Полиуретан: виды, достоинства, недостатки

Полиуретан (англ. polyurethane, polyuretan) — полимерное искусственно синтезированное вещество, имеющее особые свойства, позволяющие материалу широко

Получение

Образование полиуретанового полимера путём реакции между диизоцианатом и полиолом
polyurethane polymer

Полиуретаны получают взаимодействием соединений, содержащих изоцианатные группы с би- и полифункциональными гидроксилсодержащими производными.

В качестве изоцианатов используются толуилендиизоцианаты (2,4- и 2,6-изомеры или их смесь в соотношении 65:35), 4,4′-дифенилметандиизоцианат, 1,5-нафтилен-, гекса-метилендиизоцианаты, полиизоцианаты, трифенилметан-триизоцианат, биуретизоцианат, изоциануратизоцианаты, димер 2,4-толуилендиизоцианата, блокированные изоцианаты.

Строение исходного изоцианата определяет скорость уретанообразования, прочностные показатели, световую и радиационную стойкость, а также жёсткость полиуретанов.

Гидроксилсодержащими компонентами являются:

  1. олигогликоли — продукты гомо- и сополимеризации Тетрагидрофурана, пропилен- и этиленоксидов, дивинила, изопрена;
  2. сложные полиэфиры с концевыми группами ОН — линейные продукты поликонденсации адипиновой, фталевой и других дикарбоновых кислот с этилен-, пропилен-, бутилен- или другими низкомолекулярным гликолями;
  3. разветвленные продукты поликонденсации перечисленных кислот и гликолей с добавкой триолов (глицерина, триметилол-пропана), продукты полимеризации ε-капролактона.

Гидроксилсодержащий компонент определяет, в основном, комплекс физико-механических свойств полиуретанов.

Для удлинения и структурирования цепей применяются гидроксилсодержащие вещества (например, вода, гликоли, моноаллиловый эфир глицерина, касторовое масло)и диамины (-4,4′-метилен-бис-(о-хлоранилин), фенилен-диамины). Эти агенты определяют молекулярную массу линейных полиуретанов, густоту вулканизационной сетки и строение поперечных химических связей, возможность образования доменных структур, то есть комплекс свойств полиуретанов и их назначение (пенопласты, волокна, эластомеры и т. д.).

В качестве катализаторов для процесса уретанообразования используют третичные амины, хелатные соединения железа, меди, бериллия, ванадия, нафтенаты свинца и олова, октаноат и лауринат олова. При процессе циклотримеризации катализаторами являются неорганические основания и комплексы третичных аминов с эпоксидами.

Что представляет и чем хорош

Синтетическое вещество с полимерной структурой за счет смешивания компонентов, способно приобретать разнообразные качества. Оно может быть пластичным и жестким, а также иметь разные коэффициенты трения. Выдерживает растяжение до 500 % и температурные перепады от -60 до +80 градусов.

Пластик является эластомером, способным вернуть форму после снятия деформационных нагрузок. Основу составляют длинные цепочки из макромолекул уретановой группы. Специфичные черты приобретаются за счет присоединения дополнительных элементов.

Современная лепнина из полиуретана

Декоративный полиуретан – это разновидность полиуретана, применяемая в интерьере.

Все мы помним шикарное убранство дворцов, украшенных лепниной. Лепнина в средние века была признаком роскоши. В наши дни многие современные дизайнеры тоже используют данные элементы декора. Но теперь лепнина производится не из гипса, а из полиуретана – легкого и пластичного. Такая резина придает роскошь и изящество любому помещению.

История

Опыты по получению универсального продукта, способного конкурировать с пластиком, резиной, металлом, велись независимо в США, Германии в период с 30-х до 40-х годов прошлого века. Химик из Америки У. Х. Карозерс изобрел искусственный каучук и нейлон, а известный германский химик-технолог О. Г. Байер считается изобретателем полиуретана. О.Г.Байер и его команда впервые синтезировали эластичные, твердые эластомеры-полиуретаны.

Промышленное производство материала было начато Германией в 1944 году, в Америке более чем на десять лет позже — 1957 год.

В СССР работать над проблемой синтеза полиуретана начали лишь в 60-е годы.

За время работы, как отечественный, так и импортный продукт претерпел множество изменений, направленных на улучшение качества, разработку материалов с уникальными характеристиками.

Полиуретан — технические характеристики

В магазин поставляются различные изделия, которые изготавливаются при применении этого материала. При этом цены зависят от сложности формы и переданных свойств поверхности. Продажа предусматривает поставку в различном виде, часто предложение выставляют в интернет.

Технические свойства определили столь широкое распространение полиуретана. Он встречается в Санкт-Петербурге, где можно купить полиуретановые втулки или сайлентблоки.

Отличительные технические свойства:

  • Плотность. Материал имеет разную плотность, показатель 30-300 кг/м3.
  • Твердость. Полиуретан часто применяется при изготовлении автозапчастей, что связано с твердостью от 50 до 98 единиц по шкале Шору.
  • Большой температурный интервал, при котором возможна эксплуатация. Характеристики полиуретана указывают на возможность применения в пределе от -60 до +80 градусов по Цельсию.
  • Не пропускает электричество.
  • Малая масса. Доставка изделий упрощается из-за небольшого веса.
  • Отсутствие полная электропроводность. У практически любого производителя есть полиуретан, который используется в качестве изоляции.
  • Стойкость к агрессивным средам. За счет этого свойства материал используется при изготовлении кольца для блока двигателей.
  • Низкая горючесть. Ранее многие изделия изготавливали только из резины, но появление полиуретана изменило ситуацию. Он подходит для создания различных форм, которые нагревается до высокой температуры.
  • Экологичность. Полиуретан относят к безопасным материалам, поэтому любая компания использует его при своей деятельности.

Приведенная выше информация указывает на широкое применение полиуретана. Этот материал подходит для изготовления муфты, манжеты пружины или другой детали, пластика для снегоходов и другой техники. Большое распространение получили ролики и колеса.

Химические свойства и состав

Физические свойства и качества

Главные преимущества заключаются в том, что полиуретан способен кратковременно изменять свою форму и восстанавливать ее. Оно позволяет получать запчасти, которые эксплуатируются в динамически изменяющихся условиях. Физические свойства:

  • Материал практически сразу возвращает свою форму, когда пропадает нагрузка. Поэтому ролики служат несколько лет даже при интенсивной эксплуатации.
  • Уплотнители показывают высокую износостойкость, так как полиуретан не истирается.
  • Свойства сохраняются после нагрева и охлаждения. При этом материал возвращается к своим размерам.
  • Создает защитный слой, который не пропускает воздух, подходит для изготовления проставки.
  • Используется для получения изделий с равным коэффициентом прозрачности. Стекла из полиуретана не получить, но подобный материал тоже пропускает свет.

Для его использования не требуется специальное оборудование за счет повышенной обрабатываемости. Также он часто используется для получения декора.

Виды полиуретана

Химическая отрасль выпускает три основных класса.

Адипрены

Это эластичные вещества, имеющие хорошие характеристики сохранения формы. Из них изготавливают защитные пыльники, протекторы шин для автомобильного транспорта, прокладки и уплотнители, валики для тележек и конвейеров, покрытие для решеток и узлов в обрабатывающей промышленности. Применяют детали в циклонах, грохотах и сепараторах (для предохранения изделий от износа). Изготавливают оправы для литья из гипса и бетона.

Вулколланы

Благодаря повышенной твердости и диапазону температур от -60 до +120 градусов, при которых не меняются параметры, этот материал необходим для создания опор, втулок, сайлентблоков.

Вулкопрены

Это типы, которые используются для последующей вулканизации в сочетании с другими полимерами (каучук). Позволяют достичь высоких показателей по истиранию.

полиуретан характеристики

Физико-механические показатели различных типов полиуретана

Показатель полиуретана НИЦ ПУ-5 СКУ-ПФЛ-100 ТСКУ- ФЭ-4 СКУ-ПФЛ-74 Ур-70 В ПТГФ-1000 СУРЭЛ-20Ф СКУ-ПФЛ-100М Диафор-ТДИ ЛУР-СТ ТТ 129/194
Твердость по Шору усл.ед. 88÷93 95÷ 98 40÷90 88÷92 70÷80 95÷98 93÷97 95÷100 86÷88 75÷85 80÷100
Предел прочности при растяжении, кгс/см.кв 320÷450 350÷400 250÷350 400÷450 230÷390 350÷420 390÷500 450÷500 380÷460 400÷470 380÷520
Относительное удлинение при разрыве,% 450÷ 580 310÷350 400÷550 400÷ 470 670÷800 310÷370 330÷390 350÷370 500÷600 600÷7000 320÷850
Сопротивление раздиру, кгс/см 75÷ 100 90÷ 110 20-30 70-80 30-45 90-110 90-110 85-95 55-65 20-30 90-110
Условное напряжение при 100 % удлинении, кгс/см2 75-95 130- 160 25-30 60-80 20-35 130-160 140-160 45-55 50-80 140-160
Относительное остаточное удлинение после разрыва, % Не более10 Не более10 Не более10 Не более 8 Не более 15 Не более 10 Не более 8 Не более 10 Не более 10 Не более 10 Не более 10
Температурный диапазон, °С 50 70 80 70 80 80 80 80 80 50 50

Полиуретан: где используется?

Использование синтетических эластомеров в строительной сфере – это надежный и доступный по цене способ минимизации выбросов углекислого газа. Уретаны позволяют сократить потери тепла в помещениях в зимнее время года. А летом они удерживают в зданиях прохладу. Чаще всего полиуретаном изолируют крыши, полы, пространство вокруг котлов и труб, пустотелые стены. Износоустойчивость материала продлевает срок службы зданий и сокращает трудозатраты по их техобслуживанию. Полимеры также применяются в таких отраслях:

  • изоляция зданий и бытовой техники (холодильники, морозильные камеры). Чаще всего для изоляции морозильных камер и холодильников применяется жесткий пенополиуретан. Он существенно сокращает объем энергии, необходимой на поддержание низкой температуры. Материал отличается устойчивостью и прочностью, а также экологической безопасностью. Уретаны обеспечивают отличную изоляцию благодаря своей низкой теплопроводности;
  • обувная промышленность. Благодаря своей легкости и стойкости к истиранию, полиуретан применяется при изготовлении подошв;
  • изготовление деталей;
  • автомобильная промышленность. Пенополиуретан используется при производстве подлокотников, подголовников и сидений.

Область применения полиуретана огромная и далеко не ограничивается вышеперечисленным списком.

Производство

Полиуретан является производным материалом от полиола и изоцианата – продуктов нефтехимической промышленности. Для достижения тех или иных технических свойств к ним добавляются различные присадки, то есть при производстве полиуретана как сырья необходимо учитывать его дальнейшую область применения. Сегодня он представляет собой самый востребованный полимер в мире во всех крупных сегментах промышленности. На рынке синтетических полимеров представлен как зарубежный, так и отечественный материал.

При производстве изделий применяются такие технологические приемы как литье, экструзия, прессование, заливка.

Цена, размеры, вес

Итоговая стоимость полиуретановых листов определяется их толщиной, размерами, маркой, предприятием-изготовителем, общим объемом заказа, другими факторами (например, доставка). Оптовая цена всегда ниже розничной. Оптовая стоимость 10 мм полиуретанового листа (0,5×0,5м) — от 1878 руб. (импортного производства) до 2160 (отечественного). Пластины толщиной 40, 50 мм дороже – 8600 и 10760 руб/лист соответственно, габариты стандартные, 0,5×0,5 м. За полиуретановый лист толщиной 80 мм стандартных размеров придется оплатить 14800 руб, вес пластины будет составлять около 24,5 кг).

Вес полиуретана листового размером 0,5*0,5 метра (толщина, мм – вес, кг):

  • 5 — 1,65;
  • 10 — 3,12;
  • 15 — 4,74;
  • 20 — 5,9;
  • 25 — 7,95;
  • 30 — 9,2;
  • 40 — 12,5;
  • 50 — 15,5;
  • 60 — 19,6;
  • 80 — 24,5.

Оптовая цена полиуретановых стержней начинается от 94 руб/шт (длина 0,5м, диаметр 20 мм, вес – 240 гр., импортного производства). Стоимость 1 кг полиуретановых стержней (отечественных) – от 690 руб. Полиуретановый стержень диаметром 35 мм будет стоить 335 руб. за штуку, 50 мм – 665 рублей, 60 – 975, 80 мм – 1400 рублей, 100 – 2700, 150 мм – 6090, 200 мм – от 10810 рублей.

Цена на вспененный полиуретан начинается от 400 рублей за килограмм.

Из чего и как делают полиуретан

Изначальным сырьем для производства является нефть. Из нее выделяются два основных компонента – изоцианат и полиол. Их процентный состав, а также наличие добавок определяют физические свойства конечного продукта. В результате может получиться твердая, жидкая или тягучая субстанция, пригодная для дальнейшей обработки, как обычный полимер.

С завода волокно поступает на переработку в виде гранул, прутков, листа или в жидком состоянии. Изначально придается соответствующий цвет и степень прозрачности. Такие типы поставок позволяют простыми технологическим решениями изготавливать ту или иную продукцию, необходимую для потребителя.

См. также

  • Метилендифенилдиизоцианат
  • Толуилендиизоцианат

Неординарность и интересные факты по применению полиуретана

Возможность придать материалу разнообразные характеристики позволила ему появиться во многих отраслях. Занимаясь спортом, мы используем изделия из этого полимера. Из него делается одежда, обувь, медицинское оборудование. В современном транспорте (автомобили, самолеты, железнодорожные вагоны) давно используют уникальные свойства этой субстанции. Ее неуязвимость стала проблемой для экологии. Несколько лет назад был обнаружен вид грибов, для жизни которых достаточно наличие этого пластика. Pestalotiopsis microspora успешно разлагает полиуретан, при этом его можно употреблять в пищу. Гурманы утверждают, что по вкусу он напоминает хлеб. Может быть, в будущем это станет решением проблемы утилизации.

Что это за материал?

У вещества много различных сфер применения, но мы более подробно расскажем, что это за материал, полиуретан, конкретно, для одежды. Как его используют в текстильной промышленности, его торговые названия, отображающиеся в этикетках, а также, каковы его плюсы и минусы?

Для начала, ответим на главный вопрос: полиуретан – это кожа или нет? Ввиду синтетического способа производства, ткань, разумеется, не является натуральной кожей.

Этапы производства описать доступным языком, не обладая образованием химика, достаточно сложно. Однако, если выразиться кратко – особый полимер синтезируют в определенном составе, в специально созданной среде из сухого азота. Из полученной массы производят нити или другие формы вещества (зависит от будущей сферы применения). Полученный материал сильно похож на резину, но он более эластичен и обладает большим числом преимуществ

Из материи изготавливают популярный кожзаменитель, именуемый экокожей. При этом, искусственная кожа – это не полиуретан, поскольку ее отличием является наличие органической подкладки. Таким образом, полиуретановое полотно – это полностью синтетический кожзам, прочный, износостойкий, эластичный, и, что самое главное – недорогой.

По теме:

  • Экокожа — состав и особенности;
  • Композиционная кожа — для чего подойдет этот материал;
  • Синтетическая кожа для обуви: преимущества и недостатки;

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...