Porowate tworzywa poliuretanowe

Podstawowymi surowcami do otrzymywania porowatych poliuretanów są izocyjaniany, poliole (poliestry lub polietery) oraz woda,
jako główny komponent dostarczający gazu (dwutlenku węgla) do spieniania mieszaniny. W procesie otrzymywania pianek poliuretanowych bierze również udział wiele substancji pomocniczych regulujących właściwości wytwarzanego wyrobu. Substancjami tymi są:

1)    katalizatory - regulujące szybkość reakcji spieniania,
2)    środki powierzchniowe czynne - do regulacji wielkości komórek i ich stabilizacji podczas spieniania,
3)    porofory - stosowane jako dodatkowe czynniki spieniające, zwłaszcza przy otrzymywaniu szczególnie lekkich i elastycznych pianek,
4)    środki zmniejszające palność, napełniacze, środki barwiące. Składniki podstawowe do otrzymywania pianek poliuretanowych produkowały Zakłady Chemiczne w Bydgoszczy pod następującymi nazwami handlowymi:

- Izocyn    izocyjaniany (np. Izocyn T, Izocyn PP),
- Poles    poliestry nasycone o budowie liniowej lub rozgałęzionej

(produkty kondensacji kwasu ądypinowego z glikolami),
Bypolet polietery o budowie słabo lub silnie rozgałęzionej (produkty kondensacji tlenku propylenu z alkoholami trójwodorotlenowymi, np. z gliceryną). Do najbardziej znanych komponentów wytwarzanych za granicą  należały produkty firmy Bayer (Niemcy) o nazwach handlowych: Desmodur (izocyjaniany) i Desmophen (poliestry i polietery).

Zależnie od wzajemnego stosunku i rodzaju komponentów użytych do wytwarzania porowatych poliuretanów otrzymuje się pianki miękkie (elastyczne), półsztywne (półelastyczne) lub twarde (sztywne). Do produkcji pianek elastycznych stosowane są poliole o budowie liniowej lub słabo rozgałęzionej, zaś do pianek sztywnych poliole o budowie silnie rozgałęzionej. Reakcje zachodzące między izocyjanianami i poliestrami lub polieterami przebiegają niezwykle gwałtownie. Dlatego też podstawową trudnością przy wytwarzaniu pianek poliuretanowych jest ścisłe dozowanie poszczególnych składników oraz bardzo szybkie i dokładne ich wymieszanie.

Pianki poliuretanowe można wytwarzać tzw. metodą prepolimerową lub jednoetapową. Produkcja pianek metodą prepolimerową przebiega w dwóch etapach. W pierwszym etapie następuje tworzenie prepolimeru, tj. produktu reakcji poliolu z nadmiarem izocyjanianu, a w drugim jego spienianie przez zmieszanie z wodą.
Metoda jednoetapowa otrzymywania pianek polega na jednoczesnym zmieszaniu wszystkich komponentów. Przez wzgląd na dużą szybkość reakcji rozpoczynającej się z chwilą zetknięcia reagentów, mieszanie składników powinno być przeprowadzone bardzo szybko. Operację tę wykonuje się w specjalnych głowicach mieszających.

Formowanie pianek poliuretanowych można przeprowadzać metodą periodyczną (w formach) lub ciągłą oraz metodą spieniania miejscowego. Metoda periodyczna polega na spienianiu komponentów w specjalnych formach. Formuje się w ten sposób elementy dla przemysłu motoryzacyjnego, opakowania ochronne i mniejsze elementy konstrukcyjne. Ciągłe formowanie pianek poliuretanowych polega na wylewaniu komponentów na przenośnik w kształcie koryta. Uformowane długie bloki pianki mogą być cięte zależnie od przeznaczenia na różne kształty. Istotą metody spieniania miejscowego jest wytwarzanie pianki w miejscu zastosowania, w którym zostaje ona na stałe. Metodą tą wytwarza się głównie izolację termiczną i akustyczną oraz wypełnienia elementów konstrukcyjnych podczas montażu. Spienianie miejscowe wykonuje się przez wylewanie komponentów lub ich nakładanie za pomocą specjalnego pistoletu natryskowego. System natryskowy nakładania pianki jest stosowany przy izolowaniu dużych zbiorników lub pomieszczeń.

Właściwości pianek poliuretanowych są ściśle uzależnione od rodzaju surowców użytych do ich wytwarzania oraz od metody spieniania. Wspólną cechą porowatych poliuretanów są bardzo dobre właściwości izolacyjne, odporność na działanie czynników atmosferycznych i chemicznych oraz wysoka odporność cieplna wynosząca co najmniej 100 C. Gęstość pozorna pianek poliuretanowych zależy od ich rodzaju i waha się w bardzo szerokich granicach: 10-600 kg/metr sześcienny.

Miękkie pianki poliuretanowe otrzymuje się głównie w postaci bloków lub kształtek formowych. Odznaczają się one dużą elastycznością i zarazem sprężystością, bardzo niskim przewodnictwem cieplnym oraz doskonałymi właściwościami dźwiękochłonnymi. Pianki elastyczne wykazują wydłużenie przy rozciąganiu do 300-500% oraz odwracalność zjawiska ściskania powyżej 20-90%.

Piankę w postaci bloku można ciąć na płyty lub kształtki w zależności od dalszego przeznaczenia. Można je z łatwością sklejać ze sobą i z innymi materiałami, jak tekstylia, drewno, metale. Odpady pianki można rozdrabniać na materiał wypełniający (np. do zabawek), jak również sklejać i sprasowywać na płyty do celów tapicerskich i izolacyjnych.

Miękkie pianki poliuretanowe stosuje się w przemyśle meblarskim do wyściełania siedzeń i oparć oraz materaców, do laminowania tekstyliów dla potrzeb przemysłu odzieżowego, do wyrobu miękkich pokryć siedzeniowych w przemyśle motoryzacyjnym i lotniczym oraz w innych środkach transportu, do wytwarzania izolacji termicznej i akustycznej w budownictwie oraz do produkcji opakowań.

Wytwarza się pianki miękkie zarówno w postaci kształtek formowanych metodą periodyczną w formach, jak też w postaci bloków otrzymywanych metodą ciągłą. Były one produkowane przez Zakłady Chemiczne w Bydgoszczy i Zakłady „Polopren" w Łodzi, pod następującymi nazwami handlowymi:

-    Elastyczna pianka PUR formowana,
-    Elastyczna pianka PUR w blokach i płytach.

Półsztywne pianki poliuretanowe charakteryzują się właściwościami tłumienia wstrząsów, wysoką odbojnością, dźwiękochłonnością, właściwościami termoizolacyjnymi oraz wyższą wytrzymałością na rozciąganie niż pianki miękkie. Z materiałów tych wytwarza się izolację cieplną i akustyczną ścian, stropu i podłogi, dolne warstwy wyściółek tapicerskich, a przede wszystkim tzw. „bezpieczne elementy formowe" do pojazdów samochodowych, jak np.: wyścielenia desek rozdzielczych, podłokietników, podpórek, przysłon słonecznych.

Sztywne pianki poliuretanowe odznaczają się wybitnie niskim przewodnictwem cieplnym (nieosiągalnym przy innych materiałach termoizolacyjnych), znaczną wytrzymałością na ściskanie, wysoką zdolnością pochłaniania dźwięków, odpornością na długotrwałe działanie temperatury w zakresie: od -50 do +120 st. C, bardzo dobrą przyczepnością do innych materiałów. Zależnie od warunków wytwarzania mogą one zawierać 50-90% komórek zamkniętych. Pianki tego typu stosuje się głównie w charakterze izolacji termicznej urządzeń i instalacji chłodniczych w transporcie i budownictwie.


Do najbardziej znanych produktów handlowych pianek poliuretanowych wytwarzanych za granicą należały tworzywa produkowane 1 przez firmę Bayer  pod nazwami: Bayfłex, Moltopren.