Сировиною для еластичної піни є рідкі хімічні речовини, з яких утворюється еластичний пінополіуретан: поліол, ізоціанат (переважно TDI) і вода, а також каталізатори, поверхнево-активна речовина та, за потреби, інші добавки. Суміш спінюють у вигляді великого блоку (slabstock) або всередині форми. Відповідна система залежить від виробу, який ви виготовляєте, цільових густини й твердості, типу піни (звичайна, HR, з ефектом пам'яті) та вашого способу виробництва.
Зміст
- 1. Що таке сировина для еластичної піни?
- 2. З чого складається еластичний пінополіуретан?
- 3. Як виготовляють еластичну піну?
- 4. Що таке блокова піна (slabstock)? Блокова й формована піна
- 5. Типи еластичної піни: звичайна, HR, з ефектом пам'яті, ребонд
- 6. Що таке піна з ефектом пам'яті? (в'язкопружна піна)
- 7. Що означає густина? Чим вона відрізняється від твердості
- 8. Як вибрати сировину для еластичної піни за застосуванням
- 9. Що повідомити постачальнику, визначаючи сировину для еластичної піни
- Поширені запитання
1. Що таке сировина для еластичної піни?
Еластичний пінополіуретан (ППУ), який у побуті називають поролоном, є м'яким матеріалом усередині диванних подушок, матраців і автомобільних сидінь. Піна зазвичай має відкриті комірки, тож крізь неї може проходити повітря, а після зняття навантаження вона відновлює форму. Рідкі хімічні речовини, з яких її виготовляють, і становлять її сировину. Ширшу картину викладено в наших посібниках «Що таке поліуретан?» та «Що таке пінополіуретан?».
Цей посібник присвячений саме цим рідким хімікатам. Готовий блок піни, який розрізають і використовують для оббивки, є продуктом, виготовленим із них; розділ 4 пояснює, як виготовляють такий блок. Губки для прибирання в цьому посібнику не розглядаються.
2. З чого складається еластичний пінополіуретан?
За інформаційним листом про матеріал від EUROPUR, європейської асоціації виробників блоків еластичного пінополіуретану, еластична піна утворюється з діізоціанатів, поліолів (велика частка) і води (мала частка), а добавки використовують у невеликих концентраціях. У таблиці наведено загальний огляд кожної сировини та її ролі в суміші.
| Сировина | Що вона робить | Роль у суміші |
|---|---|---|
| Поліол (здебільшого простий поліефірний) | Утворює еластичні полімерні ланцюги | Основний компонент |
| Ізоціанат (здебільшого TDI, іноді MDI) | Реагує з поліолом і водою та формує полімерну сітку | Основний компонент |
| Вода | Реагує з ізоціанатом і виділяє вуглекислий газ, який спінює піну | Другорядний компонент, мала частка |
| Каталізатори | Прискорюють реакції та підтримують їхній баланс | Невелика добавка |
| Поверхнево-активна речовина | Допомагає піні утворити рівномірну й стабільну структуру комірок | Невелика добавка |
| Інші добавки (наприклад, антипірени, пігменти) | Впливають на окремі властивості, наприклад на стійкість до займання, або надають колір | Невелика добавка, лише за потреби |
Які добавки використовують і в якій кількості, залежить від специфікації піни, яку потрібно отримати (EUROPUR).
Поліол: простий і складний поліефірний
Прості поліефірні поліоли є поширенішим типом для еластичної піни, а складні поліефірні поліоли рідше трапляються в м'яких пінах; EUROPUR наводить обидва типи піни. Тип поліолу є одним із чинників, що формують властивості готової піни.
Ізоціанат: TDI і MDI
EUROPUR називає TDI (толуїлендіізоціанат) основним діізоціанатом для еластичної піни. Формовані піни частіше виготовляють на основі MDI (метилендифенілдіізоціанат), а піну з ефектом пам'яті також можна виготовляти на основі MDI. Докладніше див. наш посібник «Що таке поліол та ізоціанат? Реакція, співвідношення».
3. Як виготовляють еластичну піну?
У виробництві еластичної піни рідкі компоненти дозують і змішують, після чого суміш спінюється, піднімається й твердне. Спінювання відбувається завдяки вуглекислому газу, що виділяється під час реакції ізоціанату з водою, а реакція поліолу з ізоціанатом утворює полімер, який надає піні структури. Подробиці залежать від системи та виробничої лінії.
Безпека під час роботи із сировиною
Ізоціанати можуть спричиняти алергічну сенсибілізацію шкіри та дихальних шляхів, тому з ними мають працювати навчені люди з відповідними засобами захисту. У ЄС Регламент 2020/1149 вимагає, щоб промислові та професійні користувачі продуктів, які містять діізоціанати в кількості 0,1 % за масою або більше, проходили навчання перед використанням; це діє з 24 серпня 2023 року, а навчання потрібно повторювати щонайменше кожні п'ять років. За даними EUROPUR, діізоціанати витрачаються в реакції, а затверділий еластичний пінополіуретан у розумінні REACH є виробом, а не небезпечним продуктом. Це твердження стосується лише затверділої еластичної піни.
4. Що таке блокова піна (slabstock)? Блокова й формована піна
Блокова піна (slabstock), або блоковий еластичний пінополіуретан, є еластичним пінополіуретаном, який виготовляють у вигляді великого безперервного блоку, який потім розрізають до потрібної форми. Суміш виливають на конвеєр, що рухається, вона вільно піднімається й твердне, а потім блок розрізають на листи, рулони або фасонні деталі. За даними EUROPUR, більшість блокової піни, виготовленої в Європі, використовують для матраців і меблів, а меншу частину для транспорту.
Формований еластичний пінополіуретан заливають або впорскують у закриту форму, тому деталь одразу набуває форми, близької до остаточної. Таким способом можна отримувати форми, які важко вирізати з блоку, і поєднувати піну з деталями, наприклад із металевим каркасом. Витрати на форми високі, тому Асоціація поліуретанової піни США (PFA) зазначає, що формування зазвичай застосовують для великих серій. Майже всі автомобільні сидіння в Європі виготовляють з еластичної формованої піни (EUROPUR). Розділювальне мастило допомагає чисто вийняти деталь із форми. Формовану піну виготовляють за технологіями гарячого або холодного твердіння; сьогодні у світі домінує піна холодного твердіння (cold cure), яку також називають піною HR (високої пружності) (Euromoulders).
| Ознака | Блокова піна (slabstock) | Формована піна |
|---|---|---|
| Як виготовляють | Безперервна лінія: суміш вільно піднімається на конвеєрі, блок розрізають згодом | Суміш подають у закриту форму, по одній деталі |
| Типове застосування | Матраци, меблеві подушки, пакування | Автомобільні сидіння, підголівники, деталі офісних меблів |
5. Типи еластичної піни: звичайна, HR, з ефектом пам'яті, ребонд
EUROPUR називає три поширені групи еластичної піни: стандартну (на основі простих поліефірів), високої пружності (HR) і в'язкопружну. Вони відрізняються, зокрема, густиною, твердістю, міцністю на розрив і в'язкістю. Піна ребонд, яку виготовляють із подрібнених відходів піни, є окремим продуктом.
| Тип | Що це таке | Типове застосування |
|---|---|---|
| Звичайна (стандартна, на основі простих поліефірів) | Базова амортизаційна піна; їй може бракувати довговічності та пружності за тривалої експлуатації | Бюджетні матраци, базові шари |
| HR (висока пружність) | Пружність вища, ніж у звичайної піни, і загалом краща опора та довговічність; виготовляють як блокову й як формовану піну | Преміальні матраци, сидячі меблі, автомобільні сидіння |
| З ефектом пам'яті (в'язкопружна) | Відновлює форму повільно, має дуже низьку пружність, повторює форму тіла (див. розділ 6) | Шари матраців і подушок, медичні амортизаційні подушки |
| Ребонд | Подрібнені шматки піни, спресовані зі зв'язувальною речовиною (ISOPA) | Підкладка під килими, спортивні мати, підлогові покриття, пакування |
Про різницю між еластичною та жорсткою піною див. «Жорсткі та еластичні поліуретанові системи»; про ребонд і рециклінг див. «Рециклінг поліуретану».
6. Що таке піна з ефектом пам'яті? (в'язкопружна піна)
Піна з ефектом пам'яті (в'язкопружна, або віскоеластична піна) є поліуретановою піною, яка повільно відновлює форму після натискання. Вона складається переважно з поліуретану з додатковими хімічними добавками, що підвищують її в'язкість і густину. Її комірки відкриті, а пружність дуже низька. Поведінка піни залежить від температури, і від тепла тіла вона зазвичай стає м'якшою. Її розробили 1966 року за контрактом із NASA, щоб підвищити захист і комфорт сидінь у літаках.
Піну з ефектом пам'яті використовують у матрацах, подушках і медичних амортизаційних подушках. Матрац часто поєднує кілька типів піни шарами (EUROPUR). Матрац із піни з ефектом пам'яті зазвичай щільніший, а тому й важчий, ніж інші матраци з піни. Про наші системи див. «В'язкопружний поліуретан: піна з ефектом пам'яті» та «Піна з ефектом пам'яті для матраців і подушок».
7. Що означає густина? Чим вона відрізняється від твердості
Густина виражає масу піни в одному кубічному метрі, у кг/м³. За даними PFA, вона вказує на комфорт, опору, довговічність і вартість: піна вищої густини загалом довше зберігає свої властивості, але потребує більше матеріалу й коштує дорожче. Еластичну піну виготовляють у дуже широкому діапазоні густин залежно від типу та застосування.
Твердість є окремою властивістю: її вимірюють силою, потрібною, щоб стиснути піну на задану величину. Для цього використовують стандартизовані методи випробування, такі як ISO 2439 або ASTM D3574.
Що визначає твердість за певної густини?
Густину й твердість задають незалежно одну від одної: PFA зазначає, що піна високої густини може бути м'якою, а піна низької густини може бути твердою. Твердість формують рецептура, тип піни та інші чинники, а значення твердості мало що говорить без указання методу випробування, за яким його виміряно.
| Властивість | Що це таке | Чому це важливо |
|---|---|---|
| Густина (кг/м³) | Маса піни в одному кубічному метрі | Вказує на довговічність, опору та вартість |
| Твердість | Сила, потрібна, щоб стиснути піну на задану величину | Визначає відчуття, коли ви сидите або лежите на піні |
| Пружність | Наскільки піна відскакує назад | Пов'язана з комфортом; у піни з ефектом пам'яті дуже низька |
| Залишкова деформація стиснення | Постійна втрата висоти після стискання піни | Довговічність під час експлуатації, наприклад вм'ятини на матраці |
8. Як вибрати сировину для еластичної піни за застосуванням
Почніть із виробу. Більшу частину еластичної піни, виготовленої в Європі, використовують у виробах для сну та м'яких меблях (EUROPUR), але кожне застосування вимагає чогось іншого.
| Застосування | Що найважливіше | Звичайний тип піни та спосіб виробництва |
|---|---|---|
| Меблеві подушки | Опора, комфорт, довговічність, вимоги пожежної безпеки | Звичайна або HR; блокова піна, вирізана за формою, або формована |
| Матраци | Опора, комфорт, довговічність, вимоги щодо викидів і пожежної безпеки | Звичайна, HR і піна з ефектом пам'яті, часто шарами; блокова піна |
| Автомобільні сидіння | Комфорт, довговічність за багаторазових навантажень, вимоги щодо пожежної безпеки та викидів для салонів транспортних засобів | HR (холодного твердіння), формована |
| Пакування | Поглинання ударів, форма, що відповідає упакованому виробу | Блокова піна, вирізана за формою |
Відповідні густина й твердість залежать від виробу, навантаження, яке він витримує, та типу піни. Їх найкраще визначати разом із постачальником піни, якому потрібно знати застосування та спосіб виробництва (див. розділ 9).
Вибір за способом виробництва
Безперервна блокова лінія та лінія формування використовують різні системи, тому спосіб виробництва є частиною вибору. Постачальник систем (system house) розробляє рецептуру суміші відповідно до вашого процесу та виробничої лінії, а наша технічна команда допомагає вам у цьому. Для сидінь див. Піна холодного твердіння й блокова піна для сидінь; про всі еластичні системи див. Системи еластичного пінополіуретану.
9. Що повідомити постачальнику, визначаючи сировину для еластичної піни
Виробники піни купують сировину двома способами: окремо (поліол, ізоціанат і добавки), щоб скласти власну рецептуру, або у вигляді узгодженої готової системи від постачальника систем (system house). Готова система зазвичай має два компоненти: компонент A є поліольною сумішшю, а компонент B ізоціанатом. Так прийнято в Туреччині та Європі; у Північній Америці літери нерідко міняють місцями, тому орієнтуйтеся на етикетки бочок. Варіанти закупівлі розглянуто в нашому посібнику «Закупівля поліуретанових систем із Туреччини». JiTPOL у Бурсі працює як system house: розробляє й постачає еластичні, в'язкопружні та інші поліуретанові системи.
До якого б постачальника ви не звернулися, надайте таку інформацію:
| Що повідомити постачальнику | Чому це важливо |
|---|---|
| Виріб і застосування: подушка, шар матраца, автомобільне сидіння або пакування | Визначає тип піни та діапазон густини й твердості |
| Спосіб виробництва й обладнання: блокова лінія чи форма | Система має відповідати умовам переробки на вашій лінії |
| Цільові густина й твердість та спосіб їх вимірювання | Однакова густина може відповідати як м'якій, так і твердій піні, а значення, отримані різними методами, не можна порівнювати безпосередньо |
| Тип піни: звичайна, HR або з ефектом пам'яті | Визначає пружність і довговічність |
| Вимоги до пожежної безпеки та викидів на вашому цільовому ринку | Піна є горючою (EUROPUR). Вогневі випробування проводять на готовому виробі, наприклад на піні з чохлом, а позначка «з антипіреном» сама по собі не є класом реакції на вогонь |
| Місячний обсяг, упаковка та документи (технічний паспорт, паспорт безпеки) | Дає змогу скласти план постачання та перевірити безпечне поводження |
Поширені запитання
Яка сировина потрібна для еластичної піни (поролону)?
Еластичний пінополіуретан (ППУ) виготовляють із поліолу, ізоціанату (переважно TDI) і води, а також каталізаторів, поверхнево-активної речовини та, за потреби, добавок, як-от антипірени чи пігменти. Основну частину суміші становлять поліол та ізоціанат.
Як виготовляють еластичну піну?
Компоненти дозують і змішують, а суміш спінюється, піднімається й твердне. Спінювання відбувається завдяки вуглекислому газу, що виділяється під час реакції ізоціанату з водою. Блокову піну виготовляють у вигляді великого блоку на безперервній лінії й розрізають згодом; формовану піну заливають у закриту форму, і деталь одразу набуває форми, близької до остаточної.
Що означає густина піни?
Густина показує масу піни в одному кубічному метрі (кг/м³). За даними PFA, вона вказує на довговічність, опору та вартість, але не визначає твердість: піна високої густини може бути м'якою, а піна низької густини може бути твердою. Твердість вимірюють окремо, наприклад за ISO 2439.
Що таке піна з ефектом пам'яті (віскоеластична піна)?
Піна з ефектом пам'яті є в'язкопружним пінополіуретаном, який повільно відновлює форму після натискання. Її пружність дуже низька, поведінка залежить від температури, і від тепла тіла вона зазвичай стає м'якшою. Її розробили 1966 року за контрактом із NASA, щоб підвищити захист і комфорт сидінь у літаках, а використовують у матрацах, подушках і медичних амортизаційних подушках. Її можна виготовляти на основі TDI або MDI.
Що таке піна HR?
HR означає high resilience, тобто висока пружність. Піна HR має вищу пружність, ніж звичайна піна, і загалом кращу опору та довговічність. Формовану піну холодного твердіння, нині домінувальний у світі процес формування, також називають піною HR, а піну HR виготовляють і як блокову. Її використовують в автомобільних сидіннях, преміальних матрацах і м'яких меблях.
Чим відрізняється блокова піна (slabstock) від формованої?
Блокову піну виготовляють у вигляді великого блоку на безперервній лінії, а потім розрізають на листи або фасонні деталі; вона поширена в матрацах і меблях. Формовану піну виготовляють для кожної деталі в закритій формі, і вона одразу набуває форми, близької до остаточної. Форми дорогі, тому формування здебільшого застосовують для великих обсягів, наприклад для автомобільних сидінь.
Яку густину піни слід використовувати для меблів?
Єдиного правильного значення не існує. Відповідна густина залежить від виробу, навантаження, яке він витримує, типу піни та очікуваного строку служби; вища густина загалом служить довше, але коштує дорожче. Цільове значення слід визначати разом із постачальником піни. У цьому вам може допомогти технічна команда JiTPOL, а подробиці наведено в технічному паспорті обраної системи.
Джерела
- EUROPUR: поширені запитання про еластичний ППУ (англійською)
- EUROPUR: сировина (англійською)
- EUROPUR: що таке пінополіуретан? (англійською)
- EUROPUR: інформаційний лист про матеріал, еластичний пінополіуретан (англійською)
- EUROPUR: еластичний пінополіуретан для матраців (англійською)
- PFA: що таке пінополіуретан? (англійською)
- PFA: експлуатаційні характеристики піни (англійською)
- PFA: тематичне дослідження про меблі (англійською)
- PCC: поліоли для еластичних пін (англійською)
- Бюлетень PFA: значення густини (англійською)
- Бюлетень PFA: методи випробування піни та випробування на займистість (англійською)
- Euromoulders: формований поліуретан (англійською)
- ISOPA: довідковий лист про ребондовану еластичну піну (англійською)
- Вікіпедія: Поліуретани
- Вікіпедія: Memory foam (англійською)
- NASA Spinoff 2005: сорокарічна піна повертається з новими перевагами (англійською)
- ISO 2439:2008: визначення твердості (метод вдавлювання) (англійською)
- Efectis: методи випробування займистості меблів (англійською)
- Регламент Комісії (ЄС) 2020/1149 (діізоціанати, додаток XVII до REACH) (англійською)