Polyuretanové pěny jsou skupinou plynem plněných plastů na bázi polyuretanů , sestávající z 85-90 % z inertní plynné fáze. V závislosti na typu původního polyuretanu mohou být tuhé nebo elastické („ pěnová pryž “). Používají se velmi široce: tuhé - jako tepelná a zvuková izolace a prvky tvarující světlo, elastické - jako měkké povlaky a výplně v každodenním životě a průmyslu, například umělé houby na praní a prachové filtry, materiál pro malířské válečky a vložky do oděvů , tlumící obal. Samonapěňovací samotvrdnoucí hmoty jsou oblíbené pro použití přímo na místě ve stavebnictví, strojírenství - průmyslové vícesložkové i montážní pěny pro domácnost . Odolává všem běžným organickým rozpouštědlům, vytvrzenou směs lze odstranit pouze mechanicky. V praktických aplikacích je vyžadována ochrana před slunečním zářením a dalšími UV zdroji. Ve srovnání s jinými pěnovými polymery používanými v omezených oblastech - tuhá polystyrenová pěna , flexibilní polyethylenová pěna , latexová pěna, mikroporézní pryž, bobtnající celulózová houba - je oblast použití polyuretanových pěn obvykle širší.
V roce 1937 se malé skupině vědců v laboratoři IG Farben v Leverkusenu pod vedením Otto Bayera poprvé podařilo syntetizovat novou látku s velmi neobvyklými vlastnostmi. V závislosti na rychlosti reakce a koeficientu smíchání polyolu a polyisokyanátu se také dramaticky lišily vlastnosti výsledného materiálu. Jednak je pružná, pružná, ale není odolná proti roztržení (laboratorní název je Perlon U, odtud název „pěnová pryž“), a na druhé straně je hustá, tvrdá, pevná, ale při zároveň křehký při ohybu (Igamid U). Obzory pro ekonomickou realizaci tohoto vědeckého objevu byly slibné a velmi rozsáhlé. Již v roce 1940 začala v Leverkusenu průmyslová výroba polyuretanu jako štuku. Začátek druhé světové války však provedl své vlastní úpravy: problémy s nedostatkem surovin a celková restrukturalizace ekonomiky pro vojenské potřeby výrazně zpomalily vývoj polyuretanů. Ve skutečnosti až do 60. let 20. století se polyuretanová pěna, stejně jako mnoho jiných polymerů, vyvíjela velmi pomalu – s koncem války, hospodářskou obnovou a rychlou poválečnou výstavbou však komerční zájem o polyuretanové pěny velmi vzrostl. Do roku 1960 tak bylo různými společnostmi vyrobeno více než 50 000 tun pěny.
Měkká polyuretanová pěna ( pěnová pryž ) se rozšířila v 60. letech 20. století navzdory významným nevýhodám pěnové pryže. Jeho samotná výroba je nebezpečná a škodlivá, protože složení výchozích složek obsahuje vysoce toxickou sloučeninu - toluendiisokyanát . Pěnová pryž je navíc hygroskopická, pohlcuje zápach, má omezený teplotní rozsah použití a v důsledku toho i relativně krátkou životnost. Ale největší nevýhodou pěnové pryže je její nebezpečí požáru [1] . Zavedení retardérů hoření do složení počátečních složek při výrobě pěnové pryže za účelem zvýšení požární odolnosti materiálu vede k prudkému zhoršení jeho fyzikálních a mechanických vlastností a ke zvýšení nákladů. První vzorky polyuretanových pěn měly relativně krátkou životnost, na vzduchu se postupně rozkládaly. S rozvojem chemie stabilizátorů byl tento nedostatek do určité míry překonán. Požárně nebezpečné vlastnosti tohoto materiálu však zůstaly zachovány.
Aby adiční reakce probíhala a aby se vytvořily polymerní řetězce, musí být přítomny alespoň dvě různé složky: polyol a polyisokyanát . Samotná reakce probíhá v několika fázích. Nejprve diol a diisokyanát tvoří bifunkční molekuly isokyanátu se skupinou ( -N=C=O ) a hydroxylovými skupinami ( -OH ). V důsledku řetězové reakce vznikají na obou koncích molekulových skupin krátké řetězce strukturně identických a homogenních polymerů, které lze polymerovat s jinými monomery.
K reakční směsi se přidá malé množství vody a v důsledku reakce s částí isokyanátových skupin vzniká oxid uhličitý , který je hlavním pěnotvorným faktorem. Současně primární aminoskupina reaguje s isokyanátem a nahrazuje močovinu, čímž je dosaženo stability řetězce.
V závislosti na délce řetězce plynem plněných mikrogranulí se liší i mechanické vlastnosti polyuretanu. Typická hustota je od 5 do 40 kg/m³ pro měkké pěnové bloky, které jsou široce používány jako různé typy výplní nábytku atd. Pevné polyuretanové pěny s hustotou 30 až 86 kg/m³ jsou široce používány v konstrukce jako tepelně a hlukově izolační materiál.
Produkty petrochemického průmyslu (polyoly a polyisokyanáty) se obvykle používají jako výchozí složky polyuretanové pěny, nebude však zbytečné poznamenat, že složky mohou být vyrobeny z olejů rostlinného původu. Zejména ricinové oleje jsou pro tento účel vynikající . Je také možné získat polyoly ze sójových , řepkových a slunečnicových olejů. Tento způsob výroby komponent z polyuretanové pěny však není ekonomicky proveditelný kvůli značnému rozdílu v ceně rostlinných a petrochemických surovin. Biogenní pěnové složky proto nenašly široké uplatnění a jejich použití je omezeno na velmi úzký okruh specifických úkolů.
Rozsah použití polyuretanových pěn je velmi široký. V automobilovém průmyslu se používá jako výplň do autosedaček a odhlučnění interiéru vozidel, k výrobě polotuhých interiérových panelů, područek, madel a nárazníků. V nábytkářském a lehkém průmyslu se pěnová pryž používá především jako výplňový a tlumící materiál pro čalouněný nábytek, polštáře , matrace , při formování figurín , v měkkých dětských hračkách, pěnová pryž se také často používá jako výplň. V obuvnickém průmyslu se polyuretanové pěny používají jako vložky do bot a další prvky obuvi.
Pevné polyuretanové pěny se používají jako studený izolant v domácích a komerčních lednicích, velkých lednicích a v dopravních chladicích zařízeních. Další důležité použití tuhých polyuretanových pěn je jako tepelné izolátory v hlavních potrubích, pro izolaci nízkoteplotních potrubí chemického průmyslu, jako tepelné izolace, stejně jako akustické a hydroizolační ve stavebnictví, generální opravy skladů, hangárů, soukromých venkovských domů, výroba dílen, garáží, jako topení, v kovových sendvičových panelech pro výstavbu montovaných budov, ale i chladírenských komor. Poměrně hojně se používají uretanová tesařská lepidla, která při tuhnutí mírně pění a vyplňují netěsnosti v dílech kování.
Použití tuhých polyuretanových pěn s uzavřenou buněčnou strukturou pro stavbu je motivováno velmi nízkou tepelnou vodivostí (0,029 - 0,041 W / ( m * K) [2] , nízkou paropropustností , dobrou přilnavostí a hydroizolačními vlastnostmi. Používají se jako viskózní samopěnící směsi pro lití nebo aplikaci na místě, jako a ve formě hotových desek. Vysoké koeficienty adheze činí tento materiál velmi univerzálním, lze jej se stejným úspěchem aplikovat na papír , kov , dřevo , omítku , cihly , střešní materiály , střešní tašky , kovové trubky a mnoho dalšího.. site výrazně snižuje související náklady.
Své uplatnění našly i jednosložkové kompozice vytvrzované vzdušnou vlhkostí ( instalační pěna ), které se často používají v každodenním životě pro drobné odhlučnění a tepelně-izolační práce v domácnosti, ale i tam, kde je potřeba vyplnění dutin (například při montáži plastových oken a dveře). Poskytují také uspokojivou mechanickou pevnost a krimpování namontovaného prvku.