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.

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.

SurowiecCo robiRola w mieszance
Poliol (głównie polieterowy)Tworzy elastyczne łańcuchy polimeruSkładnik główny
Izocyjanian (głównie TDI, czasem MDI)Reaguje z poliolem i z wodą oraz buduje sieć polimerowąSkładnik główny
WodaReaguje z izocyjanianem i uwalnia dwutlenek węgla, gaz spieniający piankęSkładnik uzupełniający, niewielki udział
KatalizatoryPrzyspieszają i równoważą reakcjeNiewielki dodatek
SurfaktantPomaga piance utworzyć równomierną, stabilną strukturę komórekNiewielki dodatek
Inne dodatki (na przykład antypireny, pigmenty)Wpływają na określone właściwości, na przykład odporność na działanie płomienia, lub nadają kolorNiewielki 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).

CechaPianka blokowa (slabstock)Pianka formowana
Sposób wytwarzaniaLinia ciągła: mieszanka rośnie swobodnie na przenośniku, a blok jest cięty późniejMieszanka trafia do zamkniętej formy, po jednym elemencie
Typowe zastosowanieMaterace, poduszki meblowe, opakowaniaSiedzenia 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.

RodzajCzym jestTypowe zastosowanie
Konwencjonalna (standardowa polieterowa)Podstawowa pianka amortyzująca; może nie zapewniać dużej trwałości w długim okresie ani wysokiej sprężystościMaterace 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 formowanaMaterace 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.

WłaściwośćCzym jestDlaczego ma znaczenie
Gęstość (kg/m³)Masa pianki na metr sześciennyJest wskaźnikiem trwałości, podparcia i kosztu
TwardośćSiła potrzebna do ściśnięcia pianki o określoną wartośćJakie odczucie daje pianka podczas siedzenia lub leżenia
SprężystośćJak silnie pianka odbija się z powrotemZwiązana z komfortem; bardzo niska w piance z pamięcią kształtu
Odkształcenie trwałe po ściskaniuTrwała utrata wysokości po ściśnięciu piankiTrwałość 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.

ZastosowanieCo ma największe znaczenieZwykle stosowany rodzaj pianki i metoda
Poduszki meblowePodparcie, komfort, trwałość, wymagania dotyczące bezpieczeństwa pożarowegoKonwencjonalna lub HR; pianka blokowa cięta do kształtu albo formowana
MateracePodparcie, komfort, trwałość, wymagania dotyczące emisji i bezpieczeństwa pożarowegoPianka konwencjonalna, HR i z pamięcią kształtu, często w warstwach; pianka blokowa
Siedzenia samochodoweKomfort, trwałość przy wielokrotnym obciążaniu, wymagania pożarowe i dotyczące emisji dla wnętrz pojazdówHR (na zimno), formowana
OpakowaniaPochłanianie wstrząsów, kształt dopasowany do pakowanego przedmiotuPianka 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 dostawcyDlaczego to ważne
Wyrób i zastosowanie: poduszka, warstwa materaca, siedzenie samochodowe lub opakowanieOkreśla rodzaj pianki oraz zakres gęstości i twardości
Metoda produkcji i wyposażenie: linia do pianki blokowej lub formaSystem musi odpowiadać warunkom przetwarzania na Państwa linii
Docelowa gęstość i twardość oraz sposób ich pomiaruTa sama gęstość może oznaczać piankę miękką lub twardą, a wartości z różnych metod nie można porównywać bezpośrednio
Rodzaj pianki: konwencjonalna, HR lub z pamięcią kształtuOkreśla sprężystość i trwałość
Wymagania pożarowe i dotyczące emisji na Państwa rynku docelowymPianka 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

Źródła

  1. EUROPUR: najczęściej zadawane pytania o elastyczną piankę PU (po angielsku)
  2. EUROPUR: surowce (po angielsku)
  3. EUROPUR: czym jest pianka poliuretanowa? (po angielsku)
  4. EUROPUR: karta informacji o materiale, elastyczna pianka poliuretanowa
  5. EUROPUR: elastyczna pianka poliuretanowa do materaców (po angielsku)
  6. PFA: czym jest pianka poliuretanowa? (po angielsku)
  7. PFA: parametry użytkowe pianki (po angielsku)
  8. PFA: meble, studium przypadku (po angielsku)
  9. PCC: poliole do pianek elastycznych (po angielsku)
  10. Biuletyn PFA: znaczenie gęstości (po angielsku)
  11. Biuletyn PFA: metody badania pianek i badania palności (po angielsku)
  12. Euromoulders: formowany poliuretan (po angielsku)
  13. Karta informacyjna ISOPA: ponownie sklejana pianka elastyczna (po angielsku)
  14. Wikipedia: Poliuretany
  15. Wikipedia: Memory foam (po angielsku)
  16. NASA Spinoff 2005: Czterdziestoletnia pianka wraca z nowymi korzyściami (po angielsku)
  17. ISO 2439:2008: oznaczanie twardości (metoda wgłębiania) (po angielsku)
  18. Efectis: metody badania palności mebli (po angielsku)
  19. Rozporządzenie Komisji (UE) 2020/1149 (diizocyjaniany, załącznik XVII do REACH)
Uwaga: Niniejszy artykuł ma charakter ogólnej informacji. Właściwa gęstość, twardość, rodzaj pianki i certyfikaty zależą od wyrobu, linii produkcyjnej i rynku docelowego; zawsze należy sprawdzić kartę techniczną, kartę charakterystyki i sprawozdania z badań danego wyrobu.