Материал будущего в ваш дом
Оглядитесь и задумайтесь: из чего сделаны окружающие вас предметы? Вы удивитесь, но многие из них — диванные подушки, лёгкая мебель из IKEA, искусственная лепнина на потолке, амортизатор в подошве любимых кроссовок — изготовлены, по сути, из одного и того же материала — пенополиуретана. Созданный в 30-х годах ХХ века, он менее чем за 100 лет полностью преобразил наш мир и при этом постоянно находит новые области применения. На сегодняшний день вершина эволюции пенополиуретана — выпускаемый в промышленных масштабах материал с труднопроизносимым названием «вспененный полиизоцианурат», обычно именуемый PIR. Сейчас он всё чаще заменяет традиционные материалы в строительстве и многих других областях жизни, а в недалёком будущем возможно даже станет основным материалом на планете. В чём же уникальность PIR?
Как получают «материал будущего»
На сегодняшний день PIR — вершина технологической эволюции пенополиуретана, одного из наиболее универсальных и востребованных полимерных материалов, относящегося к категории газонаполненных реактопластов и впервые синтезированного около 60 лет назад. Его уникальность заключается в том, что изменяя пропорцию двух основных участвующих в реакции химических веществ (всего в ней задействовано более десятка реагентов) можно получить широкий спектр материалов с разными физическими свойствами для различных областей применения.
Исходным сырьём для получения PIR и пенополиуретана в наши дни служат продукты нефтехимического производства — полимерные органические соединения и многоатомные спирты. Альтернативным вариантом является использование некоторых видов растительного масла: касторового, соевого, рапсового, подсолнечного и др. Однако такое сырьё значительно дороже.
Синтез и свойства пенополиуретана
В основе реакции полимеризации лежит взаимодействие двух ключевых реагентов, называемых «компонент А» и «компонент Б»:
Компонент А — полиол: многоатомный спирт, имеющий в своём составе более одной гидроксильной группы —OH. К этой группе химических соединений относятся, в частности, этиленгликоль, пропиленгликоль, глицерин, сорбит и др.;
Компонент Б — полиизоцианат: органическое соединение, содержащее функциональную группу —N=C=O. В частности, при производстве пенополиуретана и PIR используется полимерный 4,4 метилендифенилдиизоцианат или pMDI, производимый корпорациями BASF, Covestro, Huntsman и Dow.
Реакцию можно описать как взаимодействие полиола и диизационата с образованием полиуретана в присутствии катализатора (обычно аминной группы). Перед реакцией в смесь вводится вспенивающий агент, который заполняет в самом начале пористую, а в дальнейшем — герметично закрытую структуру полиуретана, превращая его в материал под названием пенополиуретан. Помимо перечисленных реагентов в синтезе участвует ещё примерно 10-13 веществ: катализаторы, стабилизаторы и различные добавки, влияющие на конечные свойства материала.
Практически сразу же после получения пенополиуретана химики заметили, что его свойства зависят от длины цепи газонаполненных микрогранул, которая, в свою очередь, определяется соотношением полиольного и изоцианатного компонентов, а также функциональностью и молекулярной массой самого полиола. Путём варьирования этого соотношения были получены материалы с очень разными свойствами: от мягких губчатых (например, поролон, современные наполнители для матрасов, некоторые виды утеплителей для одежды и пр.) до жёстких пенопластов высокой плотности, используемых в строительстве в качестве изоляции для промышленных холодильников и морозильников, наполнителя сэндвич-панелей, для утепления трубопроводов и производства жёстких плитных утеплителей.
PIR: особенности и отличия
Пенополиизоцианурат впервые был синтезирован в 60-х годах XX века. Технология его производства отличается от технологии получения «классического» пенополиуретана. В первую очередь — соотношением компонентов А и Б в реакционной смеси.
"Владимир Шалимов, кандидат технических наук, руководитель технической службы направления «Полимерные мембраны и PIR в КМС» компании ТЕХНОНИКОЛЬ: «В обычном пенополиуретане это классическое отношение, равное 1:1, то есть на одну молекулу полиола приходится одна молекула изоцианата. В результате реакции получается молекула полимера с линейной структурой. При синтезе пенополиизоцианурата это отношение зависит от ряда факторов (от молекулярной массы и функциональности полиола, от содержания NCO-групп в изоцианате и от его типа) и должно быть не менее, чем 1:2. В технологическом цикле нашего предприятия оно составляет как минимум 1:3, то есть на одну молекулу полиола приходится три молекулы изоцианата, две из которых остаются свободными. При этом сам процесс протекает при более высокой температуре. В результате происходит так называемая тримеризация: свободные NCO-группы образуют особо прочные соединения — тримеры. Можно сказать, что пенополиизоцианурат — это тримеризованный изоцианат. Высокая прочность химических связей затрудняет разрушение структуры полимера, поэтому полиизоциануратная пена является химически и термически (в том числе при воздействии открытого пламени) более стабильным материалом: разрыв изоциануратных связей начинается при температуре выше 200 °C, тогда как у пенополиуретана — примерно при 100 °С»."
Ещё одно существенное отличие — использование других вспенивающих агентов. До 2011 года в производстве PIR применяли фреон-11, а после его запрета в рамках климатических соглашений стали использовать пентан — низкотеплопроводный газ, относящийся к группе предельных углеводородов класса алканов. Пентан после вспенивания остаётся запечатанным в закрытых ячейках PIR (в плитах утеплителя его дополнительно герметизируют паронепроницаемые облицовки из алюминиевой фольги), который благодаря этому получает рекордно низкую теплопроводность среди серийно выпускаемых теплоизоляционных материалов.
Всё начиналось с ремонта обуви
Как и многие большие открытия, впоследствии преобразившие мир, изобретение пенополиуретана было случайным. В 30-х годах прошлого века немецкий химик Отто Байер работал над созданием эластичного материала для ремонта обуви, а именно для заделки трещин в подошвах. В тот момент никто не предполагал, что разработанная в процессе этих изысканий технология аддитивной полимеризации диизоцианата положит начало новой эпохе промышленного производства, а полученный Байером полимер скоро заменит каучук, сталь, дерево, традиционную теплоизоляцию и многие природные материалы.
Интересно, что Отто Байер в течение долгих лет работал на компанию Bayer AG, но при этом не имел никакого отношения к семье её основателей, будучи просто их однофамильцем. Тем не менее, можно сказать, что полиуретан и аспирин фактически появились под одной крышей.
Чемпион среди полимеров
Сегодня в мире используется большое количество вспененных полимеров различного происхождения и состава. Однако почти все они имеют те или иные недостатки, ограничивающие сферу их применения. В первую очередь это связано с влиянием на окружающую среду и человека.
К примеру, один из самых дешёвых пенопластов — суспензионный пенополистирол — отличается низкой устойчивостью к воздействию температуры. Уже при +60-70 °С материал теряет свою структуру и начинает разлагаться, выделяя токсичный газ — стирол, а в случае возгорания — удушливый дым. Поэтому в строительстве такой пенополистирол не применяют для утепления внутренних помещений, а используют исключительно как материал для наружной теплоизоляции фундаментов и подвалов, а также в качестве утеплителя для штукатурных фасадов и плоских кровель промышленных зданий. Специалисты настоятельно не рекомендуют применять его, например, для утепления балконов и лоджий, что нередко делают собственники квартир и неквалифицированные наёмные строители.
Пенополиуретан в ряду полимерных материалов стоит особняком. Это объясняется не только выдающейся широтой его физических характеристик, но и практически абсолютной инертностью к среде, окружающей человека. Материал считается гипоаллергенным, не имеет запаха и не выделяет летучих соединений. Единственной проблемой в течение длительного времени оставалась его способность поддерживать горение. Одним из способов её решения стали вводимые в состав материала антипирены — специальные огнезащитные присадки, позволяющие снять этот вопрос на определённый производителем срок службы.
Однако настоящим переломным моментом стало появление PIR. Его особая структура с прочными тримерными цепочками не только придаёт материалу выдающиеся эксплуатационные свойства, но и делает его стойким к огню. При воздействии открытого пламени поверхность PIR-плиты покрывается плотной углеродной коркой, которая препятствует дальнейшему распространению пламени. И хотя по классификации ГОСТ пенополиизоцианурат, как органический материал, не может быть отнесён к категории негорючих, на практике он стал настоящим чемпионом по безопасности среди полимеров.
Прочная молекулярная структура PIR делает его не только устойчивым к воздействию температур, но и придаёт ему ряд других полезных свойств. Например, в течение всего срока службы материала она сохраняет внутри его ячеек низкотемпературный газ, благодаря чему показатель теплопроводности используемых в строительстве теплоизоляционных PIR-плит ТЕХНОНИКОЛЬ составляет всего 0,022 Вт/м*К. Это в 1,5-2 раза лучше, чем у традиционных жёстких волокнистых утеплителей. При этом PIR-плита в несколько раз легче, обладает куда более высокой механической прочностью, практически не впитывает влагу и может служить более 50 лет без потери эксплуатационных свойств.
«Космические» плиты для гражданского строительства
Нужно сказать, что в строительство PIR пришёл не сразу. Изначально он нашёл применение в космической отрасли, традиционно берущей на вооружение все наиболее передовые технологии. И только в 1980-х пенополиизоцианурат спустился с небес на землю.
"Владимир Шалимов: «PIR является на сегодняшний день одним из самых современных полимерных утеплителей, а процесс его производства трудоёмок и имеет в основе сложную физико-химическую составляющую. Установленная на нашем предприятии в Рязани автоматическая линия по выпуску PIR-плит включает 12 технологических участков, самый протяжённый из которых — 40-метровый термопресс. Здесь плита приобретает заданные геометрические параметры и эксплуатационные свойства, которые регулируются с очень высокой точностью. Именно пресс определяет скорость работы всей линии, которая способна производить 60 м продукции в минуту и до 2 млн кубометров теплоизоляции в год»."
Конструктивно PIR-плита ТЕХНОНИКОЛЬ, выпускаемая под маркой LOGICPIR, представляет собой «сэндвич» из двух обкладок, между которыми заключено «тело» плиты из пенополиизоцианурата. Сцепление между ними обеспечивает высокая способность PIR к адгезии практически к любым материалам, поэтому производство плит не требует использования клея или других связующих.
На сегодняшний день компания выпускает PIR-плиты различных толщин и размеров и с разными типами обкладок, наиболее распространёнными из которых являются алюминиевая фольга, обработанная специльным защитным праймером, а также минерализованный стеклохолст. Плиты первого типа используются в качестве теплоизоляции на скатных и плоских кровлях (в системах с механическим креплением), для внутреннего утепления на предприятиях сельского хозяйства и агропромышленного комплекса, а также для производства вентиляционных воздухопроводов. Второй тип применяется на плоских кровлях в системах с клеевым креплением.
Использование PIR-плит в строительстве позволяет не просто повысить его качество, но и добиться существенной экономии, например, за счёт снижения стоимости работ по устройству плоских кровель. Дело в том, что термостойкая PIR-кровля не требует защитной стяжки и позволяет использовать рулонную гидроизоляцию из синтетических ПВХ-мембран, укладываемую непосредственно на плиты утеплителя. За счёт этого монтаж обходится примерно в 1,5 раза дешевле и происходит в 1,5 раза быстрее, чем в системах со стяжкой и традиционной гидроизоляцией.
Использование PIR для утепления зданий улучшает их теплоизоляционные характеристики. Это, в частности, повышает показатель энергоэффективности, который рассчитывается методом энергомоделирования в ходе сертификации LEED, а также позволяет снизить расход энергоресурсов на отопление. Благодаря этим и другим преимуществам доля PIR в теплоизоляции плоских кровель, например, на рынке США на сегодняшний день достигает 76%, а в Европе — 40% и растёт на 3% ежегодно.
Отдельная линейка продукции — плиты LOGICPIR компактного размера 1200х600 мм — была разработана специально для теплоизоляции жилых помещений, а также лоджий и балконов, бань и саун. Благодаря фольгированной обкладке такая плита, при условии применения армирующего скотча для проклейки швов, не требует использования пароизоляционных материалов, что упрощает и удешевляет ремонт и строительство. При этом сама пароизоляция из фольги является особо надёжной.
Не только плиты
Производство теплоизоляционных PIR-плит — важная, но далеко не единственная область применения пенополиизацианурата. Очень широко используется этот материал и в агропромышленном комплексе, где распространены здания на основе металлокаркаса. В таких конструкциях PIR применяется сразу в двух вариантах исполнения: он входит в состав классических трёхслойных сэндвич-панелей (ТСП), либо используется в виде плит большого размера. В обоих случаях такой утеплитель позволяет существенно сократить затраты на строительство, поскольку зданиям не требуется внутренняя отделка помещений. Кроме того, эти виды утепления имеют значительно меньший вес, что позволяет сэкономить на их транспортировке и монтаже.
Ещё одна важная область применения — строительство заводов сжиженного природного газа. Их основой, определяющей производственный потенциал предприятия, являются хранилища и накопители готовой продукции. Устройство таких хранилищ, где сжиженный газ находится при атмосферном давлении и температуре примерно -167 °C, предполагает наличие между стенками резервуара изоляционного барьера. В качестве материала для его устройства также служит PIR, который, благодаря своим свойствам, обеспечивает высокую механическую прочность резервуара, поддержание требуемых условий хранения сжиженного газа и предотвращает его утечки в жидкой или газообразной форме.
Пример поистине массового применения PIR — холодильная промышленность. На сегодняшний день этот материал практически вне конкуренции в качестве теплоизолятора для холодильных и морозильных камер, как промышленного, так и бытового назначения. И дело здесь не только в его низкой теплопроводности, но и в химической инертности. Поэтому холодильные камеры с утеплением из пенополиизоцианурата широко используются в пищевой, химической, фармацевтической и других отраслях промышленности с повышенными требованиями к чистоте производства, и, конечно, в обычных домашних холодильниках.
Рассказ об использовании PIR мы начали с того, что первоначально этот инновационный материал нашёл своё применение в космической отрасли. Применяется он там и сегодня. Сочетание малого веса (что критично для космоса), высокой прочности, рекордных теплоизоляционных показателей и стойкости к воздействию температур делают пенополиизацианурат практически незаменимым при строительстве космических летательных аппаратов. Кроме того, уже сейчас специалисты всерьёз рассматривают его как главного кандидата на роль строительного материала для инопланетных станций. Возможно, что всего через каких-то 100 лет или даже раньше первые земные колонисты заселят марсианские жилые купола, построенные из PIR-плит.
Источник
Последние аномальные новости

Жители острова Пасхи посещали Южную Америку

Загадка образования первых галактик

Загадочный проект 'Синий луч' в действии

Замаскированный НЛО замечен над Португалией

Изучение экзотических звездных явлений

Космический телескоп распутал историю нашей галактики

Марсианский вертолет мог бы стать бортовым геологом

НЛО замечен над Южной Африкой

НЛО летают над атомными электростанциями Индии

Новый троянский астероид нашли на орбите Марса

Обнаружены четыре новых экзотических белых карлика

Понимание коррозии позволяет создавать новые металлы

Сверхмассивная черная дыра не оправдывает ожиданий

Секреты пояса Ван Аллена раскрыты

Стареющие коричневые карлики становятся одинокими

Таинственный свет в небе над Сан-Антонио

Темная материи поможет понять эволюцию галактик

Уфологи могут научить нас политической паранойе

Элитные коммандос захватили НЛО

Японский летчик-истребитель рассказал о НЛО

Бигфут и сасквоч - инопланетные гибриды

Выявили лучшие места в США для обнаружения НЛО

Инопланетяне дали нам план Стоунхенджа

Инопланетяне используют невероятные технологии

Культурная площадь в Розуэлле примет уфо-фестиваль

НЛО вблизи ядерных установок ставят экспертов в тупик

НЛО замечен над поверхностью Луны

Оборона землян будет быстро подавлена инопланетянами

Общественный колледж Портленда предлагает курс по НЛО

Одна из дюжины звезд поедает свои планеты

Официальные лица США ничего не знают о НЛО

Планетологи пытаются оценить толщину льда на Европе

Поиски обломков рейса MH370 дали новую надежду

Пришло время изучить лунные лавовые трубки

Самые паранормальные места в Нью–Йорке

Строительные блоки жизни стабильны в условиях Венеры

Уинстон Черчилль скрывал информацию об НЛО

Уфологи устремились на юг Франции

Фестиваль НЛО пройдет в апреле в Эдинбурге

Шведский архив регистрирует паранормальные явления

Автокресло

Влияние накрутки реакций в Telegram на контентную стратегию. Анализ и рекомендации

Астрофизики дадут подсказку в поисках темной материи

Более 1500 наблюдений НЛО над Великобританией за 4 года

Британский взгляд на внешность инопланетян

В Великобритании замечено почти 2000 наблюдений НЛО

ИИ ChatGPT является очень эффективным инструментом

Как были сделаны татуировки ледяного человека Эци

Как, по мнению британцев, выглядят инопланетяне

Китай может начать атаку на США с Луны

Китай строит ядерный космический двигатель

Люди изменили свои суждения под воздействием ИИ

Наблюдения НЛО в районе Тиссайда

Наблюдения НЛО над Ноттингемширом за последние три года

Намеки на третью планету системе PDS 70

Начались продажи электрических летающих такси

Нашли одну из древнейших звезд

Один астероид создал более 2 млрд вторичных кратеров

Пентагон усердно скрывает информацию об НЛО

Плавающие кристаллы замедляют старение звезд

Планетарная геофизика поможет в поиске инопланетян

Последние наблюдения НЛО в Лестершире

Почему миллиардеры по всему миру строят бункеры

Рентген показал каменного младенца внутри женщины

Робот, который выполнил сальто назад без гидравлики

Сбитый с толку астроном заметил НЛО над Луной

Следующий имплант Neuralink подарит зрение слепым

Собираются создать лунную железную дорогу

Создали импульсный двигатель на водяном топливе

У людей с гаванским синдромом не выявили повреждений мозга

Флотилия НЛО замечена над горой Шаста

Эра ИИ наступит быстрее, чем мы думали

Анализ может привести к изменению парадигмы о НЛО

Более 1500 наблюдений НЛО над Англией за 4 года

В Башкирии заметили падение с неба светящегося шара

Вампиршу XVI века похоронили с кирпичом в зубах

Детей из Зимбабве мучает полтергейст

Екатеринбуржцы увидели НЛО в облаках над городом

Жительница Эдинбурга заметила дискообразный НЛО

Загадка Безумного камня

Йог 22 года медитирует на жутком холоде

Как мы будем с ними разговаривать с инопланетянами

Легендарная подземная школа чернокнижников

Мы увидим полностью созданные ИИ игры через 5-10 лет

Наблюдения НЛО в Англии с 2020 года

Наблюдения НЛО над Мерсисайдом

Наркомана убила статуя Будды

НАСА обнаружит жизнь на Европе к 2030 году

Нечто с длинной шеей попал на камеру наблюдения

НЛО пролетает над поверхностью Луны

НЛО сбили в бразильском городе Пау Гранде

Новые изображения дьявольской кометы

Новые необычные наблюдения НЛО в районе Ковентри

ООН приняла эпохальную резолюцию по ИИ

Полемика вокруг загадочных сферул не утихает

Процедуры отчетности о НЛО и утилизации материалов

Рост числа государственных служащих-роботов

Самые реалистичные сценарии Апокалипсиса

Ужасающее заболевание - синдром лица демона

Что предсказал Нострадамус России

Штаты США, где вы будете похищены инопланетянами

Эволюция мозговых чипов

Бетти Андреассон провела у пришельцев несколько часов

Где в США лучшее место, чтобы увидеть НЛО

Загадочный космонавт Солуэй Ферт

Интерактивная карта НЛО в Великобритании

Истинно верующие атаковали бывшего главу AARO

Историческая уфологическая хроника

Лучшее место для встречи с инопланетянами

Не ждите правды от правительства США о НЛО

Несколько НЛО были замечены над Орегоном

Нефтянник заметил НЛО в форме тарелки

НЛО заметили в штате Миннесота

НЛО над фермой в Орегоне

НЛО украл шесть дней из жизни Трэвиса Уолтона

Офицер полиции Лонни Замора заметил НЛО

Парень заметиил НЛО прежде чем они растворились

Первая трансплантация ГМ-почки свиньи пациенту

Похищение Бетти и Барни Хилл одно из самых странных

Сексуальные эксперименты инопланетян над землянами

Тайна наблюдений НЛО вблизи ядерных объектов

Уфологи терроризируют бывшего директора AARO

Азиатская Зона 51 проводит фестиваль

Астероид изменил форму после удара зонда землян

Вы когда-нибудь сталкивались с инопланетянами в Айдахо

Изменяющий форму НЛО замечен над Бирмингемом

ИИ комментирует теории заговора о Кеннеди

ИИ может заменить умерших близких людей

ИИ становится волком с Уолл-стрит

Масштабная уфо-конференция все ближе

Модель Эбби Клэнси боится инопланетян

Нашли лучшее место для наблюдений НЛО в США

НЛО в форме тарелки парил над нефтяной вышкой

Одержимая женщина помочилась черным

Пациент Neuralink с параличом конечностей играет в шахматы

Похищение в Паскагуле покажут на Netflix

Почему так много людей все еще верят в НЛО

Сверхпроводимости при комнатной температуре не существует

Уфологи собрались у офиса Чака Шумера в Нью-Йорке

Уфологи устремились в тихий город Лимож

Уфологическая неделя на британском ТВ

Я вырос, мучимый злыми демонами, теперь я экзорцист

Быстрые займы онлайн

Аватар никогда не будет лгать или будет

Адмирал ВМС видел секретные файлы об НЛО

Водород обеспечивал энергию при зарождении жизни

Высокоскоростная камера зафиксировала полет НЛО

Добровольцы обнаружили 15 редких активных астероидов

Инопланетяне более чем реальны

Как Земля остается пригодной для жизни

Может ли земная жизнь выжить у красного карлика

Наблюдения НЛО в Арканзасе

Нам следует изучать на неопознанные подводные объекты

Нейтринный фон мог бы многое рассказать нам о Вселенной

Нехватка воды приводит к образованию кругов фей

НЛО замечен над Лас-Вегасом и горой Спирит

Оператор нефтяной вышки заметил НЛО

Опубликована карта активных черных дыр

Песчаные дюны Титана состоят из разбитых маленьких лун

Сколько времени потребуется, чтобы обойти Марс

Таинственные звери Японии. Жуткие ползающие твари

Тайна сознания. Чего может достичь наука

Уфо-конференция стоимостью 160 фунтов за билет

Британский спецназ обнаружил сбитый НЛО

Воспроизвели самую раннюю форму жизни в лаборатории

Где замечали рейс MH370 на картах Google

ИИ представляет угрозу для человечества

Кукла на ветрине пугает покупателей

НЛО - это одно, но НПО представляют реальную угрозу

НЛО представляют явную и настоящую опасность

Новые кадры НЛО являются ключом к разгадке тайны

НПО представляют угрозу

Пентагон продолжает поиски внеземной жизни

Пилоты путают НЛО со спутниками Starlink

Портативные наборы для обнаружения НЛО

Робот пародирует Илона Маска и Дональда Трампа

Секретные материалы газеты Гримсби Телеграф

Сколько НЛО было замечено в Мичигане

Тайна, стоящая за взрывом наблюдений НЛО

Тайны легендарного наблюдения 'Огни Феникса'

Уфологи вызовут НЛО для документального фильма

Что случилось с рейсом MH370

Я скептически отношусь к инопланетным НЛО

Натуральная продукция по уходу за лицом и телом. Основные плюсы

Военный ИИ Пентагон улучшал с помощью StarCraft II

Дементора сняли в небе над Калифорнией

Подписка на новости
Наверх
Яндекс.Метрика