Достижения современной химии и технологии высокомолекулярных соединений дают возможность создавать более эффективные полимерные строительные материалы, в том числе теплоизоляционные [1].
Одним из самых эффективных теплоизоляционных материалов на сегодняшний день признан пенополиуретан, поскольку обладает уникальными характеристиками. Его применение возможно непосредственно на строительной площадке с использованием несложных напылительных и заливочных установок, при этом для крепления не требуются дополнительные операции и средства, так как полиуретан обладает высокой адгезией к большинству строительных материалов. Срок эксплуатации пенополиуретана без потери физико-химических свойств превышает 30 лет. Пенополиуретаны обладают одним из самых низких показателей теплопроводности для пенопластов (0,02–0,04 Вт/м.К). Пенопласты на основе полиуретанов обладают высокими прочностными и деформативными показателями, по сравнению с другими распространенными пенопластами [2].
По данным [3] мировое потребление полиуретанов в 2013 г. составило 19 млн. т (рост с 2010 г. — 24 %). Самая значительная часть потребления приходится на полиолы, немого меньше приходится на изоцианаты. Объем Российского рынка пенополиуретанов составляет 300 тыс.тон в год, из них объем жестких пенополиуретанов составляет 150–170 тыс.тон в год. Прирост рынка жестких пенополиуретанов оценивается в приблизительно 15 % [4]. Однако по итогам2014 г. импорт основного ПУ-сырья в Россию составил 221.4 тыс. т, что на 5 % ниже уровня 2013 г. [5]. Пенополиуретан выступает теплоизоляционным материалом в структурно изоляционных панелях (СИП), стенках морозильных камер, дверных полотнах, корпусах пчелиных ульев, в заделке швов и т. д.
Жесткий пенополиуретан (ППУ) формируется в ходе реакции двух жидких компонентов А и Б. При подборе рецептуры ППУ определяющими эксплуатационными параметрами являются теплопроводность, прочностные показатели, термостойкость, а также горючесть. К технологическим параметрам, оказывающим существенное влияние при подборе рецептур, относятся: соотношение компонентов А и Б, их вязкость, время старта и температура полимеризации.
Изменение основных эксплуатационных и технологических параметров теплоизоляционного и конструктивно-теплоизоляционного пенополиуретана чаще всего производится за счет коррекции состава компонента А [6]. В нашем случае основным веществом компонента А (гидроксилсодержащего компонента) является ароматический полиэфир (АрПол), полученный в результате переэтерификации отходов полиэтиленгликольтерефталата (ПЭТ) комплексом гликолей, имеющий гидроксильное число 350–360 мг KOH / г.
Процесс получения АрПол включает в себя: загрузку всех необходимых компонентов (отходы полиэтиленгликольтерефталата, моноэтиленгликоль, диэтиленгликоль, 1,4-бутандиол, дибутилдилаурата олова (ДБДЛО)) в нужных пропорциях в лабораторно — промышленный нержавстальной реактор-смеситель оснащенный тихоходной мешалкой и системой термостабилизирования с использованием узла высокотемпературного органического теплоносителя. Отведение паров воды и избытка моноэтиленгликоля, а также возврат паров диэтиленгликоля и 1,4-бутандиола, осуществлялось с помощью насадочной ратификационной колонки с флегмовым числом 10. Завершение процесса деполимеризации и переэтерификации производилось при достижении реакционной массы расчетного необходимого гидроксильного числа (ГЧ) 350–360 мг KOH / г, после чего полученный АрПол сливали, одновременно фильтруя, остужали и упаковывали для проведения дальнейших исследований.
К корректирующим добавкам относятся: вспенивающие агенты, катализаторы гидролиза и уретанообразования и пеностабилизаторы. В качестве компонента Б использовался полиизоцианат WANNATE РМ-200 (ПИЦ).
Напыление пенополиуретана позволяет быстро формировать бесшовные теплогидроизоляционные покрытия, обладающие рядом уникальных свойств [7,8]. Заливка пенополиуретана позволяет производить утепление в недоступных для напыления местах, а также позволяет формировать декоративные теплоизоляционные изделия.
Для заливки и напыления на некоторых отечественных зарубежных установках возможно изменение соотношения компонентов А и Б в интервале от 1:2 до 2:1, что связанно с необходимостью поддержания необходимого баланса активных групп компонентов в смеси. Однако достижения современной технологии пенополиуретанов позволяет при соотношении компонентов 1:1 по объему, за счет корректирования тех или иных активных веществ, получать большинство распространенных жестких пенополиуретанов.
Между заливочными и напылительными системами существует различия технологических показателей, а именно время старта и время подъема, что достигается за счет применения различного количества катализаторов. В свою очередь варьирование количеством катализаторов приводит к изменению температурных параметров реакционной массы, а, следовательно, для получения необходимой плотности ППУ помимо количества вспенивающих агентов необходимо учитывать количество катализаторов.
Для получения интегрального пенополиуретана применение в качестве вспенивающего агента воды не допустимо, так как выделяемый при её реакции с изоцианатом углекислый газ имеет слишком высокое критическое давление давление и относительно низкую критическую температуру. Поэтому для поддержания баланса активных групп при использовании в качестве вспенивающего агента инертного компонента Хладон 141B и соотношении компонентов 1:1 по объему вводился глицерин (ГЛ), имеющий значительное количество активных OH групп (табл. 1).
Таблица 1
Свойства разработанных пенополиуретанов
|
№, п/п |
Состав, масс.ч. |
Кажущаяся плотность, кг/м3 |
Условный предел прочности при сжатии, МПа |
Теплопроводность, Вт/м2∙0С |
Время старта, с. |
|
1 |
АрПол –100 масс.ч.; Вода — 3,6 масс.ч.; Хладон 141B — 34 масс.ч.; Пента®-484–5 масс.ч.; ПИЦ — 145 масс.ч. |
16 |
0,02 |
Менее 0,03 |
35 |
|
2 |
АрПол –90 масс.ч.; ГЛ –15 масс.ч.; Хладон 141B — 27 масс.ч.; Пента®-484–3 масс.ч.; ПИЦ — 140 масс.ч. |
80 |
0,43 |
Менее 0,03 |
27 |
|
3 |
АрПол –100 масс.ч.; Вода — 3,2 масс.ч.; Хладон 141B — 33 масс.ч.; Пента®-484–5 масс.ч.; ДБДЛО — 0,2 масс.ч.; DABCO 33-LV — 0,6 масс.ч.; ПИЦ — 140 масс.ч. |
18 |
0,02 |
Менее 0,03 |
≈2 |
|
4 |
АрПол –90 масс.ч.; Вода — 1,5 масс.ч.; Хладон 141B — 5 масс.ч.; Пента®-484–3 масс.ч.; ДБДЛО — 0,1 масс.ч.; DABCO 33-LV — 0,4 масс.ч.; ПИЦ –100 масс.ч. |
83 |
0,44 |
Менее 0,03 |
≈2 |
Основной компонент, используемый в рамках работы, является активным за счет применения катализатора переэтарификации — дибутилдилаурата олова. В качестве дополнительных катализаторов для напылительных систем вводились дополнительное количество ДБДЛО и аминный катализатор DABCO 33-LV. Таким образом, для получения качественных теплоизоляционных пенополиуретанов с помощью напылительных или заливочных установок необходимо грамотно подобрать рецептуры.
Литература:
- Воробьев В. А., Полимерные теплоизоляционные материалы [Текст]:/ В. А. Воробьев, Р. А. Андрианов// М.: Издательство литературы по строительству, 1972. –320 с.
- Потапов К. Н. Строительные материалы и изделия [Текст]: Учеб./ К. Н. Потапов, М. Б. Каддо; — М.: Высш. шк., 2001. — 367с.
- Полиуретаны 2014: [Электронный ресурс] // Copyright © CREON Energy URL:http://www.creonenergy.ru/consulting/detailConf.php?ID=109742 (дата обращения: 11.10.2015).
- Полиуретаны 2013. [Электронный ресурс] // ООО Пластинфо URL: http://plastinfo.ru/information/articles/431/ (дата обращения: 11.10.2015).
- Полиуретаны 2015. [Электронный ресурс] // Copyright © CREON Energy URL: http://www.creonenergy.ru/consulting/detailConf.php?ID=114711 (дата обращения: 11.10.2015).
- Зубарев П. А. Планирование оптимального соотношения компонентов в полиуретановой системе / П. А. Зубарев, В. О. Петренко, А. В. Лахно, Е. Г. Рылякин.Молодой ученый. 2014.№ 6 (65). С. 164–166.
- Зубарев П. А. Защитные полиуретановые покрытия. [Текст] / П. А. Зубарев, А. Н. Бобрышев, А. В. Лахно, П. И. Эльперин. // Сборник XXVII МНПК «Экология. Производство. Общество. Человек. Новые химические технологии, защитные и специальные покрытия: Производство и применение». 2015. С. 53–59.
- Зубарев П. А. Износостойкостойкие полиуретановые покрытия. [Текст] / П. А. Зубарев, А. В. Лахно.Молодой ученый. 2014.№ 20. С. 143–146.
