Полиуретан 


Это не резина и не пластмасса. Вещество относят к семейству универсальных полимеров и получают с помощью реакции полиприсоединения из простых и сложных полиэфиров и диизоцианатов. В состав полиуретана входит изоцианат, полиол и различные добавки. Соотношение компонентов определяет структуру, формат и физические свойства материала. 

Физико-механические характеристики полиуретана настолько разнообразны, что его применяют практически во всех областях промышленности, используют для производства многих привычных вещей.


Как выглядит полиуретан


Полиуретан бывает вспененный и монолитный. Вспененный пенополиуретан (ППУ) состоит из ячеек, заполненных различными видами газов, и со сформированными стенками из цепочек самого полимера. Монолитный (невспененный) полиуретан имеет эластомерную структуру, реже — сшитые между собой цепочки полимера. В структуре материала — два вида молекул: полиолы (простые или сложные полиэфиры), а также диизоцианаты. Такое сочетание позволяет получать устойчивые соединения, способные удерживать структуру, сохранять свойства при нагревании и охлаждении. Более того, соединения полиуретановой группы способны сильно растягиваться. Модуль относительного удлинения некоторых соединений составляет 300–700%.

В полиуретановой промышленности принято выделять следующие виды материалов:

  • Жесткий ППУ — твердый вспененный материал, использующийся в основном как теплоизолятор. Основные отрасли применения: потребительские товары, инфраструктура, строительство.
  • Эластичный ППУ — эластичный материал с широким диапазоном плотностей. Основные отрасли применения: потребительские товары, транспорт.
  • Вязкоэластичный ППУ — эластичный материал с эффектом памяти. Основные отрасли применения: потребительские товары, медицина.
  • Эластомеры на основе полиуретана — материалы с широким диапазоном физико-механических свойств. Основные отрасли применения: строительство, инфраструктура, потребительские товары, нефте- и газодобыча.
  • Жесткий пенополиизоцианоурат (ПИР) — твердый вспененный материал, отличный теплоизолятор с пониженной горючестью. Основные отрасли применения: инфраструктура, строительство.

На структуру полиуретана влияет строение исходных компонентов. Строение определяет также показатели прочности, жесткости, световой стойкости. Так, жидкие полиуретановые компоненты выпускают в виде спреев или двухкомпонентных смесей, которые заливают в формы.

Особенность полиуретанов в том, что при формуляции полиуретановой системы благодаря выбору необходимого набором олигомеров, на выходе можно получить готовый полимер с заданными заказчиком свойствами и при выбранной технологии переработки. 


Как получают полиуретан


Полиуретаны получают методом поликонденсации. Суть метода состоит в синтезировании би- или полифункциональных олигомеров. Затем после реакции между синтезированными олигомерами получаются полимолекулярные структуры. 

Для получения полиуретанов соединяют вещества изоцианатной группы и полифункциональные гидроксилсодержащие производные (сложные полиэфиры, простые полиэфиры). При смешивании добавляют различные добавки: вспениватели, катализаторы, стабилизаторы, удлинители цепи, терминаторы роста цепи, сшиватели, пластификаторы, антипирены и другие. Компоненты смешивают в специальных установках — скоростных смесителях. При производстве некоторых типов полиуретанов производственный цикл включает разлив в формы для вспенивания с последующим отверждением.


Полиуретан как материал: свойства и характеристики


Свойства полиуретана во многом зависят от структуры материала, но в общих чертах материал характеризуется множеством качеств:

  • выдерживает перепады температур в диапазоне от –70 до +120 °С;
  • устойчив к воздействию ультрафиолета и агрессивных химических сред;
  • не проводит электрический ток и не впитывает влагу;
  • обладает высокой прочностью на разрыв, а также износостойкостью;
  • способен восстанавливать форму после деформации;
  • не подвержен гниению, коррозии, воздействию плесени и грибков; 
  • обладает низкой теплопроводностью.

Среди важных свойств материала — относительно небольшой удельный вес. Легкий полиуретан отличается низким коэффициентом истираемости, что позволяет использовать его в сферах с повышенными механическими нагрузками, включая производства непрерывного цикла. Полиуретановые соединения нетоксичны, поэтому из них нередко делают игрушки и другие детские товары. Большой выбор коммерчески доступных видов сырья для создания полиуретановой композиции позволяет варьировать свойства полученного полимера в широких диапазонах. 


Сфера применения полиуретана


Легкий, прочный и функциональный полимер используют во многих отраслях:

  • Тяжелая промышленность. 

Из полиуретана делают ролики, втулки, вибрационные стенды, шкивы и валы, приводные ремни и элементы облицовки. 

  • Строительство. 

На основе полиуретана делают теплоизоляционные и шумоизоляционные панели и покрытия, герметизирующие составы, монтажные пены, фильтрующие системы, смеси для декора стен и наливные полы. Полиуретановую изоляцию применяют для обшивки трубопроводов и строительных конструкций.

  • Автомобильное производство. 

Из полиуретана производят кузовные части и элементы салона автомобилей, амортизирующие прокладки, защитные кожухи, набивки сидений авто. Внутренняя обшивка салона, имитирующая натуральную кожу или замшу, во многих случаях выполнена именно на основе полиуретана.

  • Медицина. 

Полиуретан незаменим для изготовления эндопротезов, имплантатов, съемных стоматологических конструкций. Материал применяют для получения полимерного гипса, производства перчаток, ортопедических стелек, противопролежневых матрасов, мембран аппаратов диализа

  • Мебельная индустрия. 

Полиуретан становится основой для изготовления крепежей, наполнителей для мягкой мебели, декора и фурнитуры. На полиуретановой основе делают клеевые составы, пропитки, средства для обработки поверхностей.

  • Легкая промышленность. 

Полиуретановые волокна применяют для изготовления эластичных тканей, таких как лайкра, спандекс. Материал идет на производство обувной подошвы, бельевой фурнитуры, жесткой и мягкой упаковки.

  • Потребительские товары. 

Полиуретан — основной теплоизолятор применяемый при производстве бытовой техники, например, холодильников и бойлеров.


Полимеры — материалы будущего 


Взглянуть на полимеры по-новому помогают современные технологии и экологичный подход. Научный центр «СИБУР ПолиЛаб» исследует возможности полимеров и создает лучшие решения для разных отраслей промышленности. Эксперты кластера комбинируют мономеры в различные структуры, экспериментируют с пространственным расположением химических элементов, чтобы получать материалы, имеющие те или иные свойства. Так, предприятия концерна СИБУР выпускают до 230 000 тонн полимеров в год для производства игрушек, бытовой продукции, упаковочных пленок и множества других товаров.

Ученые центра рационально подходят к полимерным разработкам:

  • выставляют параметры синтеза и тестируют концепции с помощью технологий искусственного интеллекта;
  • продвигают решения в поддержку вторичной переработки пластика;
  • развивают новые ниши применения полимеров для раскрытия функциональности материала;
  • разрабатывают технологии по совершенствованию свойств полимеров — способность к самовосстановлению, память формы и многое другое.

В основе подхода «СИБУР Полилаб» — курс на сохранение экологии и применение максимально безопасных технологических решений. Большую часть полимеров холдинг производит из попутного газа — побочного продукта нефтехимии. В обычных условиях попутный газ утилизируют (сжигают), оставляя углеродный след, но благодаря инновационному подходу он становится основным сырьем для получения полимеров.