Виды пенополиуретановых пен

Одним из наиболее распространённых полимеров на строительном рынке является монтажная пена в ее различных видах. Основными составляющими любой пены являются изоцианаты (метилдифенилдиизоционат или МДИ) и полиолы (полиспирты). Дополнительно производственный процесс дополняется добавлением поверхностно-активных веществ (ПАВ), антипиренов, катализаторов, вспенивателей, а также газов пропеллентов, отвечающих за процесс формирования пены и вытеснение преполимера из аэрозольного баллона.

Большинство источников выделяют только два вида монтажных пен по составу: однокомпонентные и двухкомпонентные. Но также стоит сказать про 1,5 компонентный вид – смесь полиолов и МДИ в баллоне дополняется составом отвердителем, который подается в баллон при открытии внутреннего отсека. Однокомпонентные пены наиболее распространены на российском и международном рынке по причине удобства применения, как в бытовых, так и в профессиональных целях. 

Двухкомпонентные пены в основном поставляются в виде тар с двумя блендами основных веществ – A и Б. При смешивании в заявленной производителем пропорции формируется готовый продукт – монтажная пена. В данной статье будет рассмотрено аэрозольное производство однокомпонентных монтажных пен, так как именно этот вид имеет наибольшую коммерческую ценность для текущих или потенциальных производителей. 

Монтажные пены сильно варьируются по своему составу, что делает данный рынок интересным для производителей, так как появляется возможность производить разные по характеристикам образцы. Для удобства в таблице 1 представлены основные классификации пен. 

Таблица 1.

Классификация	Тип	Описание	Пояснение
По назначению	Заполняющие пены	Заполнение пространства	Пена менее плотная, обладает меньшим количеством физических свойств с более высоким показателем объема пены на мл. преполимера
	Фиксирующие пены	Фиксация предметов	Пена более плотная, обладает большим количеством физических свойств с сравнительно низкими количеством пены на мл. преполимера.
По упаковке	В картридже	Обычно, 2-х компонентные пены	Без проппелента
	В аэрозольном баллоне	1;1.5;и 2-х компонентные пены	С пропеллентом
По системе выдачи	Профессиональная	Для выдачи продукта используется пистолет для монтажной пены	Данный тип считается более удобным для проведения работ
	Бытовая	Для выдачи используется трубка, накручиваемая на клапан баллона	Не требует покупки дополнительного оборудования
По термостойкости	B1	Трудновоспламеняемые (Противопожарная)	По классификации воспламеняемости строительных материалов DIN4102
	B2	Обычная воспламеняемость (Самозатухающая)
	B3	Легковоспламеняемые (Горючая)
По сезонности	Летние	От +5 °C до +35 °C	Температурный режим может варьироваться в зависимости от состава
	Зимние	От -18 °C до +35 °C
	Всесезонные	От -10 °C до +35 °C

Вышеперечисленные типы, а также различие пен по составляющей бленда полиолов и МДИ, дает возможность постоянно совершенствовать продукцию и дополнять ее новыми монтажными пенами с уникальными свойствами. Например, существуют пены 360°, которые могут работать в любом положении, обеспечивая точность нанесения на поверхность. Это обеспечивается установкой на баллон специального клапана, также носящего название 360°. Также стоит выделить другие варианты однокомпонентной пены: эластичные, клей-пена, с низким содержанием МДИ и без МДИ. В последнем случае отсутствие или даже низкое содержание МДИ сокращают вред от использования монтажной пены для человека и окружающей среды. 

Составляющие монтажной пены

Как было сказано, к основным составляющим относятся полиолы и МДИ. Разберемся подробнее в данном вопросе и начнем с состава бленда полиолов:

• Полиол (англ. polyolblend) (например, готовые из ряда Voranol или Voratec(DOW), Wanol(WalterChemie), Лапрол (Нижнекамскнефтехим) и другие.) – органическое соединение класса спиртов. При взаимодействии таких полимеров с изоцианатами получают полиуретаны. Также в дополнение к полиолам нефте-химического происхождения возможно добавлять натуральные аналоги (например, соевое масло). 

• Удлинители цепи (англ. chain extenders) – добавляют для восстановления нарушенных полимерных цепей. Позволяет снизить потерю молекулярной массы и утрату физических характеристик полимеров. Полимерные цепи перестраиваются в линейные с минимальным образованием перекрестных связей. (например, пропиленгликоль (PG), этиленгликоль (MEG) и другие диолы, а также триолы.). 

• Антипирены (англ. flameretarders) – в зависимости от выбранного вещества меняется процесс горения, выраженный скоростью горения, теплостойкостью и температурой возгорания. Замедляют воспламенение и горение благодаря содержанию в них фосфатов аммония, бора, хлорида аммония. Также носят название – ингибиторы горения (трихлорпропилфосфат, триэтилфосфат, трис(2-хлоро-изопропил)-фосфат (TCPP) и другие.).
  

• Поверхностно-активные вещества (англ. surfactantsили active surface agents) – позволяют снизить поверхностное натяжение и удержать форму, а также увеличить количество пузырей в пене. В итоге, пена с добавлением ПАВ с высоким содержанием силиконов имеют пузыри меньшего размера и уменьшенные клетки. В основном применяют различные силиконы. Например, запатентованный TEGOSTAB B8870 (Evonik).

• Катализаторы (англ. catalysts) – ускоряют реакцию между МДИ и полиолами (гелеобразование внутри банки), а также ускоряют расширение пены (пенообразование вне баллона). Например, Диморфолинодиэтиловыйэфир (DMDEE), Диметилэтаноламин (DMEA), а также PMDETA, DMCHA и другие. 

• Пигменты – используются опционально для придания цвета монтажной пене.

• Дополнительные добавки. Например, возможно добавление эмульгирующих агентов.

Также используются дизоционаты или полизоциионаты, как один из основных компонентов. Например, Desmodur 44V20L, Suprasec 5025 и другие. Данные вещества выступают основой для формирования преполимера, а затем пенополиуретановой пены различных образцов. Являются опасными для здоровья, поэтому на производстве предусматриваются дополнительные правила хранения. 

В качестве пропеллентов, которые образуют давление, снижают вязкость в аэрозольном баллоне, а также выдают преполимер из баллона и вспенивают преполимер сразу же после выдачи, используют: 

• Сжиженные углеводородные газы (например, пропан и бутан) – используются, как вспениватель и газ вытеснитель;
• Диметиловый эфир (DME) – влияет на вязкость пены, а также выступает, как растворитель и газ вытеснитель.
  

Кратко процесс образования пены изображен ниже.

Аэрозольное производство монтажных пен. Что потребуется? 

При производстве монтажной пены следует избегать поглощение влаги на всех этапах процесса. В начале подготавливается бленд полилов и размешивается. В аэрозольный баллон добавляется МДИ, после добавляется бленд полиолов. На баллон устанавливается и завальцовывается аэрозольный клапан для монтажной пены. До этого момента особо важно производить работы в сухих условиях для запуска процесса преполимеризации внутри аэрозольного баллона.  В баллон закачиваются пропелленты (DME и LPG), после чего следует потрясти баллон для смешивания его содержимого. Нагревание баллона свидетельствует о течении реакции преполимерезации внутри баллона. 

Далее баллон хранится несколько часов до начала остывания его содержимого при температуре 23°C. После следует хранить продукт 24 часа при температуре 45°C. По итогу внутри баллона образуются следующие компоненты: расширенный (газообразный) газ, сжиженный газ, МДИ и преполимер с высокой NCO функциональностью.

Индустриальный процесс производства профессиональной монтажной пены происходит по следующим этапам: 

1. Постановка аэрозольных баллонов на загрузочный стол

2. Наполнение баллона МДИ дозатором продукта (также требуется насос продукта)
   

3. Наполнение бленда полиолов дозатором продукта

4. Установка и завальцовка профессиональным клапаном 

5. Наполнение газами баллона дозатором (также требуется насос газа)

6. Размешивание продукта шейкером

7. Взвешивание

8. Установка крестов (адаптеров) на специальном оборудовании 

9. Маркировка / Этикетирование на маркировочном оборудовании (если требуется)

10. Упаковка в коробки

11. Перевод на хранение в требуемых температурных режимах.

Данный процесс может быть организован путем создания автоматической аэрозольной линии производства монтажной пены или же при использовании полуавтоматического оборудования. Выбор организации производства зависит от бизнес модели и суммы капитальных вложений. Для консультации по данному вопросу вы можете обратиться к нам. Мы поможем выбрать требуемое оборудование и комплектующие под ваш запрос. 

Тестирование монтажной пены

Существует множество методов тестирования и к одному из них относят быстрый метод, позволяющий существенно снизить время на проведение тестов пены, и больше сосредоточится на улучшении продукта.

Для проведения теста потребуется: крафт-бумага, деревянная форма (60 см в длину, 6 см в высоту и ячейками для пены 0,3 см), система контроля температуры и влажности в комнате. Выбор температуры и влажности сугубо зависит от назначения тестируемого продукта, но следует менять температуру, как окружения, так и самого баллона для проведения тестов в различных условиях.

Нанесением различных составов на крафт бумагу возможно проверить количество готового продукта, выходящего из баллона. При заполнении деревянных форм возможно проверить, в первую очередь, усадку, а также заполнение всего пространства, степень вторичного расширения и другое. 

Ассоциации в области монтажных пен и сертификация продукции

К одним из главных институтов в области производства монтажных пен является FEICA(Association of the European Adhesive & Sealant Industry). По запросу они предоставляют стандартные методы для тестирования пены, а также другую информацию относительно пен и герметиков.

На территории России возможно получить декларацию соответствия   различным техническим условиям и ГОСТам. Например, по ГОСТ Р 51697-2000 сертифицируются соответствие товаров бытовой химии в металлической аэрозольной упаковке на добровольной основе. Для производства монтажной пены под своей маркой требуется разработка ТУ.

Полезные ссылки:

• Introduction to Spray ‏Polyurethane Foam (SPF) // becor
  
• Spray Polyurethane Foam: Guidance on Sampling Techniques for the Inspection of Installed SPF // polyurethane.americanchemistry.com
  

• Novel Surfactant Technology to Improve Polyurethane Spray Performance // pu-additives
  
• Technical Documents // CUFCA