Piana poliuretanowa, znana też jako pianka PUR, to materiał wszechstronny, który wpłynął na nasze życie codzienne. Obecnie znajduje zastosowanie w wielu dziedzinach przemysłu. W tym artykule dowiemy się więcej o historii piany PUR i rozwoju tego materiału oraz zastanowimy się nad jego obiecującą przyszłością.
Historia piany PUR
Piana poliuretanowa jest materiałem należącym do dużej rodziny poliuretanów, bez których trudno wyobrazić sobie dzisiaj życie codzienne. Nie każdy wie jednak, że ich historia jest relatywnie krótka i liczy sobie mniej niż 100 lat.
Poliuretany to grupa polimerów, które są wytworzone poprzez reakcję chemiczną pomiędzy poliolami (alkoholami wielofunkcyjnymi) a izocyjanianami (związkami chemicznymi zawierającymi grupę izocyjanianową -NCO). Ta reakcja prowadzi do utworzenia łańcuchów poliuretanowych, które charakteryzują się różnorodnymi właściwościami, w zależności od składników chemicznych i warunków reakcji.
Zastosowanie poliuretanów
Poliuretany znajdują zastosowanie w wielu gałęziach przemysłu. Nas najbardziej interesować będą piany poliuretanowe. Na co dzień spotykamy się przede wszystkim z poliuretanowymi tworzywami sztucznymi, a więc materiałami o różnej twardości, elastyczności i wytrzymałości mechanicznej. Można je formować w różne kształty i używać w wielu zastosowaniach, takich jak obudowy elektroniczne, opakowania, elementy samochodowe itp.
Często nie zdajemy sobie sprawy, że jednymi z towarzyszy naszego życia są elastomery poliuretanowe. Charakteryzują się one dużą elastycznością i sprężystością. Są wykorzystywane w produktach takich jak koła samochodowe, uszczelki, spody butów sportowych itp.
Inne produkty z rodziny poliuretanów to lakiery, kleje i farby poliuretanowe. Te pierwsze wykorzystuje się w przemyśle meblarskim i budowlanym do wykończeń, klejenia i zabezpieczania powierzchni. Te drugie są cenione ze względu na swoją trwałość, odporność na ścieranie i dobre właściwości adhezyjne. Wykorzystywane są m.in. w przemyśle motoryzacyjnym, lotniczym, meblarskim.
Warto wspomnieć wreszcie o laminatach poliuretanowych, które stanowią warstwy ochronne na różnych powierzchniach. Takich jak drewno, metal czy plastik, poprawiając trwałość, wytrzymałość i estetykę.
Poliuretany znajdują szerokie zastosowanie także w izolacji termicznej i akustycznej, produkcji artykułów sportowych, sprzęcie medycznym, przemyśle motoryzacyjnym, konstrukcjach budowlanych, a nawet w budowie statków kosmicznych.
Narodziny poliuretanów
Sposób produkcji poliuretanów został wynaleziony i opatentowany przez dwóch niezależnych wynalazców: Otto Bayera i jego zespół w firmie IG Farben w Niemczech oraz Donalda T. Satherema i jego zespół w firmie DuPont w Stanach Zjednoczonych. Obie te prace miały znaczący wpływ na rozwój polimerów, w tym w produkcji pianek poliuretanowych, tworzyw sztucznych, farb, lakierów, klejów i innych produktów.
Dr. Donald T. Sather i jego zespół uzyskali pierwszy amerykański patent na poliuretany w 1943 roku. Za twórcę poliuretanów uważa się przede wszystkim Otto Bayera.
Bayer był niemieckim chemikiem, naukowcem i pionierem w dziedzinie chemii polimerów. Urodził się w 1902 roku w Kwidzynie. Odegrał kluczową rolę w rozwoju i komercjalizacji poliuretanów, które stały się jednymi z najważniejszych polimerów używanych w różnych dziedzinach przemysłu.
Jego najważniejszym wkładem w rozwój poliuretanów było opracowanie procesu produkcji tych polimerów. Proces opierał się na reakcji chemicznej pomiędzy poliolami a izocyjanianami. W czasie II wojny światowej pracował dla firmy chemicznej IG Farben, gdzie kontynuował badania nad poliuretanami i innymi polimerami. Po wojnie przeniósł się do Stanów Zjednoczonych.
Jego prace nad poliuretanami doprowadziły do ich szerokiego zastosowania w różnych dziedzinach. Jeszcze za jego życia materiały te stały się czymś, bez czego trudno wyobrazić sobie naszą codzienność.
Boom na poliuretany
W okresie II wojny światowej, w trakcie której niemiecka firma IG Farben działała na zlecenie rządu, poliuretany były badane głównie ze względu na swoje potencjalne zastosowanie jako substytut gumy. Niemieccy naukowcy skoncentrowali się na opracowywaniu różnych form poliuretanów przede wszystkim na potrzeby gospodarki wojennej.
Po zakończeniu wojny rozwój poliuretanów przyspieszył. Odkrycia i opracowania Bayera oraz innych badaczy skutkowały dalszymi badaniami i zastosowaniami poliuretanów w różnych dziedzinach. W latach 50. i 60. XX wieku materiały te zaczęły być stosowane w produkcji różnych produktów, takich jak pianki, elastomery, kleje, farby i lakiery. Wtedy też zaczęto wykorzystywać je do izolacji termicznej i akustycznej. Rozwój technologii spowodował, że stały się one szeroko dostępne i popularne na rynku.
W latach siedemdziesiątych poliuretany stały się jednym z najbardziej popularnych i wszechstronnych polimerów. Stosowano je w szerokim zakresie dziedzin, w tym w przemyśle meblarskim, motoryzacyjnym, budowlanym i odzieżowym. Swój sukces zawdzięczały przede wszystkim wytrzymałości, elastyczności i izolacyjności, co czyniło je niezastąpionymi w wielu aspektach życia codziennego.
Historia piany PUR – próby zastąpienia gumy
Piana poliuretanowa, zwana również pianą PUR (od ang. Polyurethane Foam), ma ciekawą historię rozwoju i zastosowań. Pierwsze próby jej pozyskania rozpoczęły się jeszcze w latach trzydziestych i czterdziestych. Były związane przede wszystkim z próbami zastąpienia gumy syntetycznej, która była wówczas trudno dostępna.
Po wojnie, w latach 50. i 60. XX wieku, pianę poliuretanową zaczęto wykorzystywać szerzej. Pierwsze zastosowania obejmowały izolację termiczną i akustyczną w budynkach oraz produkcję poduszek i materacy. W latach 70. i 80. XX wieku piana poliuretanowa zdobyła popularność w przemyśle motoryzacyjnym. Zaczęto ją używać do produkcji siedzeń samochodowych, elementów wykończeniowych i innych komponentów. Stała się również popularnym materiałem w produkcji mebli tapicerowanych.
Historia piany PUR jest już nam znana. Dalszy rozwój technologiczny pozwolił na opracowanie różnych rodzajów piany poliuretanowej, w tym różnych wariantów elastyczności, co umożliwiło jej zastosowanie w jeszcze szerszym zakresie produktów i branż.
Piany poliuretanowe nowej generacji
Najnowszym osiągnięciem inżynierów zajmujących się pianami poliuretanowymi są piany nowej generacji. Charakteryzują się większą wydajnością, zdecydowanie bardziej komfortowymi warunkami pracy dla wykonawcy i doskonałymi parametrami izolacyjnymi. W przeciwieństwie do tradycyjnych pian, produkty w tej kategorii układają się równo i pozwalają aplikować na jeden raz warstwę o grubości do 25 cm. Piany nowej generacji mogą pochwalić się rekordowym współczynnikiem przewodzenia ciepła, osiągającym nawet 0,022 W/m∙K.
Sztandarowym przykładem pian nowej generacji jest system do izolacji Purteco, linia produktów używana przez wykonawców Najlepszej Izolacji. Piany Purteco zostały specjalnie zaprojektowane do aplikacji natryskowej stosowanej w budownictwie oraz w przemyśle, z przeznaczeniem do izolacji termicznej poddaszy, ścian i sufitów.
Wykonawcy cenią piany nowej generacji po pierwsze ze względu na wysoką higienę pracy, po drugie szybkość wykonania oraz znakomite parametry techniczne. Parametry między innymi takie jak zakres gęstości, wydajność oraz współczynnik przewodzenia ciepła. Inne zalety to krótszy czas wykonania izolacji, poprawa jej skuteczności i estetyki wykonania oraz brak specyficznego dla pian zapachu.
Podsumowanie – Przyszłość pian poliuretanowych
W przyszłości piany poliuretanowe będę jeszcze bardziej rozpowszechnione niż dzisiaj. Prace nad ich rozwojem skoncentrują się nad opracowywaniem bardziej zrównoważonych metod produkcji. Testować będziemy nowe technologie recyklingu, bardziej istotny stanie się też rozwój pian opartych na biomateriałach i surowcach odnawialnych.
Dzięki nanomateriałom, które poprawią właściwości pian, wiele może się zmienić, w tym wytrzymałość, odporność i termoizolacyjność. Podobną rolę odegrają też inteligentne materiały, które mogą reagować na zmienne warunki otoczenia i pozwolą na stworzenie jeszcze bardziej zaawansowanych pian poliuretanowych.
Piany poliuretanowe będą kontynuować swoją karierę w branży samochodowej. Innowacje będą miały na celu zwiększenie lekkości pojazdów, poprawę izolacji akustycznej i termicznej, a także zwiększenie bezpieczeństwa. Materiały te znajdą też zastosowanie w druku 3D, co umożliwi szybszą produkcję niestandardowych komponentów i produktów, dostosowanych do indywidualnych potrzeb.
Podsumowując, wraz z postępem w dziedzinie nauki i technologii można spodziewać się coraz większej liczby innowacji w zakresie zastosowań i produkcji pian poliuretanowych, które przyczynią się do ich zrównoważonego i wszechstronnego rozwoju.
