Технология производства полиуретана

Полиуретан называют веществом с неограниченными возможностями. Он занимает главенствующее место в четверке “гигантов” современных полимеров и пластмасс, в которую также входят полистирол, полиэтилен и поливинилхлорид.

А все потому, что специфика производства полиуретана позволяет изготавливать его в самых различных формах: от жидкого и вязкого до материала повышенной твердости. Полимеры полиуретановой группы нередко сильно отличаются друг от друга строением полимерной цепи, физической и химической формой, свойствами.

Полиуретановых веществ настолько много, что рассмотреть особенность производства каждого не представляется возможным. Однако, в этой статье мы попробуем вкратце рассказать о специфике получения этого удивительного материала.

История полиуретана: первые разработки

Впервые формула полиуретана была разработана немецким химиком Отто Байером и учеными его компании. Над ее разработкой трудились сотрудники лаборатории корпорации красильных материалов «И.Г. Фарбениндастри» в городе Леверкузен. В 1937 году они обнаружили, что методом аддитивной полимеризации из диолов полиэстера и жидкого полиэфира (продуктов нефтеперерабатывающей промышленности) можно получить принципиально новый полимер.

Это вещество отличалось целым рядом свойств, превосходящих характеристики уже существующих на тот момент материалов, которые производились методом поликонденсации или полимеризации олефинов:

• высокой эластичностью;
• высокой износостойкостью;
• устойчивость к нагреву и охлаждению;
• наличием диэлектрических свойств;
• очень малым удельным весом и т.д.

Новое вещество получило название полиуретан.

Первые работы концентрировались на получении полиуретана вспененного и искусственных волокон. Однако, начало Второй мировой войны внесло свои коррективы в историю вещества: исследования и опыты пришлось приостановить. Стоит отметить, что уже тогда полиуретаны нашли применение. Главным образом, в качестве покрытия боевых самолетов, однако объем изготовления был весьма ограниченным, а развитие потенциала материала затормозилось.

Восстановление исследований и начало промышленного выпуска полиуретана отмечается в 1954 году. С тех пор производство вещества основывается на полиолах и изоцианатах – продуктах, получаемых из сырой нефти.

Основной состав и типы полиуретана

При соединении двух типов сырья, подготовленных к переработке и содержащих вспомогательные элементы (вспениватель, катализаторы, стабилизаторы и т.д.), образуется реакционно-способная смесь. В зависимости от технологической карты и процентного соотношения элементов в составе регулируется спектр характеристик и возможностей конечного продукта – полиуретана.

Так можно получить:

• мягкий;
• жесткий;
• вспененный;
• интегральный;
• монолитный полиуретан.

Материал разных типов представляет из себя вязкую жидкость или продукт высокой твердости – от высокоэластичных мягких резин до жёстких пластиков.

Производство полиуретановых изделий методом экструзии

Технологий изготовления полиуретана до конечного продукта, т.е., его обработки или формовки несколько.

Перечислим основные.

Экструзия или метод продавливания, который подходит почти для всех полимерных материалов. Разогретый и размягченный полиуретан под действием давления подается в выходное отверстие экструдера. Там же происходит отверждение материала. Таким образом изготавливается сформованный полиуретан в виде стержней с заданным сечением или листа нужного размера. Полученные элементы скручиваются в рулоны или нарезается на меньшие стержни.

Метод литья

Литье – самый распространенный способ формовки полиуретана. Таким методом можно получить сложные с точки зрения геометрии детали в производственных масштабах:

• автодетали;
• декоративные объекты;
• мебельную фурнитуру;
• детали машин и механизмов и т.д.

Кроме прочего, метод литья размягченной полиуретановой массы в форму и ее последующее отверждение позволяет изготавливать даже крупногабаритные изделия.

Прессование

Прессование – это метод формовки уже подготовленного полиуретана, т.е. материала в форме листов, стержней или гранул. Для этого также используется специальное полуавтоматизированное оборудование, в котором путем экстремального давления в ограниченном пространстве подготовленному полиуретану придается конечная форма.

Материал может быть предварительно нагрет и размягчен. На выходе получается готовая деталь определенной формы с заданными свойствами, которые задаются оператором при помощи специализированного ПО.

Заливка

Метод, чем-то схожий с литьем. Однако, он является скорее крафтовым, чем производственным: таким способом можно сделать небольшую партию заготовок. В подготовленную оправу заливается размягченный полиуретановый материал. Далее, посредством влияния высокой температуры или химических веществ изделие затвердевает, приобретая нужную форму. Такой метод используется чаще всего для изготовления декоративных объектов.

Переработка полиуретана

В то время, как производство полиуретана считается довольно эколичным процессом, то с переработкой возникают проблемы.

Дело в том, что полиуретан, как стойкий к атмосферному влиянию, влаге, агрессивным средам и других факторам воздействия полимер, в естественной среде не разлагается десятилетиями (или даже больше). Один из самых распространенных и полезных для человечества материал, в то же время, является вечным загрязнителем окружающей среды, в связи с чем вопрос о переработке полиуретана стоит очень остро.

Существует несколько способов рециркуркуляции:

• сжигание – эффективный, но экологически опасный способ, так как при горении продукты распада выделяют токсичные вещества в атмосферу;
• измельчение. Продукты переработки в таком случае становятся компонентом, например, строительных материалов;
• переплавка. Использованные обьекты размягчаются и становятся сырьем для новых. Однако, при смешивании разных типов полиуретанов выделение материала с четкими характеристиками становится невозможным;
• гликолиз расщепления длинных молекул с катализирующими реагентами под температурным воздействием. Продуктом переработки в данном случае являются короткомолекулярные компоненты для красок, лаков и т.д.
• Химическое расщепление при помощи реагентов.

Полиуретан получил применение во всех производственных сферах.