исследованиями, в Германии начались эксперименты по созданию полимерных материалов. В 1937 году ученый Х. Ринке, проводя лабораторные опыты, получил 1,6-гексаметилендиизоцианат. В тот же год, группа учёных исследователей лаборатории «IG Farben» в Леверкузене, под руководством Отто Байера, впервые синтезировала новое вещество с весьма необычными свойствами. В зависимости от скорости прохождения реакции и коэффициента смешивания полиола и полиизоцианата кардинально различались и свойства получаемого материала. С одной стороны - гибкий, упругий, но не прочный на разрыв (Perlon U, отсюда название «поролон»), а с другой - плотный, твёрдый, прочный, но в то же время хрупкий при сгибании (Igamid U). Полученный материал был назван полиуретаном.
Пенополиуретаны — группа газонаполненных пластмасс на основе полиуретанов, на 85-90 % состоящих из инертной газовой фазы. Для прохождения реакции присоединения и образования цепочек полимера необходимо наличие как минимум двух различных компонентов: полиола и полиизоцианата. Реакция проходит в несколько этапов. Вначале, в результате прохождения цепной реакции, на обоих концах молекулярных групп образуются короткие цепочки структурно идентичных и однородных полимеров. Потом 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.
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. Низкая теплопроводность пенополиуретана: λ= 0,019 – 0,033 Вт/мК, обусловлена его строением - под плотной поверхностью скрыты ячейки, заполненные фторхлорметаном.
В качестве исходных компонентов пенополиуретана обычно применяются продукты нефтехимической промышленности (полиолы и полиизоцианаты), но возможна выработка компонентов из масел растительного происхождения. В частности, прекрасно подходят для этой цели касторовые масла.
Также возможно получение полиолов из соевого, рапсового и подсолнечного масел. Однако такой способ выработки компонентов пенополиуретана экономически нецелесообразен - именно поэтому, биогенные пено-компоненты и не нашли широкого применения и их использование ограничено очень узким кругом специфических задач.
Промышленное производство пенополиуретанов на основе сложных полиэфиров было организовано в Германии в 1944 году, а их аналогов на основе более дешевых простых полиэфиров - в США в 1957 году. С 1955 года в Европе началось массовое производство эластичных ППУ.
Пенополиуретан обладает уникальным свойством предотвращения распространения огня: он плавится только в зоне открытого воздействия пламени. Именно эта способность ППУ стала причиной широкого применения данного материала в 50-х годах XX столетия в сфере ВПК развитых стран. Разветвленная ячеистая структура ППУ использовалась в военной авиационной промышленности для облегчения конструкций и защиты топливных систем боевых самолетов от возгорания и взрыва при их поражении.
Резкое повышение цен на нефть в 1974 и 1976 гг. и последовавший за этим энергетический кризис заставил европейские страны и США разработать национальные энергетические программы, стимулирующие рациональное использование энергоресурсов в большинстве областей деятельности. Наряду с развитием традиционных и альтернативных источников энергии на первый план были поставлены меры по экономии энергоресурсов.
Учёные вспомнили о характеристиках ППУ, которые отмечались низким коэффициентом его теплопроводности (0,019 – 0,033 Вт/мК) в зависимости о плотности. Подсчитав все плюсы и минусы данного материала, американцы начали активно применять пеноплоиуретан в качестве теплоизоляции. Дальнейшее же развитие этого материала было обусловлено следующим за кризисом этапом роста экономики и бурного развития строительства в те годы. В СССР также было замечено активное применение пенополиуретана на промышленных объектах в 60-70-х годах.
В те годы ППУ компоненты и технология полиизоционатов стали доступны широкому кругу промышленных предприятий и фирм. Во многом благодаря этому, полиуретановые покрытия, известные в те годы под именем покрытий: D-esmodur ® и D-esmophen ® и начали самым активнейшим образом набирать обороты в сфере теплоизоляции. Нужно отметить, что свойства пенополиуретана оказались весьма востребованы рынком. В США и Западной Европе широкое применение получают системы теплоизоляции пенополиуретаном . Долговечность ППУ оценивается в 25 - 30 лет. На практике же в Германии, США, Канаде, Швеции, Японии специалисты разбирают конструкции стен, крыш, фундаментов, залитых в 70-х годах прошлого века, и корректно формулируют - «свойства не изменились». Так, в научно-исследовательском институте теплоизоляционных материалов (Мюнхен, ФРГ) подвергли испытаниям три кровельные конструкции, утепленные жестким ППУ, и как следует из данных этих испытаний, после 10-летней эксплуатации ни теплопроводность, ни влагосодержание пенолиуретана практически не увеличились.
Пенополиуретан совершил настоящее восхождение от мало распространенного, практически неизвестного материала, к всемирному признанию в качестве одного из лучших теплоизоляционных материалов.
