Строителна химия

Монтажна полиуретанова пяна

През седемдесетте години на миналия век започва технологичен пробив в химията и широкото използване на полиуретанова пяна в аерозолна опаковка-PUR. За производството на модерна пяна са необходими иновативни рецептури и висококачествени продукти за контрол. Полиуретановата пяна е специален продукт. Основните компоненти, които образуват състава на пяната-полиол и метилен-дифенил-ди-изоцианат, се извличат от нефта. При производството на пяна се използват редица спомагателни елементи, като стабилизатори, пенообразуватели, катализатори. Тя се продава във вид на течност в аерозолни флакони под налягане с обем 500 и 750ml, съдържащи течен преполимер и propellant-пропелант-изместващ газ.

Текст: списание Строители

Пропеланта, е смес от газове във флакона, които са в частично газова фаза, частично втечнени, частично разтворени в преполимера. Пропелантът има две основни функции-изтласкване на преполимера от балона и образуване на мехурчета от пяна. Преполимера е продукт, образуван от протичането на химическа реакция на свързване между хидроксилните окончания на полиалкохолите с изоцианатните групи на метилен-дифенил-ди-изоцианата. Вътре във флакона, до момента на разпенване, пропеланта е разтворен в преполимера. С този химически състав, флакон от 750 ml образува около 45l битова пяна в свободно разпенено състояние. Преди употреба флаконът се разклаща-около 20 пъти, за хомогенизиране на сместа. Веществата, от които се произведен пропеланта, имат ниска точка на кипене и достатъчно високо налягане на наситените пари при условията, при които се използва пяната.

Поради това налягането във флакона е много по-високо от атмосферното, и пропелантът разтворен в преполимера кипва, когато напуска флакона и бързо образува мехури от разширяваща се пенообразна маса. По този начин течността във флакона се превръща в пяна, която се разширява от влагата на въздуха или повърхността-бетон, дървесина и други, поради протичащата реакция на полимеризация с образуане на полиуретанови връзки и отделяне на въглероден диоксид, създаващ също допълнителен обем. Тъй като въглеродният диоксид има по-голямо парциално налягане в сравнение с атмосферния въздух, той или се „евакуира”-задържа, чрез отворената система на порите, или започва да разширява пяната отвътре, до завършване на процеса на полимеризация-втвърдяването. В резултат се получава напълно инертно физическо тяло-полиуретан, със светло-жълт цвят, което не е токсично и не може спонтанно да промени обема си.Така обема на първоначално впръсканата пяна се увеличава около 3 пъти. Тя равномерно запълва всички възможни кухини по пътя си, а излишъкът й излиза навън.

След 10–15min прясната пяна престава да лепне, втвърдява се след около 50–60min и вече може да се реже. Окончателното й втвърдяване става след 2–4 часа. Тези стойности са валидни при температура 20°С и дебелина на пласта 20mm. Втвърденатаната полиуретанова пяна има определена вътрешна структура, придаваща висока стабилност на придобитата форма, която може да се реже и шлифова. Колкото по-малки са клетките в тялото на пяната, толкова по-добри са механичните свойства, толкова по-добра е адхезията към строителните материали и толкова по-висока е устойчивостта на влага. Върху нея захващат добре различни покрития като мазилки, гипс, лепило за тапети, може да се нанасят лакови покрития. Втвърдената пяна е устойчива на температурни промени в границите –40°С до +100°С. 

Тя здраво се прилепва към повечето повърхности, дори и мокри. За да захване здраво пяната, повърхността трябва да бъде почистена от ронливи частици, отлагания на мазнини и да е добре обезпрашена. За обилното разпенване и добро втвърдяване е необходима влага. Затова се препоръчва предварително намокряне на повърхностите с вода. При горещо и сухо време се препоръчва напръскване с вода и върху още съвсем прясната пяна, заради по-ниската относителна влажност на въздуха-под 50%, и за нормалното протичане на полимерзационня процес. Впръскването на пяната започва от най-дълбокото място на кухината, която се запълва. Известно е, че най-голям ефект се получава при уплътняване на кухини до 8cm. При по-големи кухини се препоръчва запълването да стане на няколко пласта с промеждутък от около 45 min. Резултатът е получаване на много плътна херметична маса.

Работата с пяна се осъществява най-добре през топлия сезон. Оптималната работна лятна температура на течността във флакона е 20°С, а температурата на основата, върху която се полага пяната, трябва да бъде в границите 18-25°С, при влажност на въздуха около 70%. Това означава, че при работа в студено време флаконите трябва да се държат в топло помещение или да се затоплят преди употреба до температура не по ниска от 20°С. Ако е необходимо да се използва пяна в студено време, тогава трябва да се приложи специална "зимна" пяна. Тя също се предлага на пазара. Зимната пяна се различава значително по химичен състав от лятната пяна и може да се използва за монтаж и уплътняване при ниски температури на околната среда.

В състава на зимните пяни са включени компоненти, които спомагат за по-доброто адсорбиране на влагата от околната среда и за поддържане на желаната консистенция при ниски температури до -10°C. При някои производители до -20°C, като качеството на получената от флакона разпенена пяна се запазва. Въпреки това, температурата на флакона не трябва да е по-ниска от нула-за предпочитане, не по-малко от +10°C. Изисква се също работната повърхност да не е покрита с лед, слана или сняг. Зимната пяна се втвърдява и при летни температури от 25°C. Целогодишната полиуретанова пяна позволява да се работи в по-широк температурен диапазон-за някои производители, от –10°C до +40°C. Необходимо е да се има предвид, че втвърдената полиуретанова пяна лесно се разрушава под въздействието на ултравиолетовите лъчи при пряко слънчево огряване. Повърхността й бързо пожълтява и след време започва да се рони. Затова всички направени с пяна уплътнения трябва да бъдат защитени с пласт мазилка или боя, или облицовъчни плочи.

Еднокомпонентна полиуретанова пяна

Еднокомпонентната полиуретанова пяна се произвежда в два вида флакони. Единият-любителският, е предназначен за директно впръскване на пяната. Той има клапан с дюза, върху която се нахлузва дълъг около 17cm накрайник, през който се шприцова пяната. Този вид флакони се предпочитат при инцидентно използване и неголеми по обем дейности. Битовата полиуретанова пяна се отличава с висока плътност от 19-23kg/m и ниска скорост на полимеризация. Тя е широко разпространена на пазара и е с по-достъпна цена. Основният недостатък на битовите аерозолни флакони е, че почти не може да се регулира дебита на впръскваната пяна. Освен това те са, за еднократно използване. Накрайникът е от материал, към който пяната не прилепва.

Вторият вид флакони са професионалните. Използват се за многократна употреба и по-добро уплътняване. Предназначени за шприцоване със специален пистолет за пяна. За предпочитане са пистолетите с разглобяема конструкция, която позволява по-лесно почистване и ремонт, ако това се наложи. Флаконът с пяна се завива към входящия щуцер на пистолета. При натискане на спусъка на пистолета отворът на дюзата се отваря и течността се изтласква навън. Дебитът на шприцованата течност може точно да се дозира в зависимост от степента на натискане на спусъка и натягането на регулиращата пружина, с разположения в задния край на пистолета винт.

По този начин с професионаланата пяна се постига висока точност на приложение, повишена производителност, по-ниско вторично разширение-до 150%, по-кратко време на втвърдяване на пяната, висока стабилност и възможност за многократна употреба. Освен това тя е еластична и огнеупорна. По време на работа флаконът трябва да е обърнат с върхa надолу. В това положение, пропелантният газ пада под полимерната маса и осигурява максимално използване на съдържанието. Обемът на готовата пяна зависи от обема на флакона и неговото пълнене, от температурата на въздуха и флакона, от влажността на въздуха, от качеството на пистолета и уменията на майстора. Високоефективните монтажни пяни създават до 65l разпенена пяна, а обикновените-25–45l. Средно, професионалната пяна в кухина с ширина 30mm се втвърдява за 20-30min, а битовата пяна-по-бавно за 40–60min.. Чистителят за мокра пяна след работа се състои от ацетон-диметил кетон, метил-етил кетон и/или диметилов етер, който се предлага в аерозолни флакони, снабдени със същия клапан за монтажен пистолет, както и за флакони с пяна.

Приложение на полиуретановата пяна

Монтажната пяна е предназначена за работа с всички традиционни строителни материали-дърво, камък, бетон, мазилка, метал, стъкло. Изключение са полиетилена, полипропилена, тефлона, силикона, маслени повърхности и т.н. Качествената монтажна пяна добре прилепва към повърхността, и не се стича от нея. След втвърдяване трябва да е еластична, да има незначително свиване и да не се руши при ниски температури. Пяната е отличен пълнеж за различни кухини и пукнатини и има добри звукови и топлоизолационни свойства - на 1сm втвърдена пяна по термичните свойства, съответства на 1,4 - 1,8cm полистирол или 1,75сm минерална вата. Също така, полиуретановата пяна има високи физични свойства-плътност, производителност, и механични свойства-устойчивост на натиск и разкъсване, адхезия към строителни материали. Практическото приложение е мярка за ценността на полиуретановата пяна.

Полиуретановите пени се използват за монтиране на прозорци и врати, за лепене на дървени подпрозоречни дъски, за звуко- и топлоизолация, за запълване на арки, за свързване на строителни материали, за уплътняване на прегради в сгради, за изолация на пространството около различни тръбопроводи, за общи строителни работи, т.е. на всички етапи на строително-ремонтните работи. Пяната има ниска топлопроводност, като по този начин се избягва появата на студени мостове след извършената работа. Коефициентът на топлопроводност е 0,035 W/mK-по-добър от този на стиропора с 0,040 W/mK, което е още едно предимство при монтирането на прозоречни рамки или изолация на тръбопроводи, разположени в неотопляеми помещения. Пяната е и много добър шумоизолатор. Така например нейните изолационни свойства я правят отличен материал за запълване на пространството около и под вани за къпане, включително и под ваните на душ-кабините. Тя е добър и електрически изолатор, поради което може да се използва и за изолиране около електрически проводници и тръби при тяхното прокарване.

Известни са също и двукомпонентни пени, които се отличават с добри якостни параметри, висока плътност от 30–40kg/m, минимално вторично разширение и висока стабилност на размерите, по-кратко време за обработка и без нужда от овлажняване на пяната. На пазара също се предлага и пяна-лепило, за фиксиране на топлоизолационни плочи от пенопласт, екструдиран и пресован пенополистирол, при конструиране на системи от външна и вътрешна топлоизолация на повърхности от бетон, тухла, мазилка и др. Тази пяна не съдържа разтворители и не се разширява. Това позволява да се запази геометрията на изолацията. Лепилната пяна се произвежда в професионални флакони с различни обеми за работа с монтажен пистолет. Така значително се опростява процеса на фиксиране на плочи от топлоизолационни материали. В допълнение, пяната-лепило, се използва при изграждането на стени и прегради от газобетонни, керамични и други блокове. За разлика от конвенционалните пяни, лепилните пяни имат по-висока адхезия и ниска степен на разширение.