Полиуретановый пластик:от клея до штанов для йоги

Полиуретан часто не похож на пластик. Что это такое и как его производят?

Полиуретан представляет собой полимер, соединенный уретановыми связями. Эти связи образуются при взаимодействии ди- или полиизоцианата с полиолом. Полиуретан уникален тем, что производится не так, как многие другие пластики. Большинство полимеров, таких как полиэтилен, производятся в виде порошка, а затем формуются в желаемую форму. Напротив, полиуретаны обычно формируют непосредственно в конечный продукт.

Для чего используется полиуретановый пластик?

Полиуретан является базовым компонентом для различных коммерческих приложений и строительных материалов. Его также можно найти в одежде, спортивных товарах и устройствах управления дорожным движением.

Полиуретановый пластик часто используется в качестве основного компонента досок для серфинга и морского оборудования.

Пластиковые детали

Полиуретановый пластик может быть жестким или гибким. Жесткий полиуретан используется в конструкционных деталях промышленного и коммерческого назначения. Он также используется для изготовления компонентов досок для серфинга и лодок, а также лицевых панелей электронных приборов. Гибкий полиуретан – распространенный материал для изготовления ручек спортивного инвентаря, например клюшек для гольфа и теннисных ракеток.

Гибкие болларды долговечны и экономичны — они предназначены для неабразивного управления дорожным движением с низким уровнем воздействия.

Гибкие болларды

Полиуретановые гибкие болларды предлагают решения для управления движением на парковках и городских улицах. Столбики с низким уровнем ударопрочности долговечны и экономичны, их используют в качестве разграничителей велосипедных дорожек или для обозначения конца парковочного места. Для областей с меняющимися потребностями движения можно использовать съемный гибкий боллард, который можно использовать в различных конфигурациях.

Спандекс, состоящий не менее чем на 85% из полиуретана, широко используется в спортивной одежде.

Ткань

Полиуретан можно превратить в волокна с помощью метода сухого прядения. Эти волокна широко используются в тканях для одежды от спортивной до чулочно-носочных изделий. Химически ткань, известная как спандекс, лайкра или эластан, состоит не менее чем на 85 % из полиуретана.

Высокая несущая способность полиуретана делает колеса из эластомера прочными.

Колеса

Полиуретан обладает высокой несущей способностью и является базовым материалом для эластомерных колес и шин. Их можно найти на тележках для покупок, в лифтах, на американских горках и роликовых коньках.

Полы с полиуретановым покрытием защищены от истирания и ударов.

Полы и инфраструктура

Полиуретановые покрытия идеально подходят для поверхностей, требующих устойчивости к истиранию и коррозии, таких как паркетные полы и наружная инфраструктура. Благодаря регулярному обслуживанию эти поверхности можно защитить от ежедневного износа.

Полугибкие пенополиуретаны обладают более прочными свойствами и идеально подходят для приборных панелей автомобилей и дверных вкладышей.

Пена и подушки

Гибкие пены мягкие с высокими абсорбционными характеристиками. Полугибкие пенополиуретаны более прочные и используются для приборных панелей автомобилей и дверных вкладышей. Изделия из высокоэластичного пеноматериала подходят для пенопластовых сидений, уплотнений и изоляционных панелей.

Спреи из пенополиуретана заполняют щели вокруг окон для лучшей изоляции.

Клеи и герметики

Полиуретан используется в высокоэффективных клеях и поверхностных герметиках. Эти герметики заполняют щели, позволяя строительным материалам расширяться и сжиматься. Эластомерные свойства герметика допускают подвижность на 25–50 %. Пенные спреи также изготавливаются из полиуретана и заполняют щели для лучшей теплоизоляции здания.

Свойства полиуретана

Плотность полимера полиуретана можно контролировать, что приводит к ряду свойств. Преимущества полиуретана включают высокую эластичность и формуемость, что делает его идеальным базовым материалом для многих пластиковых изделий, как показано выше.

СВОЙСТВА ПОЛИУРЕТАНА

ПРЕИМУЩЕСТВА

МИНУСЫ

Высокая стойкость к истиранию и растворителям

Низкая теплоемкость

Высокая несущая способность и эластичность

Токсичные свойства (изоцианаты)

Высокая изоляция

Низкая устойчивость к солнечному свету

Хорошее качество литья

Легковоспламеняющийся

Конструкция и производство полиуретана

Полиуретан производится экзотермической реакцией между двумя молекулами, изоцианатами и полиолами, которые создают уретановую связь. Важно сначала понять изоцианаты и полиолы, поскольку полиуретан является результатом этих двух соединений.

1) Изоцианаты

Изоцианат имеет формулу R–N=C=O. Это органическое соединение, которое является реакционноспособным и часто содержит полимерные материалы. Когда изоцианат имеет две изоцианатные группы, его называют диизоцианатом (TDI). TDI используется для взаимодействия с полиолами при производстве полиуретана.

2) Полиолы

Полиолы могут быть либо простыми полиэфирами, либо полиэфирными полиолами. Полиэфирные полиолы получают при взаимодействии эпоксидов с соединениями, содержащими активный водород. Поликонденсация происходит между многофункциональными карбоновыми кислотами и полигидроксисоединениями. Полиолы с более высокой молекулярной массой дают эластичные полиуретаны. Полиолы с более низкой молекулярной массой производят жесткие полиуретаны.

3) Полиуретан

Тип изоцианата и полиола, используемых в производстве полиуретана, влияет на его свойства. Полиолы отвечают за контроль гибкости и эластичности полимера. Более длинные цепи и низкое сшивание создают эластичный полимер, а более короткие цепи приводят к более твердому полимеру. Существует множество вариантов изоцианатов и полиолов, и для производства используются различные условия обработки.

Добавки также используются в процессе производства полиуретана. Эти химические вещества контролируют реакции и свойства образования полиуретана.

ДОБАВКИ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В ПРОИЗВОДСТВЕ ПОЛИУРЕТАНОВ

Катализаторы

Ускоряет химическую реакцию

Агенты перекрестных ссылок

Механическое усиление

Антипирены

Снижает воспламеняемость

Пластификаторы

Уменьшает твердость

Наполнители

Улучшает свойства материала и снижает затраты

Вспенивающие агенты поверхностно-активные вещества

Контролирует ячеистую структуру пенополиуретана

Дымоподавители

Снижает уровень дыма при горении

Пигменты

Добавляет цвет для эстетики

Классификация полиуретана

Полиуретаны можно разделить на две группы в зависимости от их реакции на тепло:

Термопластик

Термопластичный полиуретан универсален тем, что его можно многократно нагревать и формовать заново. При нагревании он превращается в жидкость, и ему можно придать нужную форму без каких-либо изменений свойств пластика. Термопластичный полиуретан лучше всего подходит для конечных продуктов, для которых требуется температурный допуск свыше 250 °F.

Реактивный термопласт

Термореактивный полиуретан нельзя формовать более одного раза. Когда термореактивный полиуретан затвердевает, в нем происходит химическая реакция, которая делает изменение постоянным. Термореактивный полиуретан — более прочный вариант для изделий, несущих вес и устойчивых к истиранию.

Виды полиуретана

Полиуретаны можно разделить на четыре основных типа:эластомеры, покрытия, гибкие пены и сшитые пены. Для каждого из типов следует выбрать наиболее подходящий класс полиуретана — либо термопластичный, либо термореактивный. В зависимости от конкретной конструкции и области применения необходимо учитывать различные требования к нагреву, весу и абразивному износу.

Эластомеры

Полиуретановые эластомеры обладают очень высокой эластичностью. Устройства безопасности дорожного движения, такие как гибкие болларды, выигрывают от этих эластичных свойств. Гибкие столбики, разработанные для того, чтобы сгибаться под транспортными средствами, могут быстро возвращаться в исходную форму после того, как их сплющили.

Покрытия

Полиуретановые покрытия обеспечивают устойчивость к агрессивным растворителям, таким как промышленные чистящие средства. Они также обеспечивают некоторую защиту от ударов. Полиуретановые покрытия идеально подходят для поверхностей, которым требуется устойчивость к истиранию. Также доступны растворы на водной основе.

Гибкие пены

Гибкие пены обладают высокой ударопрочностью и амортизацией. В качестве более жесткой альтернативы также доступны полугибкие пенополиуретаны.

Сшитые пенопласты

Сшитые пены имеют более жесткую и толстую структуру по сравнению с гибкими пенами.

Уход за полиуретановым пластиком

Полиуретан прост в уходе и неприхотлив в уходе. Он устойчив к растворителям, маслам и коррозии, а также обладает высокой устойчивостью к атмосферным воздействиям и истиранию. Регулярный уход так же прост, как протирание поверхности влажной тряпкой. В случаях с большим повреждением поверхности можно использовать моющие и чистящие средства. Однако лучше приберечь жесткие чистящие средства для периодического использования, так как они могут повлиять на уровень блеска некоторых полиуретановых покрытий.

Переработка полиуретанового пластика

Полиуретан можно перерабатывать двумя способами:механическим или химическим способом. При механической переработке материал повторно используется в полимерной форме, а при химической переработке материал снова превращается в химические компоненты.

1) Механическая переработка

Восстановить

Отходы полиуретана измельчаются на мелкие кусочки, опрыскиваются форполимером и связываются в желаемую пену. Популярный метод для переработанных ковровых покрытий.

Перешлифовать

Полиуретановая промышленная отделка измельчается в мелкий порошок. Затем порошок можно смешать с первичными материалами для производства нового пенополиуретана.

Клейкая прессовка

Полиуретановые детали гранулируют и смешивают, а затем подвергают воздействию тепла и давления для формирования плит или молдингов. Полученные древесностружечные плиты можно использовать в звукоизоляционных материалах и мебели.

2) Химическая переработка

Гликолиз

Промышленные и бытовые полиуретаны смешивают с диолами при высокой температуре. В результате химической реакции создаются новые полиолы, которые затем можно использовать для производства переработанного полиуретана.

Гидролиз

В результате реакции между использованными полиуретанами и водой образуются полиолы, которые можно использовать в качестве топлива. Промежуточные химикаты можно использовать в качестве сырья для создания переработанного полиуретана.

Пиролиз

Газ и нефть образуются при разрушении полиуретанов в среде, не содержащей кислорода.

Гидрирование

Газ и масло получают из использованных полиуретанов с помощью нагрева, давления и кислорода.

Будущее полиуретана

Полиуретан является впечатляющим ресурсом благодаря сочетанию работоспособных характеристик. Полиуретановые продукты также могут похвастаться разнообразием — от пластмасс, пеноматериалов, покрытий до герметиков — которые приносят пользу множеству отраслей промышленности.

Полиуретановые продукты имеют циклический срок службы, поскольку они продолжают сохранять ценность даже после достижения конца жизненного цикла продукта. В 2010 году американский производитель автомобилей Chrysler объявил, что будет использовать 180 000 фунтов переработанного пенополиуретана для своих сидений и подголовников. По мере того, как мир становится экологичным, полиуретановая промышленность придерживается принципов устойчивого развития.