Пенополиуретан и его применение в строительстве

Пенополиуретан (ППУ) — один из самых востребованных материалов в строительстве. Это вспененный синтетический материал на основе полимерных компонентов полиола и изоцианата, с пустотами занимающими до 90% объема. Обладает низкой теплопроводностью, хорошей шумопоглощающей способностью и малым весом.

Самыми известными строительными материала из пенополиуретана являются поролон и монтажная пена.

Виды пенополиуретана

Гибкий

Гибкий пенополиуретан
Эластичный и пружинистый материал, который в большей степени известен как поролон. Применяется для утепления, звукоизоляции, производства мебели и бытовых изделий (например, губки или малярные валики).

Подробнее о эластичном ППУ


Жесткий

Жесткий пенополиуретан
Формованные изделия из ППУ. Обладает повышенной плотностью и твердостью, но при этом довольно хрупкий и имеет низкую прочность на сгибание. Плитный либо листовой материал используется в качестве утеплителя, в том числе в сэндвич-панелях. Из жесткого пепоулеритана также изготавливают формованные изделия: утеплители для труб, потолочные плинтуса, имитации лепнины и т. п.


Самовспенивающийся

Самовспенивающийся пенополиуретан
Самый востребованный тип материала, так как обладает оптимальными свойствами для эксплуатации. Самовспенивающиеся самотвердеющие составы используются в качестве напыляемой теплоизоляции, и в качечестве бытовой монтажная пены (в том числе пенополиуретановые клеи). Устойчивы к действию всех распространённых органических растворителей, застывшая смесь удаляется только механическим путём. В практических применениях требуют защиты от солнечного света и других УФ-источников.


Ретикулированный

Ретикулированный пенополиуретан
Пенополиуретан, обладающий открытопористой структурой. Главное преимущество материала — низкий показатель сопротивления и высокая пылеемкость. Часто используется при изготовлении фильтров для различных жидкостей и газов.

Ретикулированный пенополиуретан можно встретить в пылесосах, блоках питания, аквариумных фильтрах и. т.п.

Подробнее о ретикулированном пенополиуретане

Интегральный

Интегральный пенополиуретан
Вид характеризуется монолитностью и плотной консистенцией. Интегральный пенополиуретан широко используется в автопромышленности, в качестве мягкого покрытия панелей, наполнителя сидений, а также как шумоизоляция самого салона.



Характеристики

Свойства жесткого ППУ
Плотность35 — 85 кг/м3
УсадкаОтсутствует
Проводимость тепла0,019 — 0,041 Вт/м*К
Устойчивость к морозуДо 1000 циклов
Поглощение воды2%
Паророницаемость0,001
Группа горения
Г1 — Г3
ТоксичностьНе считается токсичным
Срок службы
30 лет до начала деградации

Состав

Образование пенополиуретана происходит при реакции двух жидких компонентов — полиизоционатов и полиолов. Процесс получения пенополиуретана связан с одновременным газообразованием. Поскольку преимущественно выделяется углекислый газ, образуя микрокапсулы. Содержание воздуха в ячейках достигает 90%. Дополнительно рабочая масса может быть наполнена функциональными добавками, что является определяющим критерием для классификации готовых к использованию смесей. В зависимости от длины цепи газонаполненных микрогранул различаются и механические свойства полиуретана.

Свойства пенополиуретана зависят от комплекса различных факторов. Главными из них являются состав, коэффициент смешивания всех компонентов, скорость протекания химических процессов после нанесения на рабочее основание.

Эластичность ППУ зависит от используемых компонентов — полиолы с молекулярной массой от 2000 до 10000 используются для производства гибких полиуретанов, тогда как полиолы с более низкой молекулярной массой используются для изготовления жестких пенополиуретанов с плотностью от 30 до 85 кг/см3.

Использование пенополиуретана в строительстве

Мягкие полиуретаны, плотностью от 5 до 40 кг/м³, используют в производстве мебели и мягких панелей.

Пенополиуретаны, плотностью от 30 до 86 кг/м³, нашли широкое применение в строительстве. Благодаря очень низкой теплопроводности (0,019 — 0,041 Вт/(м•K)), малой паропроницаемости, хорошей адгезии и гидроизоляционным характеристикам пенополиуретаны с закрытой клеточной структурой применяются для промышленных зданий, а также, для жилого индивидуального строительства. Причём как в виде вязких самовспенивающихся составов для заливки или нанесения на месте, так и в виде готовых листов.

Пенополиуретан плотностью от 70 кг/м³, благодаря плотной структуре, обладает наиболее высокими гидроизолирующими свойствами (до 99% закрытых пор) среди теплоизолирующих материалов, позволяющими использовать его в качестве гидроизоляции, и даже как кровельный материал. Он химически нейтрален к кислотным и щелочным средам.

Пенополиуретаны используются в качестве: 

  • теплоизоляции;
  • звукоизолиции;
  • гидроизоляции;
  • утеплителя в сэндвич-панелях;
  • теплоизоляторов трубопроводов;
  • декоративных изделий.

Используются как вязкие самовспенивающиеся составы для заливки или нанесения на месте, так и в виде готовых листов. Высокие коэффициенты адгезии делают этот материал весьма универсальным, а возможность производить и наносить пенополиуретан непосредственно на строительной площадке значительно снижает сопутствующие расходы.

Напыляемое пенополиуретановое утепление
Напыляемое пенополиуретановое утепление

Однокомпонентные составы, отверждаемые влагой воздуха (монтажная пена), также нашли своё применение и часто используются в быту при мелких шумоизоляционных и теплоизоляционных хозяйственных работах, а также там, где требуется заполнение пустот (к примеру, при установке пластиковых окон и дверных проёмов). Они обеспечивают также удовлетворительную механическую прочность и обжим монтируемого элемента.

Пенополиуретановая монтажная пена
Пенополиуретановая монтажная пена

Достаточно широко применяются полиуретановые клеи, слегка вспенивающиеся при застывании и заполняющие неплотности пригонки деталей. Клеи на основе ПУ могут быть столярными, универсальными, или кладочными.

Полиуретановый клей пена для газобетонных блоков.
Полиуретановый клей для газобетонных блоков.

Также служит наполнителем сандвич-панелей для сборных конструкций и материалом жёстких теплоизоляционных блоков для трубопроводных систем.

Сип-панели на основе ППУ
Сип-панели на основе ППУ

Магистральные трубопроводы также утепляют пенополиуретаном. Для утепления, как правило, используют три способа:
  • Заливка. Между основной трубой и обшивкой из полиэтилена заливается пенополиуретановая смесь, что позволяет оптимизировать производство, поскольку снижается количество операций, увеличивается прочность конструкции, достигается высокая степень температурной стойкости.
  • Напыление. Метод используется для труб большого диаметра. Как и в первом случае, способ обеспечивает бесшовное нанесение утеплителя. Можно отметить как преимущество то, что напыление можно производить на месте. Температурный диапазон изолирующего слоя — от минус 80 до плюс 130 градусов.
  • Скорлупы ППУ (трубная оболочка). Для изоляции наружных труб создают скорлупы из пенополиуретана длиной около метра и толщиной до 10 см.

Скорлупы ППУ (трубная оболочка)
Скорлупы ППУ (трубная оболочка)


Преимущества пенополиуретана

  • Малый вес (в три раза меньше, чем у минерального наполнителя) — плотность в 43 кг/мпри толщине 100 мм обеспечивает массу 1 мплощади всего в 4,3 кг.
  • Высокие коэффициенты адгезии (он может с одинаковым успехом наноситься на бумагу, металл, древесину, штукатурку, кирпич, рубероид, черепицу, металлические трубы и многое другое).
  • Низкий коэффициент теплопроводности от 0,019 до 0,041 Вт/(м•K).
  • Отсутствие усадки.
  • Минимальная гигроскопичность (до 2%).
  • Низкая паропроницаемость.
  • Срок службы до 30 лет без потери основных характеристик, а в последующие пять лет потеря теплоизолирующей способности составляет не более 3 — 5%.
  • Нераспыляемость (нет отдельных волокон).
  • Широкий диапазон рабочих температур и нечувствительность при переходах «через ноль» (до 1000 циклов.).
  • Неподверженость гниению и воздействию грибка и плесени.
  • В этом материале не живут насекомые и грызуны.

Недостатки пенополиуретана

  • Горючесть.
  • Нестойкость к воздействию УФ излучения.
  • ППУ имеет отличную адгезию, но срок службы этого материала около 20 лет, после чего он начинает терять теплоизоляционные свойства, медленно, но всё же.
  • Качество напыляемого ППУ очень сильно зависит от оборудования, которым напыляют и от исходного сырья.
  • Низкая механическая прочность (предел прочности на сжатие не превышает 0,3 — 0,4 МПа).

Экологичность

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 из-за высокой стоимости растительного сырья.

Несмотря на синтетическую природу и токсичность отдельных ингредиентов конечный результат на выходе считается экологичным, допустимым для эксплуатации внутри жилого помещения. После затвердевания ППУ ядовитые ингредиенты образуют абсолютно безвредную массу, которая нейтральна и не вступает ни в какие химические реакции ни с какими элементами.

Однако, при работе с жидким пенополиуретом необходимо помнить, что пары, выделяющиеся при химической реакции, противопоказаны для человека. Поэтому необходимо защищать органы дыхания с помощью респиратора.

Также, необходимо учитывать, что пенополиуретан не предназначен для использования при высоких температурах. При температуре выше 170 °С полиуретаны начинают разлагаться с выделением токсичных и сгораемых летучих продуктов. В продуктах термоокислительной деструкции и неполного сгорания полиуретанов содержатся пары изоцианатов, цианистый водород, оксид и диоксид углерода, метан, этан, бутан и другие насыщенные и ненасыщенные углеводороды. Концентрация паров изоцианатов и цианистого водорода велика и представляет опасность для жизни человека. при 500 °С образуются цианистый водород, аммиак и оксид углерода; при 800 °С — цианистый водород, ацетонитрил, акрилонитрил, бензонитрил и пиридин; при 1000 °С в продуктах пиролиза преобладает цианистый водород; присутствуют также ацетонитрил и акрилонитрил.

Пожаробезопасность

Пенополиуретаны, как и почти все полимеры, имеют повышенную пожарную опасность. При их горении выделяются весьма токсичные газы, в том числе HCN, который опасен для здоровья. Практически все марки ППУ с различной плотностью относятся к группе сгораемых материалов. Температура их воспламенения 325 — 345 °С, самовоспламенения — 600…650 °С. При горении выделяется 20000 — 30000 кДж/кг тепла и значительное количество дыма.

В зависимости от марки разделяют:
  • С — самостоятельно затухающие;
  • ТС — трудносгораемые;
  • ТВ — трудновоспламеняющиеся.

Введение антипирена или применение фосфорсодержащих добавок дает возможность получать трудно-воспламеняющиеся ППУ. Эти вещества делают полиуретаны более стойкими к воспламенению, однако при горении развиваются более высокие температуры и образуется большое количество токсичных веществ.

Современный пенополиуретан, который разрешен к применению в жилых зданиях, в том числе и медицинских учреждениях, имеет группу горючести Г2 (время самостоятельного горения не более 30 сек.), а самые новые марки и вовсе Г1 — малогорючий самозатухающий материал. Группа воспламеняемости В2 (умеренновоспламеняемые).