Polyuretan – co je to za materiál: typy, vlastnosti a aplikace

O polyuretanovém materiálu se začalo mluvit na začátku minulého století. Jeho objevitelem je vědec Bayer z Německa. Syntetizoval uretanový elastomer, který je dodnes žádaný a také nachází stále více možností uplatnění. Polymer úspěšně konkuruje svými vlastnostmi tak běžným materiálům, jako je pryž, pryž a dokonce i kov.

Co je to polyuretan?

Polyuretan obsahuje polyolol a isokyanát. Jsou izolovány z ropy, která se získává přímo z vrtu, tedy surové. V procesu další syntézy získává látka polymerní strukturu a smíchání hlavních složek v kapalné formě jí dává specifické vlastnosti. Například plasticita nebo tuhost. Výrobky mohou být také s různými koeficienty tření, odolávají natažení až 550 % a teplotním výkyvům v rozmezí od -55 do +85°C. Kolísání procenta složek dává materiálu různé vlastnosti. Může být měkký, tvrdý, buněčný nebo monolitický. Materiál získává další vlastnosti, pokud jsou do jeho složení zavedeny následující prvky: katalyzátory, nadouvadla, stabilizátory a další.

Výrobní metody

K výrobě polyuretanových výrobků se používají téměř všechny známé technologické postupy. Proto se široce používá několik výrobních metod.

Casting

Nejčastěji používaný způsob lisování, který se téměř neliší od technologie výroby jakýchkoliv plastů. Umožňuje výrobu polyuretanových výrobků složité geometrie. Tato technologie nevyžaduje složitou automatizaci a umožňuje výrobu velkých sérií. V tomto případě jsou kusové díly, jejichž velikost může přesáhnout 3-4 tuny, vyráběny pomocí lití na pracovním stole. Samotný proces je poměrně jednoduchý: hmota se změkčí a nalije do speciálních rámů. Poté ztvrdne a získá stabilní tvar. Zvýšený tlak urychluje postup.

Stiskněte

Používá se pro předem připravený materiál, který je přiváděn do speciální aparatury. Pod vlivem extrémně vysokého tlaku získá hmota požadovaný tvar. Před hlavním lisovacím procesem lze polyuretan zahřát nebo změkčit stlačením. V tomto případě se mění nejen geometrie součásti, ale také její vlastnosti. Každá fáze je řízena počítačem.

Vytlačování

Tato metoda se také nazývá tlačení. Polymer, zahřátý a změkčený pod tlakem, vstupuje do extrudéru. Zde se ochladí a ztvrdne. Produktem této technologie jsou tyče s průřezem určitého tvaru a také ploché plechy, které jsou následně řezány nebo krouceny.

Plnění standardním vybavením

Jedná se o běžnou metodu výroby dekorativních předmětů pomocí lití, které se přirozeně vyskytuje. Provádí se litím materiálu v tekutém stavu do rámu. K tuhnutí dochází vlivem teploty nebo činidel. Obvykle se používá pro malé série. Proces odlévání nevyžaduje nákladné složité formy.

Typy polymerů

V chemickém průmyslu existují tři hlavní typy polyuretanu:

1. Adipreny jsou látky se zvýšenou elasticitou, které dobře drží svůj daný tvar. Obvykle slouží jako základ pro těsnění těsnění a podílejí se na výrobě kol pro vozíky, dopravníkových válečků a pneumatik pro vozidla. Podle toho, jaké další vlastnosti mají adipreny, se používají při výrobě náhradních dílů v cyklonech, rámech pro sádrové nebo betonové lití.
2. Vulkollany jsou pevné polymery s širokým rozsahem provozních teplot bez ztráty vlastností. S jejich účastí se vytvářejí pouzdra, podpěry, tiché bloky atd.
3. Vulkoprény jsou druhem polyuretanu, který prochází následnou vulkanizací a je kombinován s jinými polymery (například pryží). Tento přístup umožňuje dosáhnout vysokých rychlostí otěru.

Každý z těchto elastomerů se aktivně používá v různých oblastech, protože materiálové parametry, jako je odolnost, pevnost a tažnost, jsou mnohem lepší než u běžné pryže a kovu.

Vlastnosti a vlastnosti

Hlavní vlastností polyuretanu je schopnost krátkodobě změnit svou geometrii a poté se po odstranění zátěže vrátit do svého tvaru. Polymer také prokazuje odolnost při kontaktu s různými chemickými sloučeninami, oleji a kyselinami, nebojí se mikroorganismů a nereaguje na ultrafialové záření.

Díky svým technickým vlastnostem je tento typ plastu nepostradatelný v provozních podmínkách, které vyžadují odolnost proti opotřebení a odolnost. Mezi vlastnosti materiálu patří:

• hustota – závisí na typu, parametry se pohybují od 30-300 kg/m3;
• tvrdost (Shore) – 50-99 jednotek;
• rozsah provozních teplot je od -55 do +85 °C, ale je povoleno krátkodobé použití v prostředí při +110 °C. +150 °C bez ztráty původních vlastností a roztavení;
• elasticita – až 50 MPa.

Jedná se o polymer s malou hmotností, nevede elektrický proud a neztrácí svou integritu pod vlivem ozónu.

Pozitivní a negativní vlastnosti

Fyzikální parametry závisí na složení polymeru. Mezi výhody materiálu patří:

• dobrá úroveň elasticity, tyto ukazatele jsou mnohem lepší než u pryže;
• hladká struktura, která dodává povrchu plastu příjemný vzhled;
• retardér hoření, takže se používá v mnoha průmyslových odvětvích;
• nedostatek stárnutí, to znamená, že polymer nemění vlastnosti ani po mnoha letech;
• schopnost upravit koeficient tření v závislosti na požadavcích během provozu (například můžete získat hladký povrch a poskytnout požadovanou drsnost pro zvýšení adheze);
• snadnost zpracování.

Polyuretan navíc neumožňuje průchod plynných látek, včetně vzduchu. Tato kvalita se používá, když ji chtějí použít jako tmel. Polyuretan působí také jako dielektrikum. Vědci prokázali, že při použití polyuretanové směsi, jejíž vrstva nepřesahuje 1,5 cm, bude pevnost izolace vyšší než u metrové vrstvy betonu.

Polymer má však také negativní vlastnosti:

• může částečně ztratit vlastnosti v pracovních prostředích na bázi arénů (benzen, tuluen) a je také citlivý na terpentýn a kapaliny obsahující chlór;
• zvýšená tvrdost a křehkost při dlouhodobém vystavení chladu;
• komplexní systém ničení a recyklace.

Kromě toho má polyuretan nízkou odolnost proti kroucení. Také díky své vzduchotěsnosti, přestože se používá při výrobě oděvů a obuvi, je v omezeném množství.

Kde použít?

Polyuretan se často vyskytuje v životě. Lidé se s ním setkávají ve všech oblastech: při sportu, cestování v MHD, doma.

V chemických závodech existuje několik hlavních forem uvolňování této suroviny, na kterých závisí její další použití:

1. Solidní. Těsnění, pouzdra a těsnění se vyrábí z plastových fólií, granulí nebo tyčí. Materiál se používá pro výrobu bezdušových plášťů, které se instalují na sportovní vybavení (kolečkové brusle, skateboardy), dětské kočárky a vybavení (vozíky, dopravníkové válečky).
2. Kapalina (jednosložková a dvousložková). Působí jako základ pro antikorozní nátěr s hermetickými vlastnostmi. Používají se v různých uzavíracích konstrukcích (betonové podlahy budov, střechy domů, povrchy zástěn atd.). Tekuté formy polyuretanu jsou nepostradatelné při výrobě lepidel, tmelů, barev a tmelů. Po vulkanizaci působí tekutý polyuretan jako základ pro ochranné prvky, jako jsou automobilové lišty.
3. Pěnivý. Používá se k izolaci stavenišť nebo zařízení. Z tohoto kompozitu jsou vyrobeny podrážky tenisek a lehkých plášťů. Jedná se o produkt, který by měl být lehký a elastický.

Kromě toho se elastomer používá v následujících průmyslových odvětvích:

• těžký průmysl, ve vibračních stojanech a konvenčně se pohybujících jednotkách;
• stavebnictví, pro izolaci stěn budov;
• automobilový průmysl, na výrobu pneumatik, silentbloků, ochranných krytů atd.;
• medicína, díky své neutralitě jsou elastomerové produkty pro pacienty bezpečné a nereagují s léky;
• nábytkářský průmysl, při výrobě spojovacích dílů, dekorací;
• sportovního zboží při výrobě různých typů náčiní a cvičebních pomůcek;
• lehký průmysl, součást pro ortopedické vložky, podrážky a spojovací prvky.

V poslední době se při výrobě chladicích zařízení začíná využívat tepelná odolnost a izolační vlastnosti tohoto materiálu. Je pozoruhodné, že toto řešení zvýšilo účinnost zařízení o více než 40%.

Technické vlastnosti syntetického elastomeru jsou často srovnávány s pryží. Ale na rozdíl od pogumovaných dílů fungují polyuretanové díly spolehlivě a jsou dlouhodobě odolné proti opotřebení. Polyuretan je mnohem odolnější proti opotřebení.

Podle odborníků činil celosvětový objem polyuretanu v roce 2020 30 tisíc tun. Podle prognóz budou tyto ukazatele nadále růst a předstihnou dynamiku globálního HDP.

Poptávka po typech polyuretanu byla rozdělena takto:

• pěnový polyuretan – 84 %;
• tvrdý plast – 38 %;
• měkký – 46 %.

Poptávka po materiálu podle oblasti použití vypadá takto:

• výroba nábytku – 35 %;
• automobilový průmysl – 22 %;
• stavebnictví – 21 %;
• potrubní doprava – 8 %;
• chladicí průmysl – 7 %.

Zajímavé je, že zaměstnanost ve výrobě polyuretanu v Evropě a Americe je asi 1 milion lidí. Navíc 1 pracovní místo v této oblasti nepřímo poskytuje práci minimálně čtyřem lidem.

Bezpečnost a šetrnost k životnímu prostředí

Vzhledem k širokému použití materiálu se mnozí zajímají o otázku jeho šetrnosti k životnímu prostředí. Je známo, že v pevném stavu tento plast nevylučuje škodlivé látky. Nebezpečné výpary vznikají pouze při nesprávné manipulaci s polyuretanem. Při porušení výrobní technologie hrozí nebezpečí uvolňování toxických výparů, jako jsou:

• isokyanáty – při absenci zvláštní ochrany mohou způsobit rozvoj astmatu;
• aminové katalyzátory – negativně ovlivňují oči;
• polyol – vede k intoxikaci při požití (polknutím);
• retardér hoření – při nahromadění ve velkém množství způsobí otravu.

Jednoduše řečeno, polyuretan může představovat zdravotní riziko pouze při nesprávném použití. V ostatních případech je tento materiál zcela nezávadný.

Skladovací podmínky, likvidace

Polyuretan nevyžaduje zvláštní podmínky skladování. Protože odolává teplotním změnám, je povolena přeprava po železnici nebo po silnici. Jedinou podmínkou je přítomnost obalu, který materiál ochrání před přímým slunečním zářením.

Polyuretan má širokou škálu aplikací, takže problém jeho recyklace je akutní. V přirozených podmínkách tedy tento polymer odolá vlivu ultrafialového záření a ozónu, aniž by změnil své vlastnosti. Proto znečišťuje životní prostředí, protože se nerozkládá.

Existuje několik způsobů recyklace a recyklace polyuretanu:

• Hořící. Navzdory kritickým teplotám, při kterých polyuretan stále netaje, je tento materiál, stejně jako všechny uhlovodíky, náchylný k vysokoteplotní oxidaci. Spalování se však k likvidaci plastů používá jen zřídka, protože při spalování se do ovzduší uvolňují zdraví škodlivé látky.
• Mechanická metoda. Používá se k recyklaci materiálu. Po rozdrcení se plast přidává do betonu nebo asfaltu.
• Přetavování. Při vysokých teplotách dostávají polymerní produkty požadované tvary a poté jsou odeslány k sekundárnímu použití. Hlavní nevýhodou tohoto postupu je heterogenní složení, kvůli kterému není možné dosáhnout určitých vlastností.
• Glykolýza. Představuje štěpení molekul pomocí katalyzátoru zahříváním. Výsledkem jsou krátkomolekulární sloučeniny, které se následně využívají v chemickém průmyslu, ale i při výrobě speciálních přísad do umělých stavebních materiálů.
• Chemická metoda. Umožňuje rozdělit plastový řetěz pomocí činidel a získat tak látku vhodnou k recyklaci.

Přední světoví chemici řeší problém ekologického zpracování polyuretanu. Poslední způsob rozkladu se tedy provádí za použití kyseliny trichloroctové v dichlormethanu. Tento proces se provádí při teplotě 20-22 ° C a netrvá déle než tři hodiny.

Před 2-3 lety navíc vědci objevili houby (Pestalotiopsis microspora), které dokážou tento druh plastu využít ve svém životě. Mikroorganismy nejenže degradují elastomer. Při pěstování za určitých podmínek je lze použít do kulinářských pokrmů. Jejich struktura má podle odborníků příjemnou pórovitost. Chuť hub je také zajímavá; Recyklace polyuretanu má tedy dobré vyhlídky. Doufáme, že tento elastomer bude užitečný pouze pro lidi a nezpůsobí významné škody přírodě.