Свойства и характеристики пенополиуретана его достоинства и недостатки

Одним из важных условий, предъявляемых к утеплителям, является их пожаробезопасность. Причем, в этом контексте рассматривается способность поддерживать распространение пламени, температура возгорания и токсичность веществ, образуемых при горении утеплителя.

Согласно исследованиям, пенополиуретан относится к умеренно горючим (класс горючести пенополиуретана Г2) и к умеренно воспламеняемым (В2) веществам.

Горючесть утеплительных материалов

Пожарная безопасность – важный фактор при строительстве, зависящий от горючести материалов, из которых выполнены перекрытия зданий и несущие конструкции. Стройматериалы классифицируются по горючести и классу пожарной опасности. Разделяют негорючие (НГ) и горючие (Г) строительные материалы. К негорючим материалам относятся: стекловата, минеральная вата, вермикулит, перлит, керамзит. Остальные утеплители относятся к группе горючих материалов.
Пенополиуретан относится к горючим материалам, которые делятся на 4 группы горючести:

• слабогорючие – Г1
• умеренногорючие – Г2
• нормальногорючие – Г3
• сильногорючие – Г4.

Группа горючести материалов определяется по ГОСТ 30244-94 «Материалы строительные. Методы испытаний на горючесть».

Пенополиуретан более горючий материал чем утеплители из минеральных волокон. Эта проблема решается введением в рецептуру антипиренов, препятствующих распространению огня. Данный способ ведет к ухудшению физических свойств и увеличению стоимости ППУ до 60 %.

Токсичность

При горении пенополиуретана в лабораторных условиях образуются такие вещества, как:

• углекислый газ;
• угарный газ (следовое количество);
• вода;
• окислы азота;
• синильная кислота (следовое количество).

Резонным будет вопрос, как же можно считать ППУ нетоксичным, если при его горении возникает ядовитая синильная кислота? Ответ лежит на поверхности. При испытаниях в лаборатории горение материала исследуется в камерах, исключающих доступ воздуха. Собственно говоря, изучается не столько горение, сколько возможность образования горючих соединений при нагревании материала до определенных температур. В реальных же условиях эти образование синильной кислоты исключается за счет вступления во взаимодействие азота и кислорода из воздуха.

А как же быть с угарным газом? Ведь даже при наличии воздуха горение ППУ сопровождается выделением окиси углерода (СО), то есть того самого угарного газа, вызывающего отравление организма. Да, это доказанный факт. Однако, концентрация оксида углерода настолько мала, что не идет в сравнение с количеством, образующимся при горении кожи, древесины, шерсти и синтетических материалов (винила, нейлона и пр.).

Опыты, проводимые с лабораторными животными (крысами) доказали, что при вдыхании продуктов горения шерсти, дерева и синтетики токсичное воздействие в несколько раз превышает воздействие летучих соединений при горении ППУ. И дело здесь не только и не столько в химическом составе, а и в том, что на 80-90% пенополиуретан состоит углекислого газа.

Получается, что применение пенополиуретана при утеплении домов не только защищает от теплопотерь, но и увеличивает пожаробезопасность здания.

Огнезащитная краска для пенополиуретана

Краска на водной основе является экологически безопасной, не имеет запаха и не содержит компонентов, вредных для здоровья человека, относится к пожаровзрывобезопасным материалам. Защищает как от первичного огня, так и от воспламенения при пожаре. Быстро полимеризуется и имеет высокую адгезию к пенополиуретану, шариковому и экструдированному полистиролу.

Эффективность использования этой краски на примере ППУ классом горючести Г3 с использованием краски Химтраст ОгнеЩит (пенополиуретан) с толщиной сухого слоя 1,5-2 мм:

Воспламеняемость

Гореть сам ППУ не может. Способностью к воспламенению обладают вещества, образующиеся при нагревании пенополиуретана. Согласно исследованиям, диапазон температур, при которых происходит разложение вспененного полиуретана с образованием горючих соединений, лежит в области от +370 до +420 °С.

Поскольку пенополиуретан до достижения этих температур не способен воспламеняться, на ранних стадиях пожара происходит его расплавление. Именно эта расплавленная масса снижает вероятность распространения пламени. Она растекается, прекращая доступ кислорода к пламени, и таким образом гася его.

Кстати, возникающий при нагревании ППУ углекислый газ, сам является хорошим антипиреном, препятствующим контакту пенополиуретана с кислородом. Двуокись углерода (СО2) замещает воздух и останавливает распространение пламени. На этом принципе основано действие некоторых пенных и газовых огнетушителей.

О технических характеристиках ППУ

Говорить мы будем о жестких пенополиуретанах – именно их используют во время строительных работ. Они отменно держат тепло, практически не пропускают пар и воду, не боятся коррозии, радиации и агрессивной химической среды. Кроме того, они весьма прочны, выдерживают большие температурные перепады и погодные катаклизмы.

Теплопроводность ППУ

Свойства ППУ как теплоизолятора зависят от того, какого размера составляющие его ячейки. Теплопроводность жестких пенополиуретанов лежит в пределах от 0,019 до 0,035 ватта на метр на Кельвин. Чтобы было ясно, что это отличный показатель, приведем примеры сравнения. У керамзитового гравия этот параметр составляет от 0,12 до 0,14 ватта на метр на Кельвин, а у газостекла и пеностекла – целых 0,84 ватта на метр на Кельвин. Уступают пенополиуретану и минеральные ваты с теплопроводностью 0,045- 0,056 ватта на метр на Кельвин.

Шумопоглощающая способность ППУ

Поглощение материалом шумов определяется несколькими параметрами: эластичностью, способностью пропускать воздух, а также толщиной изоляции и ее демпфирующими свойствами. Так, для пенополиуретана способность задерживать звуки зависит от того, насколько жесткий каркас материала и какова частота звуковых колебаний.

Важна и сила трения, возникающая при переносе частиц между соседними ячейками, а также поглощение звуковых волн воздухом из ячеек. Путем экспериментов выяснено, что лучше всего защищает от шума ППУ полу эластичного типа.

Отношение к химическим средам

По отношению к агрессивным химическим веществам пенополиуретан более устойчив, чем пенополистирол. ППУ не могут разрушить едкие химические пары (концентрация которых не превышает допустимую). Не боится данный утеплитель и бензина, масел, спиртов, разбавленных кислот и пластификаторов. Достаточно стойко он относится и к эфирам с кетоками. Даже концентрированная кислота не всегда способна его повредить.

Если нанести слой ППУ на металлическую поверхность, то она не поржавеет. Ведь при этом сработает тройная защита – как сам полиуретан, так и две пленки, снаружи и внутри, возникающие при полимеризации материала. Одна из пленок будет прилегать к металлу, а вторая – контактировать с внешней средой. В зависимости от марки ППУ защитный слой может быть более или менее эффективным.

Влагопоглощение ППУ

Впитывание влаги данным материалом одно из самых низких – за сутки оно может достигать от 1 до 3 процентов от первоначального объема. Этот показатель зависит от рецепта приготовления ППУ. Чем плотнее утеплитель, тем меньше воды он способен вобрать в себя. А еще повышают водостойкость специальные вещества, вводимые в состав пенополиуретана. Одним из таких гидрофобизаторов, уменьшающим поглощение влаги в 4 раза, является обычное касторовое масло.

Горючесть пенополиуретана

Пенополиуретаны могут относиться к трем группам: С (самозатухающие), ТС (трудносгораемые) и ТВ (трудно воспламеняющиеся). Как видите, горючесть пенополиуретана достаточно низкая. А повысить его огнестойкость помогает либо введение специальных добавок, либо изменение химической формулы рецепта. Второй вариант дороговат, поэтому чаще используют метод введения наполнителей.

Это могут быть соединения фосфора, а также галогены. Можно на обычный пенополиуретан нанести лишь тоненький слой огнестойкого ППУ, содержащего добавки. В производственных помещениях, где опасность пожара велика, такое покрытие, нанесенное из двух слоев будет вполне уместно.

Видео. Горит ли пенополиуретан — тест на горючесть

Плотность ППУ

Плотность данного утеплителя варьируется в пределах от 30 до 80 килограммов на кубический метр. Этот показатель напрямую зависит от того, какой технологией пользовались при производстве материала. В принципе, это и неплохо – при утеплении могут потребоваться и более жесткие, и более мягкие материалы. Всё зависит от конкретной задачи. Поэтому иной раз можно получить существенную экономию, применив более дешевый ППУ меньшей плотности.

Долговечность ППУ

Срок службы пенополиуретана заявляется изготовителями не меньше, чем лет 20-30. Но уже есть данные, говорящие о том, что реальные цифры гораздо больше. В американских, немецких, шведских и японских городах сейчас идет демонтаж зданий, построенных в семидесятые годы прошлого века. При их возведении для утепления использовался пенополиуретан.

Изучив его образцы, взятые с труб, стен и крыш, специалисты сделали вывод, что материал остался неизменным по всем параметрам. Изолированными остается девять десятых всех ячеек, позволяя по-прежнему хорошо сберегать тепло. Химическое состояние также не изменилось. И лабораторные, и промышленные испытания в унисон подтверждают это.

Экологическая безопасность и влияние на человека

После 10 — 20 секунд, во время которых материал твердеет, пенополиуретан становится абсолютно безопасным. Если его нагреть до температуры более 500 градусов, то начнется выделение двух газов: углекислого и угарного. Но если на место ППУ поставить дерево или каучук, то при той же температуре они окажутся более опасными. Опыты на мышах подтвердили это.

Существуют две концепции оценки влияния вредных веществ на организм человека:

Пороговая. В пороговой концепции утверждается, что снижать концентрации вредных веществ нужно до некоторого уровня (порога), определяемого значением предельно-допустимой концентрации (ПДК). Из этого положения следует вывод: малые концентрации вредных веществ (ниже уровня ПДК) безвредны. В нашей стране (как, впрочем, и в других странах бывшего СССР) принята именно пороговая концепция. Линейная. Линейная концепция предполагает, что вредное влияние на человека пропорционально (линейно) зависит от суммарного количества поглощенного вещества. Отсюда вывод: малые концентрации при длительном потреблении вредны. Этой концепции придерживаются США, ФРГ, Канада, Япония и некоторые другие страны. Но при рассмотрении токсической опасности воздействия вредных веществ на человека обязателен учет степени их КОММУЛЯТИВНОСТИ, т.е. способности того или иного вещества накапливаться в организме человека с течением времени.

СТИРОЛ среди веществ, содержащихся в строительных материалах, обладает наибольшей степенью коммулятивности — 0,7 (см. таблицу 1). Если представить, что полистирол толщиной 160 мм (в трехслойной панели) прослужит 20 лет, то в течение этого периода каждый кв. метр наружной стены выделит 3 мг/ч стирола. При поступлении в помещение 10% этого количества и подаче воздуха в количестве 30 м3/м2 ч концентрация стирола составит 0,0075 мг/м3. При временном пребывании в таком помещении и ориентации на суточное ПДК = 0,002 мг/м3 превышение ПДК по стиролу составит 3,75 раз.

Следовательно для жилого помещения со временем пребывания в нем 25 лет величина ПДК на стирол должна быть уменьшена в 594 раза и составлять 0,0000034 мг/м3 (см. табл.).

Таблица 1. Уменьшение величины ПДК вредных веществ при учете их степени коммулятивности.

Вывод:

СТИРОЛ требует уменьшения ПДК при использовании его в жилищном строительстве приблизительно в 600 раз до уровня 0,0000034 мг/м3, что равносильно полному запрещению применения ПЕНОПОЛИСТИРОЛа в жилищном строительстве.

О минусах ППУ

Статья эта отнюдь не рекламная, поэтому перечислим и отрицательные свойства пенополиуретана. Впрочем, их совсем немного, точнее, два.

1. Негативное воздействие ультрафиолетового излучения может привести к быстрому износу материала. Чтобы не допустить деструкции утеплителя, надо обязательно предусмотреть его защиту. В этом качестве может послужить, штукатурка, различные панели или обыкновенная краска, которая не только от солнца оградит, но и сделает поверхность ППУ более привлекательной.

2. Как уже упоминалось, пенополиуретаны считаются трудногорючими материалами. По классификации они имеют группу горючести Г-2. Это значит, что при воздействии высокой температуры возгорания не произойдет, но утеплитель начнет тлеть. Этот процесс мгновенно прекратится, как только материал будет охлажден. Но там, где поверхность слишком сильно нагревается либо может загореться, ППУ применять всё же не стоит.

Другие важные свойства

Важным свойством эластомерных продуктов является твердость, которую принято измерять в условных единицах по шкале с фамилией ее разработчика Шора. У различных видов ПУ этот показатель варьируется от 74 до 95 единиц, в то время как у резины он равен максимум 60.

Модуль упругости при растягивающих нагрузках у обычного и термостойкого полиуритана укладывается в диапазон от 40 % до 98 %, при этом параметр может задаваться при технологии производства. Для резины максимальное значение модуля упругости составляет только 75 %.

Физико-химические качества оценивают дополнительно эластичностью по отскоку, которая у ПУ равна 29 %, а для резины 12 %.

Таблица. Поведение полиуретана в различных средах (Ст- стоек, Нт — нестоек)

Впечатляет предел прочности при разрывающих нагрузках, который для полиуретана равен 312 %, в то время как для качественной резины характерен показатель 115 %.

В такой же мере (в 3 раза) у продукции из полиуретана выше коэффициент морозостойкости, чем у резиновых изделий. Стойкость к действию абразивов у полимера в 5 раз превышает аналогичный показатель резины.

О плюсах ППУ

1. ППУ отлично «прилипает» к любым материалам, будь то кирпич, стекло, дерево, бетон или металл. Форма поверхности, ее отклонение от прямизны значения не имеют. Благодаря хорошим адгезирующим свойствам нет необходимости мудрить с устройством дополнительного крепежа. Кстати, и плоскость перед напылением обрабатывать ничем не нужно.

ППУ обладает отличной адгезией по отношению практически ко всем строительным материалам.

2. Этот утеплитель делается прямо на месте, а объем исходных компонентов минимален. Поэтому расходы на транспорт низкие.

3. Пенополиуретан отличается необыкновенной легкостью, он не утяжеляет поверхности. При теплоизоляции крыши это очень важно.

4. При нанесении слоя ППУ мы не только утепляем стены и перегородки, но и делаем их более прочными.

5. Пенополиуретановое покрытие не реагирует на потепление и похолодание в течение года. Оно прекрасно себя чувствует при температурах от минус 200 до плюс 200 градусов по Цельсию.

6. В отличие от панельного и листового утепления, данный вид теплоизоляции является единым целым, плотно облегающим конструкцию. Нигде ни стыка, ни маленького шва, куда может задуть холодный ветер.

Инсталлировать ППУ можно куда угодно и без применения крепежных элементов.