Сырьё для поролона представляет собой жидкие химические компоненты, из которых образуется эластичный пенополиуретан: полиол, изоцианат (в основном TDI) и вода, а при необходимости также катализаторы, поверхностно-активное вещество (ПАВ) и другие добавки. Смесь вспенивают в виде большого блока (блочный поролон) или внутри формы. Подходящая система зависит от изделия, которое Вы выпускаете, целевых плотности и жёсткости, типа пены (обычная, HR, с эффектом памяти) и способа производства.
Содержание
- 1. Что такое сырьё для поролона?
- 2. Из чего состоит эластичный пенополиуретан?
- 3. Как получают эластичный пенополиуретан (поролон)?
- 4. Что такое блочный поролон? Блочный поролон и формованный ППУ
- 5. Виды эластичного ППУ: обычный, HR, с эффектом памяти, ребонд
- 6. Что такое пена с эффектом памяти (вязкоэластичный ППУ)?
- 7. Что такое плотность поролона и чем она отличается от жёсткости
- 8. Как выбрать сырьё для поролона в зависимости от применения
- 9. Что сообщить поставщику, определяя требования к сырью для поролона
- Часто задаваемые вопросы
1. Что такое сырьё для поролона?
Эластичный пенополиуретан (ППУ), в быту называемый поролоном, представляет собой мягкий материал внутри диванных подушек, матрасов и автомобильных сидений. Пена, как правило, открытоячеистая, поэтому воздух может проходить сквозь неё, и она восстанавливает форму, когда нагрузку снимают. Сырьём для неё служат жидкие химические компоненты, из которых её получают. Общий обзор темы дан в наших руководствах «Что такое полиуретан? Виды, свойства, применение» и «Что такое пенополиуретан (ППУ) и где его применяют».
Это руководство посвящено именно этим жидким компонентам. Готовый блок пены, который затем режут и используют для обивки, представляет собой изделие, получаемое из них; как делают такой блок, объясняется в разделе 4. Губки для уборки в руководстве не рассматриваются.
2. Из чего состоит эластичный пенополиуретан?
Согласно информационному листу материала EUROPUR, европейской ассоциации производителей блочного эластичного пенополиуретана, эластичная пена образуется из диизоцианатов, полиолов (большая доля) и воды (малая доля), а добавки применяются в малых концентрациях. В таблице дан общий обзор каждого вида сырья и его роли в смеси.
| Сырьё | Что оно делает | Роль в смеси |
|---|---|---|
| Полиол (в основном простые полиэфирполиолы) | Образует гибкие полимерные цепи | Основной компонент |
| Изоцианат (в основном TDI, иногда MDI) | Реагирует с полиолом и водой и формирует полимерную сетку | Основной компонент |
| Вода | Реагирует с изоцианатом и выделяет углекислый газ, который вспенивает смесь | Второстепенный компонент, малая доля |
| Катализаторы | Ускоряют и уравновешивают реакции | Малая добавка |
| ПАВ | Помогает пене образовать равномерную, устойчивую ячеистую структуру | Малая добавка |
| Прочие добавки (например, антипирены, пигменты) | Влияют на отдельные свойства, например на горючесть, или придают цвет | Малая добавка, только при необходимости |
Какие добавки применяются и в каком количестве, зависит от спецификации получаемой пены (EUROPUR).
Полиол: простые и сложные полиэфирполиолы
Простые полиэфирполиолы чаще используют для эластичной пены, а сложные полиэфирполиолы в мягких пенах встречаются реже; EUROPUR упоминает пены обоих типов. Тип полиола является одним из факторов, определяющих свойства готовой пены.
Изоцианат: TDI и MDI
EUROPUR называет TDI (толуилендиизоцианат) основным диизоцианатом для эластичной пены. Формованные пены чаще получают с применением MDI (метилендифенилдиизоцианат), а пену с эффектом памяти тоже можно получать на MDI. Подробнее см. в нашем руководстве «Что такое полиол и изоцианат: реакция и соотношение».
3. Как получают эластичный пенополиуретан (поролон)?
При производстве эластичного пенополиуретана жидкие компоненты дозируют и смешивают, после чего смесь вспенивается, поднимается и затвердевает. Вспенивание происходит за счёт углекислого газа, который выделяется при реакции изоцианата с водой, а реакция полиола с изоцианатом образует полимер, придающий пене структуру. Детали зависят от системы и от производственной линии.
Безопасность при обращении с сырьём
Изоцианаты могут вызывать аллергическую сенсибилизацию кожи и дыхательных путей, поэтому с ними должны работать обученные специалисты с подходящими средствами защиты. В Европейском союзе Регламент (ЕС) 2020/1149 требует, чтобы промышленные и профессиональные пользователи продуктов, содержащих диизоцианаты в количестве 0,1% по массе и более, проходили обучение до начала использования; это требование действует с 24 августа 2023 года, а обучение необходимо обновлять не реже одного раза в пять лет. По данным EUROPUR, диизоцианаты расходуются в ходе реакции, а отверждённый эластичный пенополиуретан по REACH является изделием, а не опасным продуктом. Это утверждение относится только к отверждённому эластичному пенополиуретану.
4. Что такое блочный поролон? Блочный поролон и формованный ППУ
Блочный поролон (англ. slabstock) представляет собой эластичный пенополиуретан, получаемый в виде большого непрерывного блока, который затем режут по форме. Смесь выливают на движущийся конвейер, она свободно поднимается и затвердевает, а блок позже разрезают на листы, рулоны или фасонные детали. По данным EUROPUR, большая часть блочного поролона, производимого в Европе, идёт на матрасы и мебель, а меньшая часть применяется на транспорте.
Формованный эластичный пенополиуретан получают заливкой или впрыском в закрытую форму, поэтому изделие выходит из неё уже близким к окончательной форме. Этот способ позволяет получать детали такой формы, которую трудно вырезать из блока, и совмещать пену с такими элементами, как металлический каркас. Формы стоят дорого, поэтому, как отмечает Американская ассоциация производителей пенополиуретана (Polyurethane Foam Association, PFA), формование обычно применяют для крупных серий. Почти все автомобильные сиденья в Европе изготавливают из эластичного формованного пенополиуретана (EUROPUR). Разделительная смазка помогает чисто извлекать изделие из формы. Формованную пену получают по технологии горячего или холодного формования; сегодня в мире преобладает холодное формование, а получаемую этим способом пену называют также высокоэластичной пеной, или HR (Euromoulders).
| Признак | Блочный поролон | Формованный ППУ |
|---|---|---|
| Как получают | Непрерывная линия: смесь свободно поднимается на конвейере, а блок режут потом | Смесь заливают в закрытую форму, по одной детали за раз |
| Типичное применение | Матрасы, мебельные подушки, упаковка | Автомобильные сиденья, подголовники, детали офисной мебели |
5. Виды эластичного ППУ: обычный, HR, с эффектом памяти, ребонд
EUROPUR называет три распространённых семейства эластичной пены: стандартную на простых полиэфирах (standard ether), высокоэластичную (HR) и вязкоэластичную. Они различаются, среди прочего, плотностью, жёсткостью, прочностью на растяжение и вязкостью. Ребондированная пена, получаемая из измельчённых обрезков пены, является отдельным продуктом.
| Тип | Что это | Типичное применение |
|---|---|---|
| Обычный (стандартный, на простых полиэфирах) | Базовая пена для мягких элементов; при длительной эксплуатации ей может не хватать долговечности и упругости | Недорогие матрасы, базовые слои |
| HR (высокоэластичный) | Более высокая упругость, чем у обычной пены, и, как правило, лучшая поддержка и долговечность; выпускается как блочная и как формованная пена | Матрасы премиум-класса, мебель для сидения, автомобильные сиденья |
| С эффектом памяти (вязкоэластичный) | Медленно восстанавливает форму, очень низкая упругость, повторяет форму тела (см. раздел 6) | Слои матрасов и подушек, медицинские подушки |
| Ребондированный (ребонд) | Измельчённые кусочки пены, спрессованные со связующим (ISOPA) | Подложка под ковровые покрытия, спортивные маты, напольные покрытия, упаковка |
О различии между эластичной и жёсткой пеной см. «Жёсткие и эластичные системы ППУ: в чём разница»; о ребондированной пене и переработке см. «Вторичная переработка полиуретана: методы».
6. Что такое пена с эффектом памяти (вязкоэластичный ППУ)?
Пена с эффектом памяти (вязкоэластичная пена, или пена «visco») представляет собой пенополиуретан, который медленно восстанавливает форму после нажатия. Она состоит в основном из полиуретана с дополнительными химическими добавками, повышающими её вязкость и плотность. Ячейки у неё открытые, а упругость очень низкая. Её поведение зависит от температуры, и обычно она размягчается от тепла тела. Она была разработана в 1966 году по контракту с NASA для повышения защиты и комфорта сидений самолётов.
Пена с эффектом памяти применяется в матрасах, подушках и медицинских подушках. Матрас нередко сочетает несколько видов пены в слоях (EUROPUR). Матрас из пены с эффектом памяти обычно плотнее и поэтому тяжелее других пенных матрасов. Подробнее о наших системах см. «Вязкоэластичный пенополиуретан с эффектом памяти» и «ППУ с эффектом памяти для матрасов и подушек».
7. Что такое плотность поролона и чем она отличается от жёсткости
Плотность представляет собой массу пены в одном кубическом метре, в кг/м³. По данным PFA, она указывает на комфорт, поддержку, долговечность и стоимость: пена более высокой плотности, как правило, дольше сохраняет свои свойства, но требует больше материала и стоит дороже. Эластичную пену выпускают в очень широком диапазоне плотностей, в зависимости от типа и применения.
Жёсткость является отдельным свойством: её измеряют по усилию, необходимому для сжатия пены на заданную величину. Для этого применяют стандартизованные методы испытаний, например ISO 2439 или ASTM D3574.
Что определяет жёсткость при заданной плотности?
Плотность и жёсткость задаются независимо друг от друга: PFA указывает, что пена высокой плотности может быть мягкой, а пена низкой плотности может быть жёсткой. Жёсткость определяется рецептурой, типом пены и другими факторами, а значение жёсткости мало что говорит без метода испытаний, по которому его измеряли.
| Свойство | Что это | Почему это важно |
|---|---|---|
| Плотность (кг/м³) | Масса пены в одном кубическом метре | Указывает на долговечность, поддержку и стоимость |
| Жёсткость | Усилие, необходимое для сжатия пены на заданную величину | Определяет ощущение, когда на пене сидят или лежат |
| Упругость | Насколько сильно пена пружинит | Связана с комфортом; у пены с эффектом памяти очень низкая |
| Остаточная деформация при сжатии | Необратимая потеря высоты после сжатия пены | Долговечность в эксплуатации, например вмятины от тела на матрасе |
8. Как выбрать сырьё для поролона в зависимости от применения
Начинать нужно с изделия. Большая часть эластичной пены, производимой в Европе, идёт на постельные принадлежности и мягкую мебель (EUROPUR), но каждое применение предъявляет свои требования.
| Применение | Что важнее всего | Обычный тип пены и способ |
|---|---|---|
| Мебельные подушки | Поддержка, комфорт, долговечность, требования пожарной безопасности | Обычная или HR; блочный поролон, нарезанный по форме, или формованный ППУ |
| Матрасы | Поддержка, комфорт, долговечность, требования по эмиссии и пожарной безопасности | Обычная, HR и пена с эффектом памяти, часто слоями; блочный поролон |
| Автомобильные сиденья | Комфорт, долговечность при многократных нагрузках, требования пожарной безопасности и по эмиссии для салонов транспортных средств | HR (холодного формования), формованный ППУ |
| Упаковка | Амортизация ударов, форма, подходящая для упаковываемого изделия | Блочный поролон, нарезанный по форме |
Подходящие плотность и жёсткость зависят от изделия, нагрузки, которую оно несёт, и типа пены. Их лучше задавать вместе с поставщиком пены, которому нужно знать назначение и способ производства (см. раздел 9).
Выбор в зависимости от способа производства
Для непрерывной линии блочного поролона и для линии формования применяют разные системы, поэтому способ производства входит в выбор. Системный дом разрабатывает рецептуру смеси под Ваш процесс и производственную линию, и наши технические специалисты поддерживают Вас в этом. Для сидений см. Формованный ППУ и блочный поролон для сидений; обо всех эластичных системах см. Компоненты для поролона: эластичный пенополиуретан.
9. Что сообщить поставщику, определяя требования к сырью для поролона
Производители пены покупают сырьё двумя способами: по отдельности (полиол, изоцианат и добавки), чтобы составить собственную рецептуру, или в виде согласованной готовой системы от системного дома. Готовая система, как правило, состоит из двух компонентов: компонентом А служит полиольная смесь, а компонентом Б служит изоцианат. Так принято в Турции и Европе; в Северной Америке эти буквы нередко меняют местами, поэтому ориентируйтесь на этикетки на бочках. Варианты закупки рассмотрены в нашем руководстве Компоненты ППУ из Турции: руководство по закупке. JiTPOL относится к числу полиуретановых системных домов: компания из Бурсы разрабатывает и поставляет эластичные, вязкоэластичные и другие системы.
К какому бы поставщику Вы ни обращались, сообщите следующие сведения:
| Что сообщить поставщику | Почему это важно |
|---|---|
| Изделие и применение: подушка, слой матраса, автомобильное сиденье или упаковка | Определяет тип пены и диапазон плотности и жёсткости |
| Способ производства и оборудование: линия блочного поролона или форма | Система должна соответствовать условиям переработки на Вашей линии |
| Целевые плотность и жёсткость и способ их измерения | При одной и той же плотности пена может быть мягкой или жёсткой, а значения, полученные разными методами, нельзя сравнивать напрямую |
| Тип пены: обычная, HR или с эффектом памяти | Определяет упругость и долговечность |
| Требования пожарной безопасности и по эмиссии на Вашем целевом рынке | Пена горюча (EUROPUR). Огневые испытания проводят на готовом изделии, например на пене с чехлом, а формулировка «с антипиреном» сама по себе не является классом реакции на огонь |
| Месячный объём, упаковка и документы (техническое описание, паспорт безопасности) | Позволяет составить план поставок и проверить безопасность обращения |
Часто задаваемые вопросы
Из какого сырья получают поролон?
Эластичный пенополиуретан (ППУ, поролон) получают из полиола, изоцианата (в основном TDI) и воды, а также катализаторов, ПАВ и, при необходимости, добавок, например антипиренов или пигментов. Основную часть смеси составляют полиол и изоцианат.
Как получают поролон?
Компоненты дозируют и смешивают, после чего смесь вспенивается, поднимается и затвердевает. Вспенивание происходит за счёт углекислого газа, выделяющегося при реакции изоцианата с водой. Блочный поролон получают в виде большого блока на непрерывной линии и затем режут; формованный ППУ заливают в закрытую форму, и он выходит из неё близким к окончательной форме.
Что означает плотность поролона?
Плотность представляет собой массу пены в одном кубическом метре (кг/м³). По данным PFA, она указывает на долговечность, поддержку и стоимость, но не определяет жёсткость: пена высокой плотности может быть мягкой, а пена низкой плотности может быть жёсткой. Жёсткость измеряют отдельно, например по ISO 2439.
Что такое пена с эффектом памяти (вязкоэластичная пена)?
Пена с эффектом памяти представляет собой вязкоэластичный пенополиуретан, который медленно восстанавливает форму после нажатия. Её упругость очень низкая, поведение зависит от температуры, и обычно она размягчается от тепла тела. Она была разработана в 1966 году по контракту с NASA для повышения защиты и комфорта сидений самолётов и применяется в матрасах, подушках и медицинских подушках. Её можно получать на основе TDI или MDI.
Что такое пена HR?
HR означает high resilience, то есть высокую упругость. У пены HR упругость выше, чем у обычной пены, и, как правило, лучше поддержка и долговечность. Формованную пену холодного формования (сегодня это преобладающий в мире процесс формования) также называют пеной HR, а пену HR выпускают и в виде блочного поролона. Её применяют в автомобильных сиденьях, матрасах премиум-класса и мягкой мебели.
Чем блочный поролон отличается от формованного ППУ?
Блочный поролон получают в виде большого блока на непрерывной линии, а затем режут на листы или фасонные детали; он широко применяется в матрасах и мебели. Формованный ППУ изготавливают для каждой детали в закрытой форме, и он выходит из неё близким к окончательной форме. Формы стоят дорого, поэтому формование в основном используют для больших объёмов, например для автомобильных сидений.
Какую плотность поролона выбрать для мебели?
Единственно правильного значения не существует. Подходящая плотность зависит от изделия, нагрузки, типа пены и ожидаемого срока службы; более высокая плотность, как правило, служит дольше, но стоит дороже. Целевое значение лучше задавать вместе с поставщиком пены. В этом Вам помогут технические специалисты JiTPOL, а подробности указаны в техническом описании выбранной системы.
Источники
- EUROPUR: часто задаваемые вопросы об эластичном ППУ (на английском)
- EUROPUR: сырьё (на английском)
- EUROPUR: что такое пенополиуретан? (на английском)
- EUROPUR: информационный лист материала, эластичный пенополиуретан
- EUROPUR: эластичный пенополиуретан для матрасов (на английском)
- PFA: что такое пенополиуретан? (на английском)
- PFA: эксплуатационные свойства пены (на английском)
- PFA: пример из мебельной отрасли (на английском)
- PCC: полиолы для эластичных пен (на английском)
- Бюллетень PFA: важность плотности (на английском)
- Бюллетень PFA: методы испытаний пены и испытания на воспламеняемость (на английском)
- Euromoulders: формованный полиуретан (на английском)
- ISOPA, информационный листок: ребондированная эластичная пена (на английском)
- Википедия: Полиуретаны
- Википедия: Memory Foam
- NASA Spinoff 2005: сорокалетняя пена возвращается с новыми преимуществами (на английском)
- ISO 2439:2008: определение жёсткости методом вдавливания (на английском)
- Efectis: методы испытаний мебели на воспламеняемость (на английском)
- Регламент Комиссии (ЕС) 2020/1149: диизоцианаты, приложение XVII к REACH (на английском)