Polyuretan je moderní surovina žádaná v průmyslu, kterou lze postavit na roveň pryži, pryži, kovu. Polyuretan se používá v různých formách: tekutý, pevný, včetně lisovaných desek. Tento materiál si získal velkou oblibu díky zvláštnostem získávání, univerzálním vlastnostem a také dostupnosti.
Seznamte se tedy, polyuretany: složení, vlastnosti, výroba, použití.
Historie vzniku polyuretanu
Polyuretan byl poprvé získán v roce 1937. Slavný německý chemik-technolog Otto Bayer jej syntetizoval z diisokyanátu a tekutého polyesteru. Výsledná látka byla v mnoha vlastnostech lepší než tehdy existující plasty. Další výzkum v tomto směru byl zaměřen na získání umělých vláken, stejně jako pěny s vysokou elasticitou. Plán ale musel být odložen kvůli vypuknutí druhé světové války. Ale už tehdy se polyuretany začaly používat, v malém množství se používaly na nátěry letadel.
Ke zdokonalování technologie a výrobě polyuretanu v průmyslovém měřítku se opět vrátili až v roce 1954 za pomoci. Pro syntézu byly použity toluendiisokyanát a polyesterpolyoly. Sériová výroba začala v 60. letech podáním známých amerických firem Mobay a Union Carbide.
Je zajímavé, že polyuretanová pěna s vysokou elasticitou byla získána náhodně. Voda se dostala do směsi připravené na reakci. Výsledek byl nepředvídatelný a dal podnět k výrobě nového materiálu.
Vlastnosti polyuretanu
Polyuretan je celá třída syntetizovaných polymerů, jejichž molekuly obsahují urethanové skupiny. Vzhledem k tomu, že se jejich molekulární struktura může lišit, mohou se lišit i technické charakteristiky a vlastnosti polyuretanů. Ale společná pro celou skupinu polymerů je viskozita a vysoká elasticita. Z tohoto důvodu jsou klasifikovány jako elastomery. Elastomery jsou elastické materiály, které se dají natáhnout a zaujmout svou původní polohu, to znamená, že se chovají jako guma.
Mrazuvzdornost polyuretanů je působivá, lze je používat při různých teplotách: od -60°C do +80°C.
Fyzikální vlastnosti polyuretanu
- Vysoká tvrdost. To umožňuje použití materiálu tam, kde je na něj kladeno značné mechanické zatížení.
- Vynikající odolnost proti opotřebení. Včetně působení abrazivních látek používaných k broušení, leštění a dalším druhům zpracování materiálů.
- Výrazná elasticita. Zatímco tvrdost materiálu zůstává vysoká.
- Odolnost proti deformaci, kterou zajišťují hodnoty pevnosti do 50 MPa.
- Polyuretan je nepříznivé prostředí pro tvorbu plísní, hub, mikroorganismů.
- Nemění vlastnosti při vystavení olejům, rozpouštědlům.
- Metoda odlévání umožňuje vyrábět polyuretanové výrobky libovolné velikosti a konfigurace.
Výhody a nevýhody materiálu
Polyuretan má oproti jiným běžně používaným materiálům mnoho výhod.
- Je lehčí než kovy, pružnější, není vodičem elektřiny a nepůsobí na něj abraziva. Mechanismy vyrobené z polyuretanu produkují méně hluku než kovové, nevyžadují vysoké náklady na opravy a údržbu.
- Polyuretan má delší životnost než pryž. Je schopen odolat značnému zatížení, spíše než se pryž vrátí do původního tvaru po vnějším nárazu, je elastická, nemění se při interakci s oleji, nepřitahuje nečistoty tolik jako pryž.
- Oproti plastům jsou také materiálové vlastnosti polyuretanu praktičtější. Je odolný vůči mechanickému namáhání, má výraznou elasticitu a nepodléhá abrazivům. Tento materiál si zachovává elasticitu i při extrémně nízkých teplotách. Je snazší z něj formovat materiál se silnými vrstvami.
- Mezi všemi těmito materiály a poměrem ceny a kvality vyniká polyuretan. Jeho použitím při výrobě různých mechanismů je možné snížit náklady na výrobu.
Obecné výhody polyuretanu
- Malá hmota. Tím se snižuje celková hmotnost hotových výrobků.
- Odolnost vůči vnějším vlivům prostředí, chemické složení.
- Možnost výroby materiálu s určitým koeficientem tření.
- Neschopnost vést elektřinu.
- Schopnost výrazně se protáhnout.
- Možnost použití při kritických teplotách, včetně krátkodobého při teplotách do 100°C.
- Trvanlivost.
- Tvrdost.
- Trvanlivost.
Tento materiál má také nevýhody. Hlavní z nich je složitost recyklace. Jiné mohou vznikat z plusů v nevhodných podmínkách. Pryžové části tedy mohou být měkčí než polyuretan. Někdy je to výhoda například při konstrukci a provozu odpružení. Polyuretanové silentbloky mu dodávají větší tuhost. A při použití tohoto materiálu v dekoru můžete získat nekvalitní vzor kvůli tomu, že se pěnová struktura smršťuje. Boty vyrobené s
Jak se vyrábí polyuretan a polotovary z něj
Polyuretan přichází v různých formách. Může to být kapalné, pevné, vyrobené ve formě tyčí, plechů, desek a také pěnové (pěna, pěnová pryž, známá všem). K dispozici je také nástřik.
Pro výrobu produktů z něj lze použít nejrůznější technologie od lití a lisování, až po vytlačování a lití pomocí standardního vybavení.
V moderním průmyslu je použití polyuretanu tak rozšířené, že jej lze bezpečně nazvat nejoblíbenějším polymerem. V roce 2015 se tak podle Labyrinth Research & Markets celosvětově vyrobilo více než 21 milionů tun polyuretanu. Vzhledem k rostoucí poptávce po něm mohou do roku 2020 podle prognózy narůst objemy až na 30 milionů tun. Je třeba poznamenat, že průmysl je v pozici stabilního rozvoje a jeho tempa růstu předstihují dynamiku hrubého produktu světové ekonomiky.
Pokud jde o Rusko, objem dováženého polyuretanu mírně převyšuje jeho vlastní produkci. Vedoucí odrůda je polyuretanová pěna, tvrdá a měkká. Jeho podíl na celkové struktuře je 84 %. Většina polyuretanu se používá v nábytkářském průmyslu, automobilovém průmyslu a stavebnictví. Tento materiál se také používá při výrobě potrubí pro ropovody a plynovody.
Na světě jsou největší podniky pro syntézu této látky:
- Covestro
- Bayer;
- BASF;
- Huntsman a několik dalších.
Aplikace polyuretanu a jeho derivátů
Polyuretan se vyrábí v různých formách, a proto jsou oblasti použití polyuretanu velmi četné.
- Kapalina. Vyrábí se ve formě spreje. Používá se k pokrytí ploch z různých materiálů: beton, tělesa technických zařízení, nádrže a jímky atd.
Materiál v této formě je užitečný pro vytvoření ochranné vrstvy při konstrukci střech. Je součástí barev, laků, tmelů, lepidel. Vyrábí se z něj formy pro výrobu betonu, sádry, voskových výrobků, včetně malorozměrových, architektonických a dekorativních. - Polyuretanová pěna. Slouží jako surovina pro výplně, materiál pro tepelně izolační konstrukce.
- Polyuretanová deska. Je základem ochranných prvků, razítek do lisů, používá se k výrobě kol, válečků, hřídelí.
Pokud vezmeme v úvahu určité typy průmyslu, kde se tento materiál používá, bude seznam poměrně dlouhý.
- Těžký. Například jako díly tlumící nárazy při konstrukci obráběcích strojů.
- Konstrukce. Podlahy odolné proti vibracím, protiskluzové nátěry, fasádní úpravy.
- Nábytek. Spojovací materiál, matrace, výplně pro čalouněný nábytek.
- Automobilový průmysl. Hřídele, pouzdra, pružinové prvky, pneumatiky, válečky, díly, které interagují s oleji, ložiska.
- Lék. Protetické prvky, implantáty.
- Bota. Podešev, materiál imitující kůži.
- Textil. Výroba koberců – výroba podkladu pro ně.
Použití polyuretanu je limitováno pouze složitostí jeho likvidace. Tento problém však řeší recyklace odpadu.
Druhá životnost polyuretanu
Předními zdroji polyuretanu používaného k recyklaci jsou použité domácí spotřebiče, automobilové díly, matrace a čalouněný nábytek, koberce. A samozřejmě významný podíl zaujímá průmyslový odpad. Dohromady to tvoří jen asi 5 procent plastového odpadu.
Způsoby zpracování tohoto materiálu se liší. Jednou z možností je vyrábět energii spalováním odpadu a využitím vzniklého tepla. Další, optimálnější a ekologičtější, je mechanické broušení pro opětovné použití ve výrobních procesech, například jako plnivo při výrobě lisovaných výrobků. Třetí možností je chemická separace na monomery, ze kterých se opět vyrábějí polyuretany.
Široké zavedení recyklace může vyřešit hlavní problém spojený s používáním tohoto materiálu. A univerzální vlastnosti a použití polyuretanu všude neumožňují pochybovat o tom, že tento materiál bude dlouho žádaný.
Polyuretany jsou unikátní syntetické materiály s téměř neomezenými možnostmi a perspektivou použití. Základ struktury těchto univerzálních polymerů tvoří dva druhy surovin: polyoly a isokyanáty získané při rafinaci ropy. Míchání kapalných složek umožňuje získat reaktivní směsi, jejichž vlastnosti jsou dány recepturou a poměrem různých katalyzátorů, pěnotvorných činidel, stabilizátorů a dalších modifikátorů.
Použití určitých přísad umožňuje získat materiály s různými parametry: tvrdé, měkké, plastické, sypké, tekuté, pevné a další. Díky tomu lze polyuretan použít téměř ve všech oblastech činnosti a výrazně převyšuje tradiční gumu z hlediska výkonnostních ukazatelů.
Níže je obecný popis toho, jaký druh polyuretanu existuje, a také jaké jsou vlastnosti jeho použití.
Hlavní typy polyuretanů
Nejoblíbenější jsou vstřikované typy polyuretanů, které se svými vysokými fyzikálními a mechanickými vlastnostmi liší od ostatních typů materiálů větší tvrdostí – 87 +3/-2 jednotek. podle Shorea. Nejčastěji se používají jako suroviny při výrobě těsnění, pouzder a dalších elastických výrobků odolných proti vibracím pro kompletaci součástí, mechanismů a sestav různých strojů, instalací a zařízení.
Specifické typy polyuretanu se liší strukturou molekulárních řetězců, která je dána jak poměrem činidel, tak charakteristikou jejich molekulární struktury. Základ makromolekul však nutně obsahuje zbytky urethanových skupin -NHCOO-.
Dnes jsou široce poptávané elastomery s významnou pevností a tažností, odolností vůči bobtnání, opotřebení a záření. Podle stupně tvrdosti se polyuretanové pěny dělí na tuhé (od 150 kPa), polotuhé (10–150 kPa) a elastické (méně než 10 kPa). Mohou být blokového nebo lisovaného typu s otevřenými nebo uzavřenými buňkami.
K výrobě polyuretanových elastomerů se používají dioly s dlouhým řetězcem, diisokyanáty a nízkomolekulární glykoly nebo diaminy. V důsledku toho se tvoří elementární jednotky esterů nebo etherů, které kombinují zbytky urethanových skupin, aromatické diisokyanity, nízkomolekulární glykoly a allofanátové větvící jednotky. Kromě toho mohou být přítomny různé segmenty polyesterů vytvořené jako výsledek zesítění.
Celkově struktura polyuretanů závisí na vlastnostech mezimolekulárních interakcí konkrétního typu materiálu. Mohou to být například vodík a další nebo dipól-dipólové a van der Waalsovy vazby atd. Donory pro protony jsou částice vodíku přítomné v uretanu nebo jiných skupinách. Karbonyly působí jako akceptory.
Vlastnosti použití různých typů polyuretanů
Vzhledem k jedinečným vlastnostem polyuretanů, kombinující vysokou plasticitu s širokou škálou parametrů tvrdosti, jsou vstřikovací hmoty žádané pro výrobu široké škály produktů:
- výrobky pro kompletaci dopravních zařízení, automobilů, různých instalací a zařízení;
- odolné pneumatiky pro těžká vozidla, které jsou 5–7krát spolehlivější než analogy na bázi pryže;
- Hnací řemeny pro domácí spotřebiče a malá vozidla;
- dopravní pásy, zhutňovače, válečky a další produkty.
Tenké pláty elastomerů jsou nepostradatelné pro nátěry listů letadel, což zvyšuje jejich životnost 2–3krát. Materiál je široce žádaný ve strojírenství pro výrobu kluzných ložisek, závěsných prvků, vložek, palivu a oleji odolných dílů. Polyuretan se aktivně používá jako surovina pro výrobu umělé kůže a podrážek obuvi.
Firma Polimertehprom nabízí výrobu výrobků z různých typů polyuretanu, a to i dle individuálních výkresů zákazníka. Chcete-li objasnit náklady a dobu výroby šarže dílů, kontaktujte naše manažery.
