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.

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.

СырьёЧто оно делаетРоль в смеси
Полиол (в основном простые полиэфирполиолы)Образует гибкие полимерные цепиОсновной компонент
Изоцианат (в основном TDI, иногда MDI)Реагирует с полиолом и водой и формирует полимерную сеткуОсновной компонент
ВодаРеагирует с изоцианатом и выделяет углекислый газ, который вспенивает смесьВторостепенный компонент, малая доля
КатализаторыУскоряют и уравновешивают реакцииМалая добавка
ПАВПомогает пене образовать равномерную, устойчивую ячеистую структуруМалая добавка
Прочие добавки (например, антипирены, пигменты)Влияют на отдельные свойства, например на горючесть, или придают цветМалая 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).

ПризнакБлочный поролонФормованный ППУ
Как получаютНепрерывная линия: смесь свободно поднимается на конвейере, а блок режут потомСмесь заливают в закрытую форму, по одной детали за раз
Типичное применениеМатрасы, мебельные подушки, упаковкаАвтомобильные 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.

ТипЧто этоТипичное применение
Обычный (стандартный, на простых полиэфирах)Базовая пена для мягких элементов; при длительной эксплуатации ей может не хватать долговечности и упругостиНедорогие 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 пенаМатрасы 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.

СвойствоЧто этоПочему это важно
Плотность (кг/м³)Масса пены в одном кубическом метреУказывает на долговечность, поддержку и стоимость
ЖёсткостьУсилие, необходимое для сжатия пены на заданную величинуОпределяет ощущение, когда на пене сидят или лежат
УпругостьНасколько сильно пена пружинитСвязана с комфортом; у пены с эффектом памяти очень низкая
Остаточная деформация при сжатииНеобратимая потеря высоты после сжатия пеныДолговечность 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.

ПрименениеЧто важнее всегоОбычный тип пены и способ
Мебельные подушкиПоддержка, комфорт, долговечность, требования пожарной безопасностиОбычная или HR; блочный поролон, нарезанный по форме, или формованный ППУ
МатрасыПоддержка, комфорт, долговечность, требования по эмиссии и пожарной безопасностиОбычная, HR и пена с эффектом памяти, часто слоями; блочный поролон
Автомобильные сиденьяКомфорт, долговечность при многократных нагрузках, требования пожарной безопасности и по эмиссии для салонов транспортных средствHR (холодного формования), формованный ППУ
УпаковкаАмортизация ударов, форма, подходящая для упаковываемого изделияБлочный 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 поставщикуПочему это важно
Изделие и применение: подушка, слой матраса, автомобильное сиденье или упаковкаОпределяет тип пены и диапазон плотности и жёсткости
Способ производства и оборудование: линия блочного поролона или формаСистема должна соответствовать условиям переработки на Вашей линии
Целевые плотность и жёсткость и способ их измеренияПри 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 памятиОпределяет упругость и долговечность
Требования пожарной безопасности и по эмиссии на Вашем целевом рынкеПена 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

Источники

  1. EUROPUR: часто задаваемые вопросы об эластичном ППУ (на английском)
  2. EUROPUR: сырьё (на английском)
  3. EUROPUR: что такое пенополиуретан? (на английском)
  4. EUROPUR: информационный лист материала, эластичный пенополиуретан
  5. EUROPUR: эластичный пенополиуретан для матрасов (на английском)
  6. PFA: что такое пенополиуретан? (на английском)
  7. PFA: эксплуатационные свойства пены (на английском)
  8. PFA: пример из мебельной отрасли (на английском)
  9. PCC: полиолы для эластичных пен (на английском)
  10. Бюллетень PFA: важность плотности (на английском)
  11. Бюллетень PFA: методы испытаний пены и испытания на воспламеняемость (на английском)
  12. Euromoulders: формованный полиуретан (на английском)
  13. ISOPA, информационный листок: ребондированная эластичная пена (на английском)
  14. Википедия: Полиуретаны
  15. Википедия: Memory Foam
  16. NASA Spinoff 2005: сорокалетняя пена возвращается с новыми преимуществами (на английском)
  17. ISO 2439:2008: определение жёсткости методом вдавливания (на английском)
  18. Efectis: методы испытаний мебели на воспламеняемость (на английском)
  19. Регламент Комиссии (ЕС) 2020/1149: диизоцианаты, приложение XVII к REACH (на английском)
Примечание: статья носит общий информационный характер. Подходящие плотность, жёсткость, тип пены и сертификаты зависят от изделия, производственной линии и целевого рынка; всегда проверяйте техническое описание, паспорт безопасности и протоколы испытаний продукта.