г. Харьков, ул. Золочевская, 1 050-858-25-67

О Технологии напыляемого пенополиуретана

Что такое напыляемый пенополиуретан

Напыляемый пенополиуретан — это теплоизоляционный материал, который, получают путем соединения Метилендифенилдиизоцианата (МДИ) или компонент «А» с равным количеством смеси полиолов или компонент «Б» непосредственно на месте работы. Состав компонента «A» в большинстве своем постоянен. Запатентованные составы компонента «Б», включающие в себя полиолы, вспенивающие агенты, антипирены, катализаторы и поверхностно-активные вещества, варьируются в зависимости от желаемых свойств пены. Компонент «Б» контролирует тип создаваемой пены, влияя на физические и механические свойства пены.
Полиолы составляют значительную часть состава компонента «Б». Обычно используют смесь сложных или простых полиэфиров; их получают из нефти. Это жидкости, похожие на масла, которые используются в разнообразных продуктах, в том числе в средствах личной гигиены, таких как шампунь, кремы для кожи и детское масло. В некоторой продукции  используется альтернативный источник полиолов из природных ресурсов, таких как соевые бобы, касторовое или рапсовое масло. Современные технологии ограничивают использование натуральных масляных полиолов примерно до 1/3 от общего количества полиолов, так как чрезмерное использование натуральных масляных полиолов может повлиять на стабильность ППУ. При соединении полиолов с МДИ получается твердый полиуретановый материал.
Чтобы создать ячеистую структуру для пены, требуется вспенивающий или расширяющий агент. ППУ использует два типа вспенивателей: химический и физический. Вода является химическим вспенивающим агентом, используемым для изготовления всех ППУ с открытой ячейкой, а также небольшого процента пен с закрытой ячейкой. Вода реагирует с МДИ, создавая CO2 газ, который расширяет пену. Физические вспенивающие агенты, используемые в ППУ, представляют собой фторуглеродные газы ( фреон). Они присутствуют в жидкой форме в компоненте «Б». Экзотермическая реакция с компонентом «А» преобразует эту жидкость в газ, тем самым расширяя пену. Фторуглеродный газ с низкой теплопроводностью содержится внутри закрытых ячеек, обеспечивая повышенное термическое сопротивление.

Закрытоячеистый ППУ плотностью 35кг/м3
Закрытоячеистый ППУ плотностью 35кг/м3

Формирование ППУ включает в себя два основных процесса: отверждение МДИ-полиола в полиуретан и собственно создание  ячеистой структуры с помощью вспенивающего агента. Эти процессы замедляются с помощью катализаторов, контролирующих скорость реакции отверждения. Катализаторы влияют на время старта пены и, в конечном счёте, на то, будет ли пена с  открытой или закрытой ячейкой. ППУ обычно использует катализаторы на аминовой основе.
Чрезмерное воздействие воздушных концентраций аминовых катализаторов может привести к раздражению дыхательной системы, кожи и глаз. При определённых условиях (это зависит от оборудования, его параметров и собственно от производителя компонентов ППУ) возможно присутствие непрореагировавших аминных катализаторов, которые могут выделяться из ППУ в течении непродолжительного времени. Люди иногда замечают специфический запах, который эти катализаторы  выделяют. Зачастую его описывают как запах рыбы или мочи. Эти запахи могут создать неприятные ощущения, однако проветривание в течение нескольких дней после нанесения ППУ решает эту проблему.

Горючесть и термическая стабильность

Пенополиуретаны, как и все пенопласты и многие другие органические материалы, являются горючими. Для снижения степени горючести  ППУ используют антипирены. Антипирены включены в ППУ как часть компонента «Б», чтобы предотвратить возникновение пожара и/или резко замедлить процесс горения. В ППУ, используются антипирены на основе фосфора и галогенов. Обычно в качестве антипиренов используются Трис (1-хлор-2-пропил) фосфат в сочетании с химическим бромированным соединением, которое связывается с полимером или полимерным бромированным антипиреном.
ППУ можно использовать в течение длительного времени в диапазоне температур от — 60°C до + 100°C. Жесткая пена может кратковрменно выдерживать температуру до 250°C без потери свойств. Пенополиуретан является термореактивным пластиком и не плавится под воздействием огня.
Кроме того, могут быть изготовлены специальные полиуретановые продукты, которые в состоянии выдерживать температуру + 200 ° C без дополнительной защиты.

Классификация ППУ

Существует два основных типа  ППУ, которые основаны на плотности материала и структуре ячеек.

Первый тип: ППУ с открытой ячейкой низкой плотности или мягкая пена. Эти пены образуются с помощью химического вспенивающего агента, которым обычно является вода. Вода вступает в реакцию с МДИ компонента «А», образуя газ CO2, который расширяет затвердевающую жидкость в полимер. Поскольку этот материал имеет открытую ячеистую структуру, ячейки заполнены воздухом, а тепловые характеристики (лямбда или теплопроводность) эквивалентны волокнистым утеплителям, таким как целлюлоза и стекло/каменная вата в диапазоне от 0.036 -0.045. Подобно этим волокнистым изделиям, ППУ с открытой ячейкой способен пропускать влагу и может нуждаться в дополнительной пароизоляции при использовании в холодном климате (при утеплении открытой ячейкой нужно учитывать ГСОП — градусо-сутки отопительного периода, а так же влажность внутри помещения в отопительный сезон). В отличие от волокнистых утеплителей ППУ с открытой ячейкой обладает гораздо меньшей воздухопроницаемостью, а также служит воздушным барьером при определённой толщине.

Второй тип: ППУ с закрытой ячейкой или жесткая пена. Это материал, в котором более 90% ячеек закрыты. При использовании фторуглеродных вспенивающих агентов (безопасные фреоны), фреон в компоненте «Б» в процессе экзотермической реакции преобразуется в газ, тем самым создавая ячеистую структуру в пене. Подобно окну с двойным стеклопакетом, этот газ с низкой теплопроводностью удерживается в закрытой ячейке, обеспечивая лямбду от 0.022 до 0.03, что может быть почти в два раза больше, чем у пенополиуретана с открытыми ячейками или у волокнистых утеплителей. ППУ средней плотности ( 30-45 кг) относительно устойчив к водопоглощению и практически не пропускает влагу и полностью не пропускает воздух. Помимо этого, пены средней плотности обладают  жёсткостью и прочностью, и могут обеспечить умеренное повышение структурной прочности некоторых строительных конструкций. Жесткую пену, в свою очередь, можно поделить еще на два типа: пена средней плотности 30-55 кг и ППУ повышенной плотности  от 60 кг м3. ППУ плотностью от 60кг, способен выполнять роль гидроизоляции.

Теплопроводность ППУ

Как говорилось выше, ППУ с открытой ячейкой обеспечивает термическое сопротивление, создавая «герметичные воздушные карманы» в структуре пены. В  жестком ППУ низкая теплопроводность обеспечивается  вспенивающими агентами, которые в виде газа сохраняются в закрытых ячейках. Известно, что эти газы могут со временем выходить из ячеек: часто производители компонентов указывают более высокое  термическое сопротивление при  толщинах от 100 мм, и это обусловлено тем, что диффузия вспенивающих агентов уменьшается при увеличении толщины напыления ППУ.
После первоначальной диффузии вспенивающего агента, который заметно снижает тепловые характеристики, вспенивающий агент, остающийся в ядре материала, высвобождается гораздо медленнее. В течение 1000 лет вспенивающий агент в ядре возможно полностью высвободится, но это точно не произойдет в течение 60 — 100 лет службы здания. Ниже приведены результаты исследования, показывающие теплопроводность пены с закрытой ячейкой. Спустя несколько лет после нанесения пены теплопроводность достигает стабильного значения, которое продолжает незначительно увеличиваться с течением времени.

теплопроводность пенополиуретана с закрытой ячейкой

Преимущества напыляемого пенополиуретана

Пенополиуретан – единственный тип изоляции, который обладает бесшовностью.  А пенополиуретан с закрытой ячейкой и самой низкой теплопроводностью. Никакие другие типы теплоизоляции (минераловатные утеплители, ЭППС, ПСБ,  целлюлоза) не создадут такую герметичность, которую обеспечивает пенополиуретан.
Герметичность – основа низкого потребления энергоресурсов. Поэтому к выбору и монтажу утеплителя следует подходить грамотно и тщательно. Например, 200мм утеплителя (λ -0,04)  в случае утепления кровли многие считают достаточным утеплением. Но даже 300 — 500 мм волокнистого утеплителя, могут не дать того расчетного уровня термического сопротивления, если монтаж утеплителя, и особенно!!! Пароизоляции, был выполнен с нарушениями (к примеру, паробарьер не заведен под штукатурку, плохо/ или некачественным скотчем проклеены швы и стыки,  небольшие повреждения, и пр.). Эти нарушения приводят к тому, что влага, попадая в утеплитель, повышает теплопроводность теплоизоляции, деревянные конструкции подвергаются воздействию влаги, и отсутствует та самая герметичность, за которую необходимо бороться.
Все минераловатные утеплители воздухопроницаемы, и задача паробарьера —  не только не пустить пар, но и обеспечить герметичность ограждающих конструкций. С этой задачей лучше всех справится напыляемый утеплитель — ППУ.  Согласно стандарту  ASTM E2178 или E283 (испытания на воздухонепроницаемость строительных материалов)  ППУ с закрытой ячейкой является воздухонепроницаемым при толщине  3.5 см, для открытой ячейки — при толщине  8-10см.
Герметичность  не только повышает энергоэффективность, но и уменьшает неконтролируемое движение влаги через ограждающую конструкцию здания, что может привести к образованию конденсата и грибка, плесени, гниения и коррозии, сокращая срок службы здания. Минимизация утечки воздуха при использовании ППУ может улучшить качество воздуха в помещении и повысить комфорт людей, контролируя попадание в здание пыльцы, наружных загрязняющих веществ и вредных организмов.
Так же качественная работа систем вентиляции и кондиционирования возможна только при высоком уровне герметичности.
ППУ плотностью от 30кг м3 уже при толщине 3см придает дополнительную  жесткость конструкциям. При толщине от 7см сопротивление подъёму крыши ветром увеличивается более чем в три раза за счёт напыления ППУ между стропилами.
Закрытоячеистая структура ППУ не только обеспечивает значительные структурные преимущества, как описано выше, но и присущая ей водонепроницаемость может обеспечить вторичную  защиту от воды — что важно, когда первичная система кровли (черепица и мембрана) разрушается во время сильного ветра или урагана.
ППУ может обеспечить преимущества по сравнению с обычными волокнистыми теплоизоляционными материалами. Как открытые, так и закрытые ячейки ППУ являются воздушными барьерами и вносят существенный вклад в уменьшение утечки воздуха в зданиях.
Пена с закрытой ячейкой при толщине от 35мм  также обеспечивает паронепроницаемость (пароизолятор 2 класса),  и укрепление конструкций.
ППУ – уникальный  продукт, так как он производится на месте, это одновременно является  и минусом, и плюсом.
Плюс в том, что его возможно применить на объекте любой сложности и конфигурации в кратчайшие сроки.
Минус — вся  ответственность ложится на исполнителя, производитель компонентов дает гарантию только до стройплощадки, и именно на компоненты, а не на готовый продукт.  Когда компоненты открыты — гарантия прекращается. Поэтому так важно полное понимание  процесса и свойств полученного продукта,  наличие качественного оборудования, которое способно  поддерживать точную температуру, давление, обеспечивая идеальное смешивание компонентов и их дозирование, удаленный контроль параметров установки и быстрое отключение подачи материала при внештатных ситуациях. Именно это и должно интересовать заказчика.

Graco Reactor2 H30
Graco Reactor2 H30

ППУ обладает впечатляющими характеристиками, которые делают его идеальным для использования в энергоффективных домах, поэтому строители, архитекторы и застройщики перед использованием этого материала должны узнать больше о нем, прежде чем принимать решение о его положительных или отрицательных качествах. Ключом к успешному опыту работы с ППУ является выбор квалифицированного и опытного подрядчика, который использует качественное оборудование, знает и понимает правильный способ переработки ППУ и следует инструкциям производителя.