Polyuretan (PUR) je syntetický polymer, který se díky svým unikátním vlastnostem stal nepostradatelným materiálem v mnoha průmyslových odvětvích, včetně výroby pružných forem. Jeho historie je bohatá a vývoj pokračuje i dnes.
Historie a vývoj polyuretanu
Polyuretan má svou historii z doby před 2. světovou válkou. Centrem výzkumu bylo město Leverkusen v Německu u firmy BAYER. V roce 1937 profesor Otto Bayer (1902-1982) a jeho tým zjistili, že reakce alifatických diisokyanátů a alifatických dipolyolů vede ke vzniku lineárních polymerů s vysokou molekulovou hmotností.
Dalšími významnými osobnostmi, podílejícími se na procesu tvorby polyuretanu, byli američtí vědci Dr. William "Butch" Hanford a Dr. Donald Fletcher Holmes. V roce 1942 objevili skutečnost, že di-isokyanáty a stávající polyoly se dají sloučit velmi rychle, narozdíl od původní (časově zdlouhavé a finančně nákladné) německé metody. Hanfordova věta "vývoj tohoto vynálezu mi trval sedmnáct minut" se stala známou i vzhledem k faktu, že především rychlost reakce byla důležitou částí tohoto objevu. Jejich postup se používá dodnes pro výrobu většiny polyuretanových systémů.
V roce 1953 Dr. Bayer navázal spolupráci s firmou Monsanto Chemical Company a vznikla společná firma MoBay Chemical Corporation pro výrobu umělých hmot v USA. Skutečný rozmach polyuretanů nastal v roce 1957 především díky použití nových typů polyolů na bázi polyéterů.
Základní principy a vlastnosti polyuretanových pěn
Výchozími surovinami pro plasty obecně jsou např. zemní plyn, uhlí, ale především základní a nejvýznamější surovina - ropa. Plasty jsou organické sloučeniny, které obsahují především uhlík, dusík, síru a chlor.
Čtěte také: Průvodce vlastnostmi pružné barvy na beton
Základem syntézy polyuretanových pěn je reakce izokyanátů (látky obsahující chemicky reaktivní skupiny - NCO), polyolů (polyalkoholů), aminů a vody (látky obsahující hydroxylové skupiny a aminové skupiny -OH, -NH2). Volbou vhodné kombinace látek vstupujících do reakce lze získat polyuretany s různými vlastnostmi, od velmi „pružných“ elastických pěn až po „silně zesíťované“ tvrdé pěny.
Proces „vypěňování“ začíná vývinem nadouvacího plynu. Tímto plynem může být buď CO2 (uvolněný chemickou reakcí izokyanátu s vodou) nebo inertní látka freon R-XX, který se při vzrůstu teploty nad jeho bod varu mění na plyn, aniž by předtím chemicky reagoval. Předpokladem pro začátek napěňování je přesycenost reakční směsi plynem a dostatek zárodečných center pro vznik bublin. V dalším průběhu reakce se objem bublin, které mají přibližně kulovitý tvar, zvětšuje až do objemové hmotnosti pěny cca 250 kg/m3.
Příprava PUR pěny je tedy složitý chemický a fyzikální proces. Pro dosažení určitých vlastností PUR pěn je nutno k reagujícím složkám přimísit pomocné a přídavné látky, které ovlivňují jejich výslednou podobu.
Typy a použití polyuretanových pěn
Polyuretanové pěny jsou univerzální stavební materiály, které se používají především pro těsnění, vyplňování, tepelnou či zvukovou izolaci a montáž. Tyto pěny jsou oblíbené pro svou snadnou aplikaci, rychlé vytvrzení a výborné izolační vlastnosti.
- Jednosložkové polyuretanové pěny: Tyto pěny vytvrzují při kontaktu se vzdušnou vlhkostí. Jsou snadno použitelné a ideální pro běžné těsnění a izolační práce.
- Dvousložkové polyuretanové pěny: Vytvrzují chemickou reakcí mezi dvěma složkami, což zajišťuje rychlejší a kontrolovanější proces tuhnutí.
Polyuretanové pěny poskytují vynikající tepelně izolační vlastnosti, které snižují energetické ztráty a zvyšují energetickou účinnost budov. Jsou ideální pro těsnění spár a otvorů, těsnění oken a dveří. Pěny se používají při upevňování rámů oken a dveří, instalaci parapetů a dalších stavebních prvků. Díky vynikajícím tepelně a akusticky izolačním vlastnostem jsou pěny ideální pro izolaci střech, stěn a podlah. Polyuretanové pěny se také používají pro vyplňování dutin, mezer a prasklin.
Čtěte také: Pružná epoxidová ochrana
Pružná polyuretanová pěna pro formy
V kontextu výroby forem se pružné polyuretanové pěny uplatňují díky své schopnosti reprodukovat detaily a odolnosti. Polyuretanový elastomer je syntetický polymer s elastickými vlastnostmi, který kombinuje výhody plastů a pryže. Vzniká reakcí polyolů a izokyanátů.
Pro výrobu forem jsou často využívány dvousložkové licí polyuretanové systémy. Pěny mnohonásobně zvětšují původní objem, jsou k dispozici v různých hustotách, jsou univerzální a snadno použitelné.
Specifické systémy a použití pro formy
- Dvousložkový licí polyuretanový systém je určen především k výrobě pružných forem pro odlévání umělého kamene, betonu a dalších směsí. Tvrdosti po vytvrzení je 45 Shore A.
- Další dvousložkový licí polyuretanový systém, určený rovněž k výrobě pružných forem, má hmotnostní mísící poměr 100:65 a tvrdost po vytvrzení je cca 70 Shore A.
- PUR 400 je dvousložkový, bezrozpouštědlový, tekutý polyuretanový systém, transparentní, pružný a UV stabilní. Vytvrzuje rychle, cca několik hodin.
- Měkká polyuretanová pěna FlexFoam-iT se používá například pro výrobu lehkých pružných dekorací pro film.
Pro vytvoření lůžka měkké formy, která má tendenci se roztahovat při nalití licí hmoty, se používá speciální pěna. Je vhodná pro výrobu lůžka formy z latexu, alginátů nebo silikonu. Nanesená pěna na vnější stranu formy přesně okopíruje její tvar a po ztvrdnutí vytvoří lůžko pro formu. Před nanesením na formu je důležité potřít stěny formy obyčejným dětským pudrem, aby se lůžko formy po ztvrdnutí lépe oddělilo od formy. Vytvořením lůžka formy zabráníme při budoucím odlévání jejímu rozpínání tlakem licí hmoty.
Přehled dvousložkových systémů pro pružné formy
Následující tabulka shrnuje klíčové vlastnosti dvousložkových licích polyuretanových systémů zmíněných v textu, které jsou určeny pro výrobu pružných forem:
| Typ systému | Mísící poměr (hmotnostní) | Tvrdost po vytvrzení | Hlavní použití | Další vlastnosti |
|---|---|---|---|---|
| Dvousložkový licí PUR systém | Není uvedeno | 45 Shore A | Výroba pružných forem pro odlévání umělého kamene, betonu a dalších směsí | - |
| Dvousložkový licí PUR systém | 100:65 | 70 Shore A | Výroba pružných forem | - |
| PUR 400 | Není uvedeno | Není uvedeno | Není specifikováno pro formy, ale obecně pružný systém | Bezrozpouštědlový, tekutý, transparentní, UV stabilní, rychle vytvrzující (několik hodin) |
Metody aplikace polyuretanových pěn
Pěny se dělí podle expanze a způsobu aplikace. Existují jednoduchá řešení pro příležitostné použití, která nevyžadují nářadí, i profesionální volby s přesným dávkováním.
Čtěte také: Pružné spárovací hmoty pro dokonalé spáry
Lití polyuretanové pěny
Pro nástřiky a lití se v praxi používají dvousložkové systémy PUR pěn, které se liší svými vlastnostmi (např. objemovou hmotností, startovacími časy, směšovacími poměry, výslednými fyzikálně-technickými vlastnostmi apod.). Tento způsob se používá především u velkoprostorových izolací jako jsou zásobníky, nádrže, energetické kanály a jiné mezistěnové izolace. Nejčastěji se provádí jako lití po vrstvách tak, aby nedošlo k deformacím nebo k poškození PUR pěny vysokou koncentrací reakčního tepla. Tento způsob se uplatňuje především při sériové výrobě izolačních prvků, u kterých se požaduje přesný rozměr a vysoká kvalita povrchu spolu s dobrými mechanickými vlastnostmi. K lití se používají systémy PUR pěny o objemové hustotě 30-250 kg/m3. Použité nadouvadlo je nejčastěji na bázi CO2. Nejrozšířenější uplatnění této technologie je ve výrobě izolačních panelů sendvičové konstrukce ve stavebním a automobilovém průmyslu.
Injektáž polyuretanové pěny
Tato speciální technologie se používá především pro zpevňování hornin nebo zdiva, utěsňování stavebních konstrukcí proti průnikům tlakové vody (tunely, podzemní stavby, hráze vodních děl, důlní konstrukce apod.). Princip injektáže PUR spočívá obvykle v předvrtání potřebného množství otvorů v místě aplikace, do kterých jsou upevněny speciální injektážní trysky. Injektážní PUR systém je po připojení vysokotlakého čerpadla na tyto injektážní trysky vháněn pod vysokým tlakem až do místa injektáže, kde účinkem reakce složek dojde k následnému zpevnění a zatěsnění injektované části stavby.
Stříkání polyuretanové pěny
Zpracování PUR pěny stříkáním na místě patří k nejmodernějším, ale současně k nejnáročnějším způsobům vytváření tepelných a vodotěsných izolací. PUR pěna vzniká přímo na místě směšováním dvou tekutých složek, které se na podklad nanášejí stříkáním. K nástřiku PUR pěn se používá speciální vysokotlaké zařízení se směšovací pistolí.
Optimalizace výroby a řešení problémů s polyuretanem
Výroba PUR dílů je zdrojem mnoha výzev i příležitostí. Pro rozpoznání, pochopení a řešení problémů při lisování polyuretanu je klíčové znát vliv různých faktorů.
Časté problémy při zpracování PUR pěny
Pružné i tuhé polyuretanové pěny jsou citlivé na nízkou teplotu, nečistoty a špatný separační prostředek. K problémům může vést špatný separační prostředek, například ty na silikonové bázi, které mohou pěnu zbortit a neměly by se používat. Odlévání do kondenzačního, ne zcela vytvrzeného silikonu, nebo použití čerstvě vyrobené formy, může způsobit kolaps pěny. Další problémy mohou nastat v důsledku špatně namíchaného poměru složek nebo nedostatečného promíchání složek A a B. Pokud je materiál vystaven teplotě nižší než 15°C, oddělí se složky zejména u části B. Studená forma, do které se materiál nalije, může způsobit, že pěna nenapění podle technického listu. Rovněž stáří materiálu ovlivňuje proces; starý materiál nebude napěňovat dle očekávání.
Řešení problémů a doporučené postupy
Před použitím je nezbytné důkladně protřepat nebo promíchat samostatně každou složku. Míchání musí být rychlé, ruční nebo strojové. Pro správnou reakci je nutná správná teplota; materiál je nutné vystavit delší dobu teplotě 23°C a po otevření nádoby 3 minuty silně protřepat. Materiál spotřebujte co nejdříve.
Separační prostředky a pomocné materiály
Separační prostředky pro výrobu PU dílů přinášejí velkým i malým výrobcům konkurenční výhodu. Dodávají se separační prostředky na vodní bázi a bázi rozpouštědel, ale také koncentráty, které mohou zvýšit produktivitu zákazníků. Vysoce účinné separační prostředky obvykle neobsahují těkavé organické látky nebo mají snížený obsah těkavých organických látek.
Chem-Trend vyvíjí separační prostředky a pomocné materiály pro výrobu dílů z polyuretanu a zaujímá vedoucí pozici v oblasti inovací. Při tom splňují přísné specifikace a obstojí v náročných provozních podmínkách. Důležitým důvodem pro použití separačního prostředku je snadné vyjmutí zesíťovaných dílů z různých tvarovaných materiálů. Tyto materiály mohou výrazně prodloužit životnost formy tím, že na jejím povrchu udržují kluzký film, který zabraňuje poškození kontaktní plochy vytvrzeného betonu. Tyto produkty mohou také napomáhat smáčení pigmentů a zlepšovat přenos barvy ze substrátu formy na kámen, což může pomoci minimalizovat zmetky způsobené střídáním barvy.
Pro obtížné oblasti nebo poškozené nástroje se při vstřikování polyuretanu osvědčily pastové vosky. Tyto materiály poskytují ochranu v místech poškrábání, chladu nebo vysokého tlaku a tvoří odolnou vrstvu, která pomáhá minimalizovat komplikace způsobené vadami na kovovém povrchu. Těsnicí prostředky pro formy zlepšují vlastnosti separačního prostředku tím, že vytvářejí optimální povrch, ze kterého se díly uvolňují.
Čisticí prostředky jsou vyvíjeny speciálně pro požadavky různých výrobních procesů s použitím polyuretanu. Tyto výkonné čističe účinně, ale bezpečně odstraňují pryskyřičné usazeniny jako vosky, silikon, kontaminace, polyuretan a polymočovinu. Lze je používat jak při přípravě forem před výrobním procesem, tak také při velkovýrobě. Proplachovací roztoky směšovacích hlav se používají při určitých způsobech nízkotlakého zpracování pro účinné čištění komory směšovací hlavy. S proplachovacími roztoky se snadno manipuluje a jsou to nejúčinnější odstraňovače pryskyřic, které se dodávají pro polyuretanové systémy. Dlouhé odstávky čištění mezi dvěma po sobě následujícími vstřiky tak díky těmto vysoce efektivním, rychle schnoucím roztokům nejsou nutné. Přípravky na ochranu proti vrzání jsou na vodní bázi a nanášejí se kvůli eliminaci nepříjemných zvuků vzniklých třením.
Aplikace separačních prostředků
V závislosti na výrobním uspořádání lze využít širokou škálu způsobů aplikace separačních prostředků, od ručních pistolí HVLP až po automatické stříkací systémy. Materiály lze ředit pomocí velmi spolehlivých nástěnných nebo podlahových dávkovačů, které poskytují konzistentní poměr vody vůči koncentrátu.
Pro zajištění adekvátního nastříkání povrchu formy lze pomocí kousku kartonu vyzkoušet vzor stříkání. Nejprve se ujistěte, že tryska stříkacího zařízení a vzduchový uzávěr jsou čisté a bez omezení. Držte stříkací pistoli ve vzdálenosti od kartonu, která odpovídá normální vzdálenosti stříkací pistole od povrchu formy. Separační prostředek nastříkejte na karton pohybem do stran. Vzor by měl být nepřerušený, ale rychle schnout. Případné skvrny ukazují oblasti, které mohou být nedostatečně nebo nerovnoměrně nastříkané.
Pro zajištění reprodukovatelné aplikace separačního prostředku při výrobě tvarovaného polyuretanu v případě střídání se různých pracovníků obsluhy je důležité stanovit základní průtok, aby byl zachován konzistentní postřik. Po určení správného množství postřiku je třeba zaznamenat průtok v gramech nebo mililitrech za sekundu. To by se mělo kontrolovat každou směnu, aby se zajistila konzistence mezi pracovníky obsluhy. Při ruční aplikaci je také důležité stanovit vhodné parametry pomocí velikosti trysky, množství separačního prostředku a rozprašovacího vzduchu. Aby bylo dosaženo čistého nástřiku podle specifikací tvarovaného dílu, je třeba nejprve určit množství separačního prostředku pomocí trysky a tlaku materiálu. Klíčové je, aby byl povrch formy před nalitím pěny suchý. Využívá se kapalný nosič k přenesení separačního prostředku na všechny povrchy nástroje.
Hybridní produkty poskytují výhody materiálů na bázi rozpouštědel, jako je otevřený povrch a rychlejší tvorba filmu a odpařování, ale k zajištění těchto výhod využívají nosič na vodní bázi s malým množstvím rozpouštědla. Tato technologie výrazně minimalizuje emise těkavých organických látek.
tags: #pružná #polyuretanová #pěna #na #formu