Polyuretanová pěna (PUR pěna) je všestranný materiál, který nalezl široké uplatnění v mnoha odvětvích, od čalouněného nábytku až po stavebnictví. Její vývoj prošel dlouhou cestou, od prvních polyesterpolyolových pěn po moderní vysoce elastické a speciální typy. Vyznačuje se vynikajícími izolačními vlastnostmi, pevností, nízkou hmotností a dobrou přilnavostí k většině materiálů.
Historie a vývoj polyuretanových pěn
Výroba polyuretanové pěny na bázi polyesterpolyolů, pěn s uzavřenou strukturou buněk, byl převratný vynález, který změnil konstrukci čalouněného nábytku. V roce 1957 byla PUR pěna poprvé použita ve výrobě čalounění. 60. léta byla významná vývojem druhé generace PUR pěn. Byly vyrobeny éterové pěny s otevřenými buňkami, které nabízely vyšší komfort pro čalouněné výrobky. Důležitá inovace proběhla v roce 1970 vytvořením "supersoft" (super měkké) pěny, přispěním nadouvadel jako metyléndichlorid a freon 11. V průběhu dalšího vývoje již freon 11 nebyl používán jako nadouvadlo, využíval se kysličník uhličitý, aceton a metyléndichlorid. 80. léta byla významná vývojem třetí generace vysoce elastických pěn, nazývaných „studené“ pěny. Začala produkce pěn s vysokou pružností (pěny typu HR), pěn s vyšší hustotou a s jedinečnou buněčnou strukturou. 90. léta byla ve znamení pokračujícího velkého vývoje pěn, byly vytvořeny pěny s vysokou elasticitou, nahrazující pěnovou pryž (pěny typu ROYAL, K). Vývoj pokračoval sérií „viskoelastických“ pěn (speciální mikroporézní polyuretanové pěny s viskoelastickými vlastnostmi - např. CELSIUS - typ DUREN). Tyto pěny mají schopnost dočasné tvarové paměti, vlivem teploty mění své vlastnosti - s rostoucí teplotou měknou. Pro lehací plochy byly dále vyvinuty speciální studené pěny s dlouholetou barevnou identifikací.
V roce 1990, kvůli dopadu používaných chemikálií na ozónové vyčerpání, stanovil Montreal Protokol velmi redukované použití mnoha chlórových látek, které obsahují nadouvadla, jako např. trichlorofluoromethan (freon 11).
Struktura polyuretanové pěny
Polyuretanová pěna má trojrozměrnou strukturu vzájemně spojených buněk. Buňka je základní jednotkou pěny. Počet buněk se mění od 20 milionů až do 20 miliard na m3 pěny. Buňka představuje tvar dvanáctistěnu zhotovený z 30 podpěr a 12 ploch pětibokých hranolů - oken. Okna jsou povrchově ohraničená 5 podpěrami. Podpěry jsou pevný materiál pěny (elastomer polyuretanu). Zbytek pěny je naplněný vzduchem. Pěny pro použití ve výrobě čalouněného nábytku jsou měkké lehčené polyuretany, vznikající jako adiční produkt polyisokyanátů a sloučenin s vysokým obsahem hydroxylových skupin (polyolů). Jsou tvořeny sítí buněk, které jsou převážně otevřené a navzájem propojené. Polyuretanová pěna je izotropní materiál. Tato její základní vlastnost je výhodná jak z hlediska opracování - dělení pěny, tak i z hlediska její aplikace v konstrukci čalouněného výrobku.
Vlastnosti polyuretanových pěn
Polyuretanové pěny jsou vyráběny v rozsáhlém sortimentu objemových hmotností a tvrdostí a přidáváním dalších substancí jsou modifikovány jejich charakteristické vlastnosti i přidaná hodnota. Mechanické vlastnosti jsou ovlivněné funkčností a parametry buněk pěny. Vlastnosti pěny jsou závislé na atributech jednotlivých buněk, zejména na chemických vlastnostech materiálu elastomeru polyuretanu, na tloušťce podpěr, objemu buňky, výskytu reziduálních membrán z okna a anizotropii buňky.
Čtěte také: Více o polyuretanové barvě na beton
Značení PUR pěn
PUR pěny jsou značeny písmenem a číselným vyjádřením. Písmeno většinou značí klasifikaci pěny, číselné označení je údaj hodnot objemové hmotnosti (OH) v kg.m-3 a tuhosti (při 40% poměrném stlačení) v kPa. Příklad: N 4050 - typ pěny Normal, OH 40 kg.m-3, tuhost 5,0 kPa. Číselné označení vyjadřuje relaci hodnoty, přípustnou pro daný typ pěny. Tuhost, kvalita a životnost je dána typem PUR pěny, složením receptury a stupněm vypěnění.
Výroba polyuretanových pěn
Výroba lehčených PUR pěn probíhá ve dvou základních technologických postupech: technologií vypěňování na kontinuálních linkách a vypěňování v diskontinuálních zařízeních - ve formě nekonečných pásů - bloků, tvarovaných dílců nebo ve formě vakuového vypěňování do potahu. Výroba polyuretanových pěn éterových i esterových je v zásadě realizována dvěma výrobními postupy, ze kterých potom vznikají produkty nazývané „horké“ a „studené“ pěny.
Horké pěny
„Horké pěny“ jsou vývojově starší. Výrobní postup je charakteristický vyššími teplotami (cca 150 °C). Struktura buněčné stěny je otevřená, rovnoměrná, buňky jsou menší. Obecně lze konstatovat, že horká pěna má nižší prodyšnost a elasticitu.
Studené pěny
„Studené“ pěny jsou vyráběny při nižších výrobních teplotách (cca 40 - 60 °C). Struktura buněk je větší a otevřenější, buňky působí jako mikropružiny. Pěna je poréznější, má vysokou elasticitu a lepší prodyšnost. Svými parametry se pěny přibližují pěnové pryži, přičemž postrádají její negativní vlastnosti.
Technologie kontinuálního pěnění
Technologií kontinuálního pěnění je vyráběn tzv. „nekonečný blok“ (pás) PUR pěny. Součástí výrobní linky je vertikální pila, která „nekonečný pás“ dělí na jednotlivé bloky (délka bloků je stanovena dle prostorových možností skladu - 30 až 60 m), které jsou systémem dopravníků následně přepraveny k dozrávání v odvětrávaných prostorách. Minimální doba „zrání“ před dalším zpracováním činí cca 3 dny. Na výrobních vypěňovacích linkách se nejčastěji vyrábějí bloky polyuretanové pěny v rozmezí hustoty od 20 - 50 kg.m-3. Bloky PUR pěny jsou téměř pravidelného tvaru, čímž je sníženo množství odpadu, které vzniká při kopulovitém vydutí bloku. Procesní a kontrolní systémy jsou řízeny počítačem.
Čtěte také: o PUR pěně
Diskontinuální zařízení
Pro výrobu menšího množství kvalitních éterových polyuretanových pěn (např. HR pěny, viscoelastické pěny) jsou používána diskontinuální zařízení. Další výrobní metoda je princip pěnění tvarových dílců PUR pěny do forem. Jedná se o obdobný proces výroby, který již byl popsán. Vypěňování do formy je technologie užívaná nejen na produkty polyuretanových pěn, ale také na produkty z pěnové pryže. Při tomto způsobu výroby lze s výhodou vkládat před pěněním do podsestavy i další prvky.
Retikulované (síťované) pěny
Pokrokovějším postupem výroby PUR pěn je metoda výroby retikulovaných - síťovaných pěn. Základním procesem výroby pěn je tvoření sítí. Flexibilní pěny, získané z blokové produkce částečně obsahují zavřené buňky. Termickým procesem - (explozí kyslíkového vodíku v uzavřeném reaktoru) - jsou všechny zbytkové buněčné membrány roztavené a kompletně otevřené, je získaná buněčná síť. Všechny nejdůležitější typy flexibilních pěn mohou být síťované. Význam retikulace pěny pod vakuem je v tom, že redukuje měkkou pěnu na pěnu se stejnoměrnou ušlechtilejší pórovitou strukturou. Používá se postup „VakuForm“. U zpěňování pod vakuem „VakuForm“ postupem se pórovitá struktura pěny optimalizuje a její hustota redukuje až o 20 %. Výhodou této technologie je i úspora surovin, neboť dosahuje menší ztráty ve spotřebě. Je předpoklad využití tohoto materiálu v automobilovém průmyslu. V soudobé produkci čalouněného nábytku však tato pěna dosud nebyla významněji uplatněna. Její uživatelské vlastnosti a charakteristiky použití jsou ověřovány.
Technologie „CRUSH“
Technologie „CRUSH“ byla vyvinuta pro zdokonalení mechanicko-fyzikálních vlastností nové generace „studených“ pěn. Stlačením pěnového materiálu až na 15 % jeho objemu a jeho valchováním válci dojde k prasknutí buněčného obalu a tím k maximálnímu otevření buněk.
Povrchová úprava PUR pěn
Povrchová úprava PUR pěn je nová progresivní technologie, umožňující používání jednoduchých i složitě tvarovaných dílců bez potřeby tvorby potahu. Jedná se o aplikaci barev nástřikem přímo na dílce PUR pěny. Nástřik je proveden speciálními PUR barvami, které vytvoří na povrchu pěny tzv. „umělou kůži“ a zajistí výrobku nejen zachování pružnosti, ale i hygieničnost, neboť jsou prodyšné, vodě nepropustné a omyvatelné. Barvy jsou hygienicky nezávadné. Nános polyuretanových barev nenarušuje pěnový materiál dílce, nedeformuje jeho tvar, ale vytvoří na něm rovnoměrnou vrstvu i v oblinách a místech, kde tvorba potahu by byla velmi technologicky náročná. Pro určitý sortimentní druh výrobků lze tedy vytvořit dokonale kopírující potah s malými výrobními náklady a ve škále barevných variant. Takto povrchově upravené výrobky mají kratší trvanlivost než s klasickým potahem z potahových materiálů. Jde o systém nánosu, který podléhá světelné degradaci, proto je užití této technologie vhodné pro interiérové výrobky bez přímého slunečního záření.
Výroba pojené polyuretanové pěny (PPUR)
Výroba pojené polyuretanové pěny probíhá v následujících cyklech. Odpad pěnového materiálu (různých jakostních typů) je drcen pomocí nožového drtiče na vločky, které jsou dopravníkem přesunuty do zásobníku. Ze zásobníkového sila jsou drcené pěnové vločky šnekovým dopravníkem přesunovány a dávkovány do míchací nádoby, kde je přidán polyuretanový systém. Směs pěnícího systému a vloček PUR pěny je následně důkladně promíchána. Směs je rovnoměrně rozvrstvena, stlačena lisem (tlak cca 0,6 - 0,7 MPa) a párou o teplotě cca 110 °C propařena. Poté je blok materiálu uvolněn z formy a přesunut do skladu, kde dozrává minimálně 24 hodin. Při zrání dochází ke zpevnění buněčné struktury, k odpaření vodní páry a zbytkových technologických složek vypěňovacího systému. Na rozdíl od PUR pěn se PPUR pěna nevyrábí v přesně stanovených hodnotách (objemové hmotnosti a tvrdosti), rozlišuje se u ní pouze objemová hmotnost. PPUR pěny se vyrábí v sortimentní řadě objemových hmotností od cca 35 do 230 kg.m-3. Jejich číselné označení je zároveň informací o objemové hmotnosti materiálu. Výroba PPUR pěny je možná i do tvarovaných forem. Technologii pěnění do formy lze využít i při zpracování odpadů PUR pěny na výrobu podsestav dílců čalouněných výrobků. Výhodou této technologie oproti pěnění PUR pěny do formy je zejména skutečnost, že výrobní náklady na tvorbu formy pro PPUR pěnu jsou nízké a tudíž je tato technologie vhodná i pro malé výrobkové série. Další nespornou výhodou pěnění PPUR pěny do formy je možnost předem vložení dalších prvků, které jsou potřebné pro konstrukci výrobku.
Čtěte také: Fenomén nejdražší krávy na světě
Typy a aplikace polyuretanových pěn ve stavebnictví
Montážní pěna na polyuretanové bázi patří mezi nejvšestrannější typy stavebních hmot vůbec. Je vhodná pro vyplňování dutin, usazování oken, izolaci stavebních konstrukcí a mnohé další práce. Montážní pěna je důležitým pomocníkem mnoha stavebníků. Montážní pěny (PU nebo také PUR pěny) obsahují polyuretan, který vyniká svými izolačními vlastnostmi, dlouhou životností, pevností a nízkou hmotností. Vzhledem k dobré přilnavosti drží na většině stavebních materiálů a díky lepicí schopnosti je vhodnou alternativou ke stavebním lepidlům. Jakmile PU pěna vytvrdne, nedochází k uvolňování chemických látek, a tak je zdravotně nezávadná. Při aplikaci však dochází k uvolňování hořlavého plynu. Jednou z hlavních nevýhod PUR pěn je nízká odolnost vůči UV záření. Po delší době působení slunečního záření začne degradovat a měnit své vlastnosti, proto je třeba ji ošetřit ochranným nátěrem. Při použití v exteriéru také dochází ke zvětrávání pěny a zkrácení životnosti působením vlhkosti. Moderní PUR pěny považujeme za univerzální, protože dobře drží na většině materiálů. Skvěle přilnou ke zdivu, dřevu, betonu, keramice, přírodnímu kameni, omítce, kovu, sádrokartonu nebo polystyrenu. Drží také na některých plastech (zpravidla kromě polypropylenu a polyethylenu). Montážní pěna je důležitým pomocníkem mnoha stavebníků. Své uplatnění nachází jak při pracích v interiéru, tak exteriéru. Ve vnitřních prostorách se nejčastěji používá k usazování obložkových zárubní, lepení van a sprchových vaniček nebo k izolaci potrubí, stropu nebo střešních konstrukcí.
Rozdělení montážních pěn
Montážní pěny se dělí podle dvou základních parametrů: expanze a způsobu aplikace.
Podle způsobu aplikace:
- Trubičkové pěny: Pro hobby použití a občasné, nenáročné aplikace. Aplikace se provádí pomocí jednorázové plastové trubičky, která je součástí balení.
- Pistolové pěny: Pro profesionální využití a náročnější aplikace. Vyžadují aplikační pistoli, umožňují přesné dávkování a dosah do hlubších a užších dutin.
- Pěny s aplikátorem GENIUS GUN: Umožňují snadné, precizní nanášení pěny a možnost práci kdykoli přerušit.
Podle expanze:
Montážní pěny obsahují stlačený hnací plyn, díky kterému po aplikaci zvětšují svůj objem. Nárůst objemu ovlivňuje míra stlačení plynu.
- Nízkoexpanzní pěny: Obsahují méně stlačený plyn, objem hmoty se zvětší po aplikaci jen minimálně. Vhodné do míst, kde by nárůstem objemu pěny mohlo dojít k poškození konstrukčních částí (např. obložkové zárubně). Používají se pro vyplňování menších otvorů a dutin či potrubních prostupů. Vytváří přesné výplně a po vytvrzení má vysokou hustotu.
- Vysokoexpanzní pěny: Obsahují hodně stlačený hnací plyn, pěna po aplikaci zvětší několikanásobně svůj objem. Dokonale vyplní a izoluje i větší otvory a dutiny. Využívá se při zednických a izolatérských pracích, vyplňování mezer mezi stropem a příčkou, utěsnění prostupů (např. trubky, kabely) a při tepelném nebo akustickém zateplení dutin.
- Středně expanzní pěny: (např. MULTI FOAM PRO FM310 od Illbrucku) jsou vhodné pro tepelnou a zvukovou izolaci spár kolem oken, dveří, izolaci potrubí, vyrovnání podkladu i lepení EPS/XPS desek. Pěna se přirozeně přizpůsobí různým stavebním materiálům (beton, zdivo, kámen, dřevo, omítka, plasty) a vytváří pevnou, soudržnou strukturu.
- Speciální vysokoexpanzní pěny s nadstandardním objemem (MEGA a MAXI pěny): Využijete je tam, kde potřebujete maximální výtěžnost z jedné dózy - typicky při větších montážích, izolacích nebo zateplování. Dostupné jsou ve verzích pistolových, trubičkových i zimních.
Speciální typy montážních pěn
Kromě univerzálních PUR pěn naleznete na trhu i specificky upravené a vylepšené typy, které jsou určené pro speciální aplikace. Tyto pěny se vyznačují vylepšenými vlastnostmi jako ultra rychlá reakce, vysoká a trvalá pružnost, vynikající adheze nebo odolnost vůči vysokému zatížení a agresivnímu prostředí.
- Zimní pěny: Umožňují práci v zimním období, při teplotách až do -15 °C nebo dokonce -20 °C. Je důležité, aby byla pěna před použitím skladována na teplejším místě (pokojové teplotě).
- Letní pěny: Fungují lépe při teplotách nad +30 °C.
- Protipožární pěny: Rychletuhnoucí samozhášivá pěna s vynikajícími zvukově a tepelně izolačními vlastnostmi. Použití je nezbytné při montáži protipožárních dveří a zárubní, protipožárních podhledů a elektroinstalací nebo jako izolace v příčkách a instalačních jádrech bytových domů. Odolává ohni a vysokým teplotám a splňuje přísné protipožární předpisy a normy (např. B1).
- 2-K rychletvrdnoucí pěny: Dvousložková rychletvrdnoucí PU pěna se vytvrzuje bez nutnosti působení vzdušné vlhkosti, a to velmi rychle (ořezání již po 15-20 minutách). Umožňuje plné zatížení po 24 hodinách. Používá se při montáži dveřních zárubní a systémů, instalaci okenních rámů, svítidel. Největšími přednostmi jsou úspora času při montáži a možnost jejího použití v prostorách s nízkou vzdušnou vlhkostí.
- Studnařské pěny: Speciálně atestovaná montážní pěna určená pro použití v místech s přímým stykem s pitnou vodou.
- Kanalizační pěny: Upravená tak, aby odolala dlouhodobému kontaktu se splaškovou vodou. Používá se pro utěsnění odpadních šachet, sběračů a dalších prvků v kanalizacích.
- Rychlomontážní pěny: K jejímu úplnému vytvrzení dochází už po 15-20 minutách od aplikace. Používá se při montáži dveří, výloh, vrat nebo oken.
- Elastické montážní pěny (např. TYTAN FLEX): Speciální PU pěny s dlouhodobou pružností až 35 % a minimální postexpanzí. Díky elastickým vlastnostem zaručují trvalou izolaci spár kolem oken, dveří i konstrukcí srubů.
- Zdicí pěna (PUR lepidlo): Kombinace běžné montážní pěny a stavebního lepidla. Vhodná pro lepení zdiva z pórobetonu (např. YTONG) nebo sádrokartonových a cementotřískových desek. Příkladem je Illbruck PU700, vysokopevnostní jednosložkové polyuretanové lepidlo třídy D4, speciálně navržené pro lepení a montáž v konstrukcích, kde je potřeba extrémní pevnost a odolnost vůči vlhkosti i mrazu. Dokáže pevně slepit dřevo s kamenem, betonové a vápenopískové tvárnice, truhlářské i tesařské výrobky.
Aplikace montážních pěn - praktické tipy
- Teplota aplikace: Standardní pěny jsou určeny pro aplikaci při teplotách mezi +5 °C a +30 °C. Speciální zimní pěny lze použít až do -20 °C, letní nad +30 °C. Při nízkých teplotách je důležité pěnu před použitím skladovat při pokojové teplotě.
- Navlhčení povrchu: Navlhčení povrchu před i po aplikaci je nutné. Voda urychluje a stabilizuje proces vytvrzování, pěna se pak rovnoměrně rozpíná a vytváří hustou strukturu bez děr.
- Vyplňování spár: Svislé spáry se vyplňují odspodu. Otvory širší než 5 cm je nutné vyplňovat ve vrstvách s přestávkou mezi jednotlivými vrstvami 15 - 30 min (podle teploty vzduchu).
- Odstranění čerstvé pěny: Nevytvrzenou pěnu lze vyčistit čističem PU (na bázi acetonu).
- Odstranění vytvrzené pěny: Pokud pěna už ztvrdla, je třeba mechanické odstranění nebo použití speciálního čističe na vytvrzenou PU pěnu.
- Ochrana před UV zářením: Vytvrzenou pěnu je nutné chránit před UV zářením, např. nátěrem, tmelem nebo omítkou.
- Odstranění vzpěr: Vzpěry se odstraňují až po úplném vytvrzení pěny, což je za běžných podmínek přibližně po 24 hodinách. Pokud je ale chladno nebo vlhko, může být potřeba delší čas.
- Utěsnění okenních otvorů: Z vnější strany se používá paropropustná páska, která chrání proti dešti a UV záření, ale umožňuje odvod vlhkosti ven. Po vytvrzení se přebytek pěny odřízne a z vnitřní strany se aplikuje parotěsná fólie, která zabrání pronikání vlhkosti z interiéru do spáry.
- Dřevostavby: V dřevostavbách je klíčová pružnost a odolnost spojů. Doporučují se pěny s nízkou expanzí a vysokou elasticitou (např. TYTAN FLEX). Na vnitřní straně se aplikuje parotěsná páska nebo tekutá fólie.
Parametry vybraných PU pěn
| Typ pěny | Hustota | Čas pro zahájení ořezávání (O=3cm, T=18°C, RV=60%) | Doba vytvrzení | Teplotní odolnost | Volný objem vypěněné pěny (z balení 750 ml) | Hořlavost |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Nízkoexpanzní PU pěna | 18 - 20 kg/m3 | 20 - 25 minut | 1,5 - 5 hodin | -40 °C až +90 °C | 40 - 45 litrů | B2 (pistolový), B3 (trubičkový) |
| Protipožární PU pěna | 18 - 22 kg/m3 | 20 - 25 minut | 1,5 - 5 hodin | -40 °C až +90 °C | 40 - 45 litrů | B1 |
| 2-K rychletvrdnoucí PU pěna (balení 400 ml) | 30 - 35 kg/m3 | 15 - 20 minut | 45 - 60 minut | -40 °C až +90 °C | 12 - 14 litrů | B2 |
Doplňkové produkty
- Čistič PU pěny pistolový: Rozpouštědlo čerstvé polyuretanové pěny. Používá se k čištění aplikační pistole a zbytků nevytvrzené PU pěny. Lze jím odstranit i tuk, olej, saze, dehet, vosky, zbytky politur, lepidel a čerstvých tmelů.
- Aplikační pistole na PU pěnu profi Model P719: Kvalitní celokovová aplikační pistole, která zabezpečuje precizní a profesionální aplikaci pěny.
Nové pěnové materiály pro čalouněný nábytek
Neustálý vývoj nových pěnových materiálových variant nabízí konstruktérům čalouněného nábytku další zajímavé možnosti.
- Gelový 3D materiál GELTECH: Má schopnost „obtékání“ těla uživatele, dodává vyšší oporu s velmi dobrou tepelnou vodivostí a zároveň schopností akumulace tepla. Vývojově byl použit v jádru matrace.
- Pěnový materiál CELLPUR: PUR pěna s příměsí celulózy, která zvyšuje schopnost pěny absorbovat vlhkost prostřednictvím vnitřní struktury velmi jemných vláken. Uplatnění je zejména ve výrobě profilovaných pěnových matrací nebo jader matrací.
- ELIOSOFT a ELIOFORM: Pěnové materiály vyvinuté kombinací polyuretanové pěny pěněné ve vodě sloučené s molekulami latexu. Pěna má mikrobuněčnou strukturu, je pružná, prodyšná a výborně reguluje vlhkost, zajišťuje optimální tuhost a odolnost matrace.
- HYDROLATEX: Nově vyvinutá pěna, vzniklá kombinací pěnové pryže a PUR pěny. Její příčná perforace zabezpečuje dokonalou ventilaci, pěna má lepší propustnost než samotná PUR pěna.
- VISCOLATEX: Viskoelastická pěnová pryž s tvarovou pamětí, která v sobě spojuje výhody materiálů s efektem pomalého vracení a pěnové pryže. Materiál je přizpůsobivý, prodyšný, pružný, tvarově stálý s vysokou trvanlivostí.
- Vícehustotní pěnová pryž (Dual latex by Gumotex): Nový typ pěnové pryže, který vznikl zapěněním dvou typů pěnové pryže do jediného jádra (bez lepení), kde je spodní vrstva s vyšší hustotou a horní vrstva s nižší hustotou pěny.
tags: #polyuretanova #pena #borgers #informace