Surowce do pianki elastycznej to ciekłe chemikalia, z których powstaje elastyczna pianka poliuretanowa: poliol, izocyjanian (głównie TDI) i woda, a w razie potrzeby także katalizatory, surfaktant i inne dodatki. Mieszankę spienia się w postaci dużego bloku (pianka blokowa) lub wewnątrz formy. Właściwy system zależy od wytwarzanego wyrobu, docelowej gęstości i twardości, rodzaju pianki (konwencjonalna, HR, z pamięcią kształtu) oraz metody produkcji.
Spis treści
- 1. Czym są surowce do pianki elastycznej?
- 2. Z czego składa się elastyczna pianka poliuretanowa?
- 3. Jak powstaje pianka elastyczna?
- 4. Czym jest pianka blokowa? Pianka blokowa i formowana
- 5. Rodzaje pianki elastycznej: konwencjonalna, HR, z pamięcią kształtu, ponownie sklejana
- 6. Czym jest pianka z pamięcią kształtu? (pianka wiskoelastyczna)
- 7. Co oznacza gęstość? Czym różni się od twardości
- 8. Jak dobrać surowce do pianki elastycznej według zastosowania
- 9. Co przekazać dostawcy przy określaniu surowców do pianki elastycznej
- Najczęściej zadawane pytania
1. Czym są surowce do pianki elastycznej?
Elastyczna pianka poliuretanowa (pianka PU) to miękki materiał wewnątrz poduszek sof, materaców i siedzeń samochodowych. Pianka ma zwykle strukturę otwartokomórkową, więc powietrze może przez nią przepływać, a po ustąpieniu obciążenia wraca do pierwotnego kształtu. Ciekłe chemikalia, z których powstaje, to jej surowce. Szerszy obraz przedstawiają nasze artykuły „Czym jest poliuretan?” i „Czym jest pianka poliuretanowa?”.
Ten poradnik dotyczy właśnie tych ciekłych chemikaliów. Gotowy blok pianki, który następnie się tnie i wykorzystuje w tapicerce, jest wyrobem powstającym z tych chemikaliów; rozdział 4 wyjaśnia, jak powstaje taki blok. Gąbki do czyszczenia wykraczają poza zakres tego poradnika.
2. Z czego składa się elastyczna pianka poliuretanowa?
Według karty informacji o materiale EUROPUR, europejskiego stowarzyszenia producentów bloków elastycznej pianki poliuretanowej, elastyczna pianka powstaje z diizocyjanianów, poliolów (duży udział) i wody (mały udział), a dodatki stosuje się w niewielkich stężeniach. Tabela przedstawia ogólny przegląd każdego surowca i jego roli w mieszance.
| Surowiec | Co robi | Rola w mieszance |
|---|---|---|
| Poliol (głównie polieterowy) | Tworzy elastyczne łańcuchy polimeru | Składnik główny |
| Izocyjanian (głównie TDI, czasem MDI) | Reaguje z poliolem i z wodą oraz buduje sieć polimerową | Składnik główny |
| Woda | Reaguje z izocyjanianem i uwalnia dwutlenek węgla, gaz spieniający piankę | Składnik uzupełniający, niewielki udział |
| Katalizatory | Przyspieszają i równoważą reakcje | Niewielki dodatek |
| Surfaktant | Pomaga piance utworzyć równomierną, stabilną strukturę komórek | Niewielki dodatek |
| Inne dodatki (na przykład antypireny, pigmenty) | Wpływają na określone właściwości, na przykład odporność na działanie płomienia, lub nadają kolor | Niewielki dodatek, tylko w razie potrzeby |
To, jakie dodatki się stosuje i w jakiej ilości, zależy od specyfikacji wytwarzanej pianki (EUROPUR).
Poliol: polieterowy i poliestrowy
Poliole polieterowe są częściej stosowanym rodzajem w piankach elastycznych, a poliole poliestrowe są rzadsze w piankach miękkich; EUROPUR wymienia oba rodzaje pianek. Rodzaj poliolu jest jednym z czynników kształtujących właściwości gotowej pianki.
Izocyjanian: TDI i MDI
EUROPUR wymienia TDI (diizocyjanian toluilenu) jako główny diizocyjanian dla pianki elastycznej. Pianki formowane częściej wytwarza się z MDI (diizocyjanian difenylometanu), a piankę z pamięcią kształtu można również wytwarzać z MDI. Więcej szczegółów zawiera nasz artykuł „Czym są poliol i izocyjanian? Reakcja i proporcje”.
3. Jak powstaje pianka elastyczna?
W produkcji pianki elastycznej ciekłe składniki są dozowane i mieszane, a następnie mieszanka się spienia, rośnie i utwardza się. Spienianie wynika z dwutlenku węgla uwalnianego, gdy izocyjanian reaguje z wodą, natomiast reakcja poliolu z izocyjanianem buduje polimer nadający piance strukturę. Szczegóły zależą od systemu i od linii produkcyjnej.
Bezpieczeństwo podczas pracy z surowcami
Izocyjaniany mogą powodować uczulenie skóry i dróg oddechowych, dlatego powinny być stosowane przez przeszkolone osoby, przy użyciu odpowiednich środków ochrony indywidualnej. W UE rozporządzenie (UE) 2020/1149 wymaga, aby użytkownicy przemysłowi i profesjonalni produktów zawierających 0,1% wagowo lub więcej diizocyjanianów zostali przed użyciem przeszkoleni; wymóg ten obowiązuje od 24 sierpnia 2023 roku, a szkolenie należy powtarzać co najmniej co pięć lat. Według EUROPUR diizocyjaniany zostają zużyte w reakcji, a utwardzona elastyczna pianka poliuretanowa jest wyrobem w rozumieniu REACH, a nie produktem niebezpiecznym. Stwierdzenie to dotyczy wyłącznie utwardzonej pianki elastycznej.
4. Czym jest pianka blokowa? Pianka blokowa i formowana
Pianka blokowa (slabstock), czyli elastyczna pianka blokowa, to elastyczna pianka poliuretanowa wytwarzana w postaci dużego, ciągłego bloku, który później przycina się do kształtu. Mieszanka jest wylewana na przesuwający się przenośnik, rośnie swobodnie i utwardza się, a blok jest później cięty na płyty, rolki lub elementy kształtowe. Według EUROPUR większość pianki blokowej wytwarzanej w Europie trafia do materaców i mebli, a mniejsza część do transportu.
Formowana elastyczna pianka poliuretanowa jest wlewana lub wtryskiwana do zamkniętej formy, dzięki czemu element wychodzi z formy w kształcie zbliżonym do ostatecznego. Ta metoda pozwala wytwarzać kształty trudne do wycięcia z bloku i łączyć piankę z elementami, takimi jak metalowy stelaż. Koszty form są wysokie, dlatego, jak zauważa amerykańskie stowarzyszenie Polyurethane Foam Association (PFA), formowanie jest zazwyczaj zarezerwowane dla produkcji wielkoseryjnej. Prawie wszystkie siedzenia samochodowe w Europie wykonuje się z elastycznej pianki formowanej (EUROPUR). Środek antyadhezyjny pomaga czysto wyjąć element z formy. Piankę formowaną wytwarza się w procesach na gorąco (hot cure) lub na zimno (cold cure); dziś na świecie dominuje pianka formowana na zimno, zwana też pianką o wysokiej sprężystości (HR) (Euromoulders).
| Cecha | Pianka blokowa (slabstock) | Pianka formowana |
|---|---|---|
| Sposób wytwarzania | Linia ciągła: mieszanka rośnie swobodnie na przenośniku, a blok jest cięty później | Mieszanka trafia do zamkniętej formy, po jednym elemencie |
| Typowe zastosowanie | Materace, poduszki meblowe, opakowania | Siedzenia samochodowe, zagłówki, elementy mebli biurowych |
5. Rodzaje pianki elastycznej: konwencjonalna, HR, z pamięcią kształtu, ponownie sklejana
EUROPUR wymienia trzy powszechne rodziny pianek elastycznych: standardową polieterową, o wysokiej sprężystości (HR) i wiskoelastyczną. Różnią się między innymi gęstością, twardością, wytrzymałością na rozciąganie i lepkością. Pianka ponownie sklejana (rebonded), wytwarzana z rozdrobnionych ścinków pianki, jest odrębnym wyrobem.
| Rodzaj | Czym jest | Typowe zastosowanie |
|---|---|---|
| Konwencjonalna (standardowa polieterowa) | Podstawowa pianka amortyzująca; może nie zapewniać dużej trwałości w długim okresie ani wysokiej sprężystości | Materace ekonomiczne, warstwy bazowe |
| HR (wysoka sprężystość) | Wyższa sprężystość niż pianka konwencjonalna oraz na ogół lepsze podparcie i trwałość; wytwarzana jako pianka blokowa i jako pianka formowana | Materace klasy premium, siedziska, siedzenia samochodowe |
| Z pamięcią kształtu (wiskoelastyczna) | Wraca do kształtu powoli, bardzo niska sprężystość, dopasowuje się do kształtu ciała (zob. rozdział 6) | Warstwy materaców i poduszek, poduszki medyczne |
| Ponownie sklejana (rebonded) | Rozdrobnione kawałki pianki sprasowane ze spoiwem (ISOPA) | Podkłady pod wykładziny dywanowe, maty sportowe, podłogi, opakowania |
Różnicę między pianką elastyczną a sztywną wyjaśnia artykuł „Systemy poliuretanowe: sztywne i elastyczne”; o piance ponownie sklejanej i recyklingu można przeczytać w artykule „Recykling poliuretanów: mechaniczny i chemiczny”.
6. Czym jest pianka z pamięcią kształtu? (pianka wiskoelastyczna)
Pianka z pamięcią kształtu (pianka wiskoelastyczna, zwana też „visco”) to pianka poliuretanowa, która po ściśnięciu wraca do kształtu powoli. Składa się głównie z poliuretanu z dodatkiem substancji chemicznych zwiększających jej lepkość i gęstość. Ma komórki otwarte, a jej sprężystość jest bardzo niska. Jej zachowanie zależy od temperatury, a pianka zazwyczaj mięknie pod wpływem ciepła ciała. Opracowano ją w 1966 roku na zlecenie NASA, aby poprawić ochronę i komfort siedzeń w samolotach.
Pianka z pamięcią kształtu jest stosowana w materacach, poduszkach i poduszkach medycznych. Materac często łączy kilka rodzajów pianki w warstwach (EUROPUR). Materac z pianki z pamięcią kształtu jest zwykle gęstszy, a przez to cięższy niż inne materace piankowe. Nasze systemy opisują strony „Systemy wiskoelastyczne: pianka z pamięcią kształtu” i „Pianka z pamięcią kształtu do materaców i poduszek”.
7. Co oznacza gęstość? Czym różni się od twardości
Gęstość to masa pianki przypadająca na metr sześcienny, wyrażana w kg/m³. Według PFA jest ona wskaźnikiem komfortu, podparcia, trwałości i kosztu: pianka o większej gęstości zwykle dłużej zachowuje swoje właściwości, ale zużywa więcej materiału i kosztuje więcej. Elastyczną piankę wytwarza się w bardzo szerokim zakresie gęstości, zależnie od rodzaju i zastosowania.
Twardość jest odrębną właściwością: mierzy się ją siłą potrzebną do ściśnięcia pianki o określoną wartość. Stosuje się znormalizowane metody badań, takie jak ISO 2439 lub ASTM D3574.
Co decyduje o twardości przy danej gęstości?
Gęstość i twardość ustala się niezależnie: PFA podaje, że pianka o dużej gęstości może być miękka, a pianka o małej gęstości twarda. Twardość kształtują receptura, rodzaj pianki i inne czynniki, a wartość twardości niewiele znaczy bez podania metody badania, którą ją zmierzono.
| Właściwość | Czym jest | Dlaczego ma znaczenie |
|---|---|---|
| Gęstość (kg/m³) | Masa pianki na metr sześcienny | Jest wskaźnikiem trwałości, podparcia i kosztu |
| Twardość | Siła potrzebna do ściśnięcia pianki o określoną wartość | Jakie odczucie daje pianka podczas siedzenia lub leżenia |
| Sprężystość | Jak silnie pianka odbija się z powrotem | Związana z komfortem; bardzo niska w piance z pamięcią kształtu |
| Odkształcenie trwałe po ściskaniu | Trwała utrata wysokości po ściśnięciu pianki | Trwałość w użytkowaniu, na przykład odciski ciała na materacu |
8. Jak dobrać surowce do pianki elastycznej według zastosowania
Punktem wyjścia jest wyrób. Większość pianki elastycznej wytwarzanej w Europie trafia do artykułów do spania i tapicerki (EUROPUR), ale każde zastosowanie ma inne wymagania.
| Zastosowanie | Co ma największe znaczenie | Zwykle stosowany rodzaj pianki i metoda |
|---|---|---|
| Poduszki meblowe | Podparcie, komfort, trwałość, wymagania dotyczące bezpieczeństwa pożarowego | Konwencjonalna lub HR; pianka blokowa cięta do kształtu albo formowana |
| Materace | Podparcie, komfort, trwałość, wymagania dotyczące emisji i bezpieczeństwa pożarowego | Pianka konwencjonalna, HR i z pamięcią kształtu, często w warstwach; pianka blokowa |
| Siedzenia samochodowe | Komfort, trwałość przy wielokrotnym obciążaniu, wymagania pożarowe i dotyczące emisji dla wnętrz pojazdów | HR (na zimno), formowana |
| Opakowania | Pochłanianie wstrząsów, kształt dopasowany do pakowanego przedmiotu | Pianka blokowa cięta do kształtu |
Właściwa gęstość i twardość zależą od wyrobu, obciążenia, które przenosi, i rodzaju pianki. Najlepiej ustalać je razem z dostawcą pianki, który musi znać zastosowanie i metodę produkcji (zob. rozdział 9).
Dobór według metody produkcji
Ciągła linia do produkcji pianki blokowej i linia do formowania wykorzystują różne systemy, dlatego metoda produkcji jest częścią wyboru. Firma typu system house opracowuje mieszankę dostosowaną do Państwa procesu i linii produkcyjnej, a nasz zespół techniczny wspiera Państwa w tym zakresie. Informacje o systemach do siedzeń zawiera strona Systemy pianek formowanych na zimno i blokowych, a o wszystkich systemach elastycznych strona Systemy elastycznych pianek poliuretanowych.
9. Co przekazać dostawcy przy określaniu surowców do pianki elastycznej
Producenci pianki kupują surowce na dwa sposoby: osobno (poliol, izocyjanian i dodatki), aby stworzyć własną recepturę, albo jako dobrany, gotowy system od firmy typu system house. Gotowy system ma zwykle dwa składniki: A to mieszanka poliolowa, a B to izocyjanian. Tak jest w Turcji i w Europie; w Ameryce Północnej oznaczenia literowe są często stosowane odwrotnie, dlatego należy kierować się etykietami na beczkach. Możliwości zakupu omawia nasz artykuł Zakup systemów poliuretanowych z Turcji. JiTPOL to firma typu system house z Bursy, która opracowuje i dostarcza systemy elastyczne, wiskoelastyczne i inne.
Do każdego dostawcy należy zwrócić się z następującymi informacjami:
| Co przekazać dostawcy | Dlaczego to ważne |
|---|---|
| Wyrób i zastosowanie: poduszka, warstwa materaca, siedzenie samochodowe lub opakowanie | Określa rodzaj pianki oraz zakres gęstości i twardości |
| Metoda produkcji i wyposażenie: linia do pianki blokowej lub forma | System musi odpowiadać warunkom przetwarzania na Państwa linii |
| Docelowa gęstość i twardość oraz sposób ich pomiaru | Ta sama gęstość może oznaczać piankę miękką lub twardą, a wartości z różnych metod nie można porównywać bezpośrednio |
| Rodzaj pianki: konwencjonalna, HR lub z pamięcią kształtu | Określa sprężystość i trwałość |
| Wymagania pożarowe i dotyczące emisji na Państwa rynku docelowym | Pianka jest palna (EUROPUR). Badania ogniowe dotyczą gotowego wyrobu, na przykład pianki z pokrowcem, a samo określenie „uniepalniona” nie jest klasą ogniową |
| Miesięczne zapotrzebowanie, opakowanie i dokumenty (karta techniczna, karta charakterystyki) | Pozwala zaplanować dostawy i sprawdzić zasady bezpiecznego postępowania z materiałem |
Najczęściej zadawane pytania
Jakie są surowce do pianki elastycznej?
Elastyczna pianka poliuretanowa (pianka PU) powstaje z poliolu, izocyjanianu (głównie TDI) i wody, a także katalizatorów, surfaktantu i, w razie potrzeby, dodatków takich jak antypireny lub pigmenty. Większość mieszanki stanowią poliol i izocyjanian.
Jak powstaje pianka elastyczna?
Składniki są dozowane i mieszane, a mieszanka się spienia, rośnie i utwardza się. Spienianie wynika z dwutlenku węgla uwalnianego, gdy izocyjanian reaguje z wodą. Pianka blokowa powstaje w postaci dużego bloku na linii ciągłej i jest cięta później; pianka formowana jest wlewana do zamkniętej formy i wychodzi z niej w kształcie zbliżonym do ostatecznego.
Co oznacza gęstość pianki?
Gęstość to masa pianki przypadająca na metr sześcienny (kg/m³). Według PFA jest ona wskaźnikiem trwałości, podparcia i kosztu, ale nie określa twardości: pianka o dużej gęstości może być miękka, a pianka o małej gęstości twarda. Twardość mierzy się osobno, na przykład według ISO 2439.
Czym jest pianka z pamięcią kształtu (pianka visco)?
Pianka z pamięcią kształtu to wiskoelastyczna pianka poliuretanowa, która po ściśnięciu wraca do kształtu powoli. Jej sprężystość jest bardzo niska, jej zachowanie zależy od temperatury, a pianka zazwyczaj mięknie pod wpływem ciepła ciała. Opracowano ją w 1966 roku na zlecenie NASA, aby poprawić ochronę i komfort siedzeń w samolotach; stosuje się ją w materacach, poduszkach i poduszkach medycznych. Można ją wytwarzać z TDI lub MDI.
Czym jest pianka HR?
HR oznacza wysoką sprężystość (high resilience). Pianka HR ma wyższą sprężystość niż pianka konwencjonalna oraz na ogół lepsze podparcie i trwałość. Pianka formowana na zimno (proces dominujący dziś na świecie) jest również nazywana pianką HR, a pianka HR powstaje także jako pianka blokowa. Stosuje się ją w siedzeniach samochodowych, materacach premium i meblach tapicerowanych.
Czym różni się pianka blokowa od formowanej?
Pianka blokowa powstaje w postaci dużego bloku na linii ciągłej, a następnie jest cięta na płyty lub elementy kształtowe; jest powszechna w materacach i meblach. Pianka formowana powstaje dla każdego elementu osobno w zamkniętej formie i wychodzi z niej w kształcie zbliżonym do ostatecznego. Formy są kosztowne, dlatego formowanie stosuje się głównie w produkcji wielkoseryjnej, na przykład siedzeń samochodowych.
Jakiej gęstości pianki należy użyć do mebli?
Nie ma jednej właściwej wartości. Właściwa gęstość zależy od wyrobu, obciążenia, które przenosi, rodzaju pianki i oczekiwanej trwałości użytkowej; pianka o większej gęstości zwykle służy dłużej, ale kosztuje więcej. Wartość docelową należy ustalić razem z dostawcą pianki. Pomóc w tym może zespół techniczny JiTPOL, a szczegóły podaje karta techniczna wybranego systemu.
Źródła
- EUROPUR: najczęściej zadawane pytania o elastyczną piankę PU (po angielsku)
- EUROPUR: surowce (po angielsku)
- EUROPUR: czym jest pianka poliuretanowa? (po angielsku)
- EUROPUR: karta informacji o materiale, elastyczna pianka poliuretanowa
- EUROPUR: elastyczna pianka poliuretanowa do materaców (po angielsku)
- PFA: czym jest pianka poliuretanowa? (po angielsku)
- PFA: parametry użytkowe pianki (po angielsku)
- PFA: meble, studium przypadku (po angielsku)
- PCC: poliole do pianek elastycznych (po angielsku)
- Biuletyn PFA: znaczenie gęstości (po angielsku)
- Biuletyn PFA: metody badania pianek i badania palności (po angielsku)
- Euromoulders: formowany poliuretan (po angielsku)
- Karta informacyjna ISOPA: ponownie sklejana pianka elastyczna (po angielsku)
- Wikipedia: Poliuretany
- Wikipedia: Memory foam (po angielsku)
- NASA Spinoff 2005: Czterdziestoletnia pianka wraca z nowymi korzyściami (po angielsku)
- ISO 2439:2008: oznaczanie twardości (metoda wgłębiania) (po angielsku)
- Efectis: metody badania palności mebli (po angielsku)
- Rozporządzenie Komisji (UE) 2020/1149 (diizocyjaniany, załącznik XVII do REACH)