Пено- и полиуретаны (ППУ и ПУ) – это класс легких интегральных, полужестких и жестких полимерных пенопластов, обладающих большим перечнем полезных эксплуатационных свойств для строительного сектора, сферы тепловой изоляции конструкций и сооружений, а также для других отраслей промышленности – мебельной, автомобильной, обувной, текстильной, металлургической и пр. В зависимости от требований готового полимерного изделия различают разные технологии его изготовления и используют в качестве исходного сырья разные рецептуры и составы компонентов ППУ и ПУ.

Современные способы использования полимеров ППУ и ПУ подразумевают использование изделий или материалов для производства этих изделий в трех основных вариантах: 1) готовые пеноматериалы – плиты, скорлупы, подлокотники, сиденья и прочее, которые далее необходимо монтировать, крепить, 2) в виде готовых изделий с уже нанесенными на них ППУ, например предизолированные трубы в ППУ изоляции, когда вся конструкция с нанесенным ППУ уже готова и ППУ не требуется наносить и 3) жидкие компоненты той или иной рецептуры.

В зависимости от системы компонентов и соотношения их в рецептуре исходного материала можно получить жесткие или эластичные пено- и поропласты, изготовление которых может осуществляться в один, два и даже три этапа.

Большинство жестких пенополиуретанов (примерно 75%) производят одноэтапно.

Наглядной демонстрацией одноэтапной технологии получения жестких пен – производство предварительно изолированных труб ППУ и фасонных элементов в ППУ изоляции по технологии сборки и нанесения тепловой изоляции пенополиуретаном «труба в трубе». Трубная сборка из стальной трубы внутри (теперь можно изготавливать трубы данного типа и с полимерной несущей трубой, в том числе гибкой – но с применением не жестких, а полужестких ППУ пен) и наружной трубы из полиэтилена или тонкостенной стали собирается в единую конструкцию и залитые между ними пенополиуретан, затвердев дает комбинированной трехслойное изделие типа сэндвич-панель. Данная технология основана на применении одноэтапного вспенивания ППУ композиции.

Получение полимерных материалов с разными свойствами и эксплуатационными характеристиками обосновано особенностями их химического строения и в огромном числе вариантов по регулированию параметров структуры данных полимеров. Как и в случае с другими полимерами (полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид и другие пластмассы) за счет изменения степени и структуры сшивки находящихся в системе полимерных композиций можно получить ППУ и ПУ с разными свойствами и характеристиками – термопластичными и термоактивными показателями. За счет вариативности разных исходных химических групп можно корректировать физико-механические свойства получаемых под разные цели полимерных материалов.

Продукт взаимодействия полиэфирной (компонет А) и изоцианатной (компонет Б) композиций можно вспенивать химическим и физическим методами. В первом случае вспенивающим агентом является углекислый газ (водные системы компонентов), а во втором случае - пары специально для этого вводимой в рецептуру легколетучей жидкости – фриона (фрионовые системы компонентов), который испаряется под действием тепла, выделяющегося при реакции и вспенивает полимерную массу. В целом химический механизм получения пенополиуретана сложен, поскольку происходит взаимодействие системы газ – жидкость, которая быстро меняет структуры исходных веществ, вступивших в соприкосновение и реакцию, смесь быстро увеличивается в объеме при одновременном динамичном изменении параметров температуры и вязкости вещества. Время, протекающее от старта композиции до окончания периода гелеобразования составляет обычно 10-40 секунд, после чего наступает фаза формирования жесткого полимера ППУ, когда пенополиуретан получает свою законченную структуру. В зависимости от типа используемого вспенивателя – фриона или водной основы – в полученных в процессе формирования ячеек ППУ остается фреоновый и углекислый газовый состав, либо фрион в композиции отсутствует. При этом применяя фреон можно осуществлять многоэтапное вспенивание композиции, получая эластомеры с разными свойствами. К основным способам формовки пенополиуретанов относятся следующие промышленные технологии:

1. Автоматизированная заливка компонентов ППУ невспененных (одноэтапный тип вспенивания) или ступенчато вспененных (двух этапное и более вспенивание компонентов) композиций применяется при нанесении тепловой изоляции заливкой в замкнутые и ограничеснные технологической оснасткой (прочные стальные пресс-формы) объемы с применением специального оборудования по смешению компонентов в специальных емкостях под давлением до заливки в форму. Ступенчатое вспенивание напротив не требует ограничительных форм. При изготовлении изделий со сложной формой для качественного равномерного по сплошности заполнения всего объема пространства необходимо создать внутреннее давление, поэтому применяется технология одноэтапного невспененного типа.

2. Технология напыления широко применяется при нанесении ППУ на открытые поверхности, полости, трубопроводы, оборудование и иные типы наружных и внутренних покрытий. Объемное по масштабам напыление производится с применением автоматического напыляемого оборудования (емкости, пистолеты, шланги, лестницы и прочее). Технология напыления пенополиуретана является весьма перспективной в сфере строительства из-за дешевизны и простоты. Способность пенополиуретана покрывать собой поверхность любой формы, плотности, цвета, стойкости к внешним воздействиям, используя свойства адгезии ППУ, которая позволяет создавать композиции и формы, ранее не доступные при использовании других материалов и сегодня широко применяется для утепления кровли крыш, арок, колонн, выступов и прочих поверхностей. Другой плюс технологии напыления – простота, оперативность (работа на объекте) и скорость проведения теплоизоляционных и гидроизоляционных работ. Объем потребления пенополиуретана в области строительства из года в год неуклонно растет.

3. Аэрозольный способ нанесения применяется в случаях технической невозможности первых двух технологий, как правило представляет собой ручную работу с малогабаритными и ответственными изделиями, нуждающимися в ППУ изоляции. Используется в основном при работе с агрегатами, узлами и отдельными изделиями промышленного, часто военного, назначения. Аэрозольный способ получения ППУ основан на использовании исходных рецептур компонентов ППУ, находящихся в аэрозольном состоянии. Исходные материалы систем композиций формуют на заводах и доставляют для произведения работ в герметических баллонах под давлением. При других способах получения ППУ приходится применять всевозможные меры для снижения количества аэрозолей исходных компонентов, попадающих в воздух и загрязняющих его. Для аэрозольной же технологии нанесения наоборот необходимы специальным образом подготовленные аэрозоли полиэфирной и изоцианатной композиций. Аэрозоли исходных композиций ППУ получают способом дисперсирования, т. е. дроблением этих композиций на частицы коллоидного размера с помощью электрической дуги, поскольку должно выполняться обязательное требование по стабильности материала при различных условиях хранения и транспортировки (в том числе, при сжатии, расширении и т. д.). Серийный выпуск аэрозольных систем исходных компонентов является технологически сложным процессом, но технология нанесения методом напыления или заливкой данного материала осуществляется очень легко.

4. В особых производственных условиях (под водой, в космосе) при работе с ППУ и ПУ в качестве изоляционных и теплоизоляционных покрытий используются специальные методы работы с предварительно замороженными или однокомпонентными рецептурами, физика работы которых отличается от типовых рабочих процедур.

5. Отформованные в заводских условиях и готовые к применению теплоизоляционные материалы на основе ППУ композиций и получаемые преимущественно методом непрерывной заливки в технологическую оснастку (плиты, блоки, полуцилиндры, цилиндры, сегменты скорлуп, трубы и фасонные изделия в ППУ изоляции), используют для повышения производительности монтажных работ, повышении качества теплоизоляторов, а также изготовления теплоизоляционных материалов с разнообразными гидроизоляционными покрытиями, качественное нанесение которых в полевых условиях невозможно.

6. Производство теплоизоляционных, изоляционных и иных материалов на основе ППУ и ПУ, производящееся промышленными партиями, осуществляется в заводских условиях с применением специально приспособленного оборудования, позволяющего получать изделия массово, высокого стандарта качества и с большим выбором форм, покрытий, плотности и другими параметрами за короткие временные сроки.

Сопоставление объемов использования пенополиуретанов и полиуретанов таково - в денежном выражении производимые ППУ занимают до 90% объема рынка всех полиуретанов.