Порообразователь — компонент, который обеспечивает образование газовой фазы и формирование ячеистой структуры пенопласта. В производстве пенополиуретана этот термин используют как близкий по смыслу к понятиям вспениватель и вспенивающий агент.
Во время вспенивания газ увеличивает объём реакционной смеси, а полимерный каркас закрепляет образовавшиеся ячейки. За счёт этого плотность готового ППУ становится значительно ниже плотности невспененного полимера.
Какие бывают порообразователи
По механизму действия их делят на две основные группы.
- Химические порообразователи образуют газ непосредственно в результате химической реакции. В ППУ такую функцию может выполнять вода: она взаимодействует с изоцианатными группами, и в процессе реакции выделяется углекислый газ CO₂.
- Физические порообразователи переходят в газовую фазу при нагревании реакционной смеси. Для этого используют вещества с подходящей температурой кипения и совместимостью с компонентами системы.
В одной рецептуре оба механизма могут применяться одновременно.
Вода как порообразователь ППУ
Вода широко используется в полиуретановых системах как источник CO₂. Она реагирует с изоцианатом, а выделившийся газ формирует пузырьки внутри растущей пены.
Для некоторых ППУ-систем такого способа достаточно без введения дополнительного физического вспенивателя. Существуют, например, жёсткие полиуретановые системы, в которых вода является единственным вспенивающим агентом.
Количество воды влияет не только на объём газа, но и на химический баланс рецептуры, поэтому её содержание рассчитывают вместе с количеством изоцианата.
Физические порообразователи
Для получения заданной плотности, структуры ячеек и теплоизоляционных характеристик используют также физические вспениватели.
В разных типах ППУ применяют, например:
- пентаны, в том числе n-пентан и циклопентан;
- углекислый газ;
- метилформиат;
- HFO-соединения;
- другие вещества, разрешённые для конкретной технологии.
Циклопентан широко применяется, например, в производстве жёстких теплоизоляционных пен и систем для предизолированных труб.
Почему старые хладоны заменяют
Ранее для вспенивания жёстких ППУ широко применяли хлорфторуглероды и гидрохлорфторуглероды, в том числе CFC-11 и HCFC-141b.
Позднее промышленность начала переходить на другие агенты из-за требований по снижению озоноразрушающего потенциала и, затем, потенциала глобального потепления. В разных сегментах их заменяли углеводородами, CO₂, HFO и другими вариантами.
Поэтому такие вещества корректнее рассматривать как исторически применявшиеся вспениватели, а не как основную современную группу.
Как порообразователь влияет на свойства ППУ
От выбранного агента и его количества зависят:
- плотность;
- размер ячеек;
- доля закрытых пор;
- скорость подъёма пены;
- давление при вспенивании;
- стабильность размеров;
- теплопроводность.
Для закрытоячеистого жёсткого ППУ особенно важен состав газа внутри ячеек: его теплопроводность напрямую влияет на теплоизоляционные свойства материала.
Почему порообразователь подбирают под систему
Универсального варианта для всех видов ППУ нет. Для эластичной, интегральной, жёсткой, заливочной и напыляемой пены требования различаются.
При выборе учитывают:
- требуемую плотность;
- структуру ячеек;
- технологию переработки;
- пожарную безопасность;
- совместимость с полиольной частью;
- влияние на теплопроводность;
- экологические и нормативные ограничения.
Поэтому заменять один вспениватель другим без пересчёта рецептуры нельзя.
