Poliuretāns — definīcija, īpašības, ražošana un pielietojums
Poliuretāns ir polimērs. Tā nosaukums bieži tiek saīsināts līdz PU vai PUR. Poliuretāns sastāv no organiskām vienībām, kas savienotas ar uretānu. Poliuretāna polimēri veidojas pakāpeniskas polimerizācijas procesā. Šajā procesā monomērs, kas satur vismaz divas izocianāta funkcionālās grupas, katalizatora klātbūtnē reaģē ar citu monomēru, kas satur vismaz divas hidroksilgrupas (spirtu).
Īpašības
Poliuretāni var būt ļoti dažādi pēc fizikālajām un mehāniskajām īpašībām – no mīkstām, elastīgām putām līdz cietām, strukturālām plastmasām. Galvenās īpašības:
- Labs triecienu un nolietojuma izturības līmenis elastomēriem.
- Labas siltumizolācijas īpašības cietajām putām, zems siltuma vadītspējas koeficients.
- Plašas iespējas regulēt blīvumu (no ļoti zema līdz augstam) un cietību (durometriem).
- Laba ķīmiskā izturība pret eļļām, šķidrumiem un daudzām ķīmiskām vielām, tomēr dažas skābes, šķīdinātāji un UV starojums var degradēt materiālu.
- Labas adhēzijas īpašības — poliuretāna šķiedras un pārklājumi labi saķeras ar dažādiem pamatnēm.
- Var būt uzliesmojoši; ugunsizturību var uzlabot ar plūsmas kavētājiem un speciālām formulācijām.
Ražošana un ķīmija
Tipiskā poliuretāna sintēze ir poliadīcija starp di- vai poli-izocianātiem un polioliem (spirtu grupas). Reakciju bieži vada bāzes vai skābes katalizatori, un to var kontrolēt, izmantojot ķēdes pagarinātājus (piemēram, diolu vai diamīnu), krustojošos elementus un pildvielas. Putu izveidei pievieno arī pūšanas (blowing) līdzekļus — gāzveida produktus (piem., CO2), ķīmiskos pūšanos izraisošus līdzekļus vai fiziskos pūšanas aģentus.
Izocianātu un poliola attiecība, katalizatora tipu, temperatūru un papildu sastāvdaļas (pildvielas, krāsvielas, stabilizatori) regulējot, iegūst plašu gala materiālu spektru — no mīkstām poliuretāna putām līdz cietām termoplastiskām vai termoreaktīvām plastmasām.
Ražošanas tehnoloģijas un apstrāde
Biežākās ražošanas un apstrādes metodes:
- Slabstock (liela blīvuma elastīgu putu ražošana) — mēbeļu polsterējumam.
- Reakcijas izsmidzināšana (spray foam) — ēku siltumizolācijai un blīvēšanai.
- Celtniecības cietās putas (rigid foam) — izolācijas paneļi un poliuretāna bloki.
- RIM (Reaction Injection Molding) — vieglas, strukturālas detaļas automobiļu nozarē.
- Cast elastomers (liešanas elastomēri) — riteņiem, gumijas aizvietošanai un tehniskām detaļām.
- Termoplastiskie poliuretāni (TPU) — ekstrūzijā un injekcijas formēšanā elastīgām, nodilumizturīgām detaļām.
Pielietojums
Poliuretānu izmanto ļoti daudzās nozarēs, pateicoties to pielāgojamībai:
- Mēbeles un matracis — elastīgas putas polsterējumam un komfortam.
- Celtniecība — cietās putas kā siltumizolācija (stikla un metāla konstrukciju aizpildīšanai), hermētiķi, blīves un paneļi.
- Automobiļu rūpniecība — buferu, sēdekļu, bukses, kompozītmateriālu serdeņi un skaņas izolācija.
- Apavu ražošana — zoles un amortizācijas slāņi no zemas blīvuma poliuretāniem.
- Tekstils — Spandex šķiedras (elastīgas šķiedras apģērbos) un speciāli pārklājumi.
- Līmes un pārklājumi — augstas veiktspējas līmju un hermētiķu formulējumi, krāsas ar labu mehānisko izturību.
- Tehniskās detaļas — riteņi, rullīši, blīvējumi, starplikas un elektronikas korpusi.
- Medicīna — dažos gadījumos medicīniskas putas un ortopēdiskas ierīces (atkarībā no šīs konkrētās formulācijas biokompatibilitātes).
Drošība, vides jautājumi un pārstrāde
Ražošanā un apstrādē jāievēro piesardzība, jo izocianāti ir reaģējošas vielas, kas var izraisīt elpošanas ceļu un ādas sensibilizāciju. Cietu poliuretānu produkti parasti ir stabilāki, bet ražošanas laikā un uzliesmošanas gadījumā var izdalīties kaitīgas vielas. Tāpēc rūpniecībā izmanto ventilāciju, personīgos aizsardzības līdzekļus un stingru procesu kontroli.
Vides aspekti: tradicionālie poliuretāni nav viegli bioloģiski noārdāmi. Lai samazinātu ietekmi, tiek attīstītas biobāzes poliola alternatīvas, rūpnieciska pārstrāde (piem., mehāniskā pārstrāde granulās, enerģijas atguve) un ķīmiskā pārstrāde, kur polislāņi tiek sašķelti un pārveidoti par izejmateriāliem.
Praktiski padomi izvēloties poliuretānu
- Ja nepieciešama laba siltumizolācija — meklējiet cieto poliuretāna putu paneli ar zemu blīvumu un zemāku siltuma vadītspēju.
- Sēdekļiem un polsterējumam — elastīgas putas ar atbilstošu blīvumu un atgūšanās spēju.
- Ja svarīga nodilumizturība (zoles, riteņi) — izvēlieties elastomērus un TPU ar augstu izturību.
- Ja rūp drošība — pārliecinieties par ražotāja drošības datu lapām (SDS) un piemērotu apstrādes režīmu.
Poliuretānus plaši izmanto augstas elastības elastīgu putu sēdekļu, cietu putuplasta izolācijas paneļu, mikroelementu putuplasta blīvējumu un starpliku, izturīgu elastomēru riteņu un riepu, automobiļu balstiekārtu bukses, elektriskās izolācijas maisījumu, augstas veiktspējas līmju un hermētiķu, Spandex šķiedru, blīvējumu, starpliku, paklāju segumu un cietu plastmasas detaļu ražošanā.
Poliuretāna izstrādājumus bieži dēvē par "uretāniem". Tos nevajadzētu jaukt ar konkrēto vielu uretānu, kas pazīstams arī kā etilkarbamāts. Poliuretānus neražo no etilkarbamāta, un tie to arī nesatur.
Plastmasas caurule ar izolāciju. Sarkanā caurule un melnais apvalks ir izgatavoti no polietilēna, dzeltenbrūnās putas ir izgatavotas no poliuretāna.
Jautājumi un atbildes
J: Kas ir poliuretāns?
A: Poliuretāns ir polimērs, kas sastāv no organiskām vienībām, kuras savienotas ar uretānu. Tas veidojas pakāpeniskas polimerizācijas ceļā, un to var atrast dažādos cietības, cietības vai blīvuma līmeņos.
J: Kā tiek ražots poliuretāns?
A: Poliuretānu ražo pakāpeniskas polimerizācijas procesā, kurā monomērs, kas satur vismaz divas izocianāta funkcionālās grupas, katalizatora klātbūtnē reaģē ar citu monomēru, kas satur vismaz divas hidroksilgrupas (alkohola).
J: Kādi ir daži piemēri produktiem, kuros izmanto poliuretānus?
A: Produkti, kuros izmanto poliuretānus, ir, piemēram, zema blīvuma elastīgas putas, ko izmanto polsterējumos, zema blīvuma cietas putas, ko izmanto siltumizolācijai un RTM serdeņiem, mīksti cietie elastomēri, ko izmanto gēla spilventiņiem un drukas veltņiem, zema blīvuma elastomēri, ko izmanto apavos, cietas cietās plastmasas, ko izmanto elektronisko instrumentu paneļiem un konstrukciju daļām.
Vai uretāns ir tas pats, kas poliuretāns?
A: Nē, uretānu (pazīstams arī kā etilkarbamāts) nedrīkst jaukt ar poliuretāniem, jo tie netiek ražoti no etilkarbamāta un to nesatur.
J: Vai ir vēl kādi citi poliuretānu izmantošanas veidi, izņemot iepriekš minētos?
Jā, poliuretāniem var izmantot arī elastīgas elastīgas putuplasta sēdvietas, cietas putuplasta izolācijas paneļus, mikroelementu putuplasta blīves un starplikas, izturīgus elastomēra riteņus un riepas, automobiļu balstiekārtu bukses, elektriskās izolācijas maisījumus, augstas veiktspējas līmes un hermētiķus, Spandeks šķiedras, blīves, starplikas, paklāju segumus un cietās plastmasas detaļas.
J: Vai poliuretānu ražošanas procesā izmanto katalizatorus?
A: Jā, ražošanas procesā izmanto katalizatoru, kas palīdz reaģēt monomēram, kas satur vismaz divas izocianāta funkcionālās grupas, ar citu monomēru, kas satur vismaz divas hidroksilgrupas (spirta).
