Введение

Полиизоцианурат (,/p//ɒ//l//ɪ/,/aɪ//s//oʊ//s//aɪ/'/æ//nj//ʊər//eɪ//t/), также известный как PIR, полиизо или ISO, – это термореактивный пластик, обычно выпускаемый в виде пены и используемый в качестве жесткого теплоизоляционного материала. Исходные материалы схожи с теми, что применяются в полиуретане (PUR), за исключением более высокой доли метилендифенилдиизоцианата (MDI) и использования полиэфирного полиола вместо полиэфирполиола в процессе реакции. В результате химическая структура значительно отличается: изоцианатные группы MDI тримеризуются, образуя изоциануратные группы, которые полиолы соединяют между собой, формируя сложную полимерную структуру.

Производство

Реакция (MDI) и полиола протекает при более высоких температурах по сравнению с температурой реакции при производстве PUR. При этих повышенных температурах и в присутствии специфических катализаторов MDI сначала реагирует с самим собой, образуя жесткую циклическую молекулу, являющуюся реакционноспособным промежуточным продуктом (триизоцианатное изоциануратное соединение). Оставшийся MDI и триизоцианат реагируют с полиолом, формируя сложный поли(уретан-изоциануратный) полимер (отсюда и использование аббревиатуры PUI как альтернативы PIR), который вспенивается в присутствии подходящего вспенивающего агента. Этот изоциануратный полимер обладает относительно прочной молекулярной структурой благодаря сочетанию прочных химических связей, циклической структуры изоцианурата и высокой плотности поперечных связей, каждый из которых вносит вклад в большую жесткость по сравнению с сопоставимыми полиуретанами. Большая прочность связей также означает, что их сложнее разрушить, и, как следствие, пена PIR обладает более высокой химической и термической стабильностью: сообщается, что разложение изоциануратных связей начинается выше 200 °C, в то время как у уретана – при 100–110 °C. PIR обычно имеет соотношение MDI/полиол, также называемое его индексом (основанным на стехиометрии изоцианатов/полиолов для получения только уретана), превышающее 180. Для сравнения, индексы PUR обычно находятся в пределах 100. С увеличением индекса увеличивается как жесткость материала, так и хрупкость, хотя эта зависимость не является линейной. В зависимости от области применения продукта может потребоваться повышенная жесткость, химическая и/или термическая стабильность. Поэтому производители PIR могут предлагать несколько продуктов с одинаковой плотностью, но с разными индексами, чтобы добиться оптимальных эксплуатационных характеристик.

Применение

ПИР обычно производится в виде пены и используется как жесткий теплоизоляционный материал. Его теплопроводность обычно составляет 0,023 Вт/(м·К) (0,16 БТЕ/(ч·фут²·°F)) в зависимости от отношения периметра к площади. Панели из ПИР-пены, ламинированные чистой рельефной алюминиевой фольгой, используются для изготовления предварительно изолированных воздуховодов, применяемых в системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха. Сэндвич-панели из ПИР производятся с использованием защищенных от коррозии гофрированных стальных листов, соединенных с сердечником из ПИР-пены, и широко применяются в качестве теплоизоляции для крыш и вертикальных стен (например, для складов, заводов, офисных зданий и т.д.). Другие типичные области применения ПИР-пены включают промышленную и коммерческую теплоизоляцию трубопроводов, а также материалы для резьбы и обработки (конкурирующие с экструдированным полистиролом и жесткими полиуретановыми пенами). Эффективность теплоизоляции ограждающих конструкций здания может быть снижена из-за зазоров, возникающих в результате усадки отдельных панелей. Производственные требования ограничивают усадку менее чем до 1% (ранее 2%). Даже при усадке, значительно меньшей этого значения, образующиеся зазоры по периметру каждой панели могут снизить эффективность теплоизоляции, особенно если панели предполагается использовать в качестве паро- и инфильтрационной защиты. Использование нескольких слоев со смещенными швами, соединений типа "внахлест" или "шип-паз" значительно уменьшает эти проблемы. Полиизоцианураты изофорондиизоцианата также используются при производстве полиуретановых покрытий на основе акриловых и полиэфирных полиолов.

Опасность для здоровья

Изоляция из PIR может механически раздражать кожу, глаза и верхние дыхательные пути при обработке (например, в виде пыли). В исследованиях не выявлено статистически значимого увеличения риска респираторных заболеваний.

Риск пожара

Иногда PIR характеризуют как огнезащитный материал или утверждают, что он содержит огнезащитные добавки, однако эти характеристики основаны на результатах "маломасштабных испытаний" и "не отражают [все] опасности в реальных условиях пожара"; степень пожарной опасности включает в себя не только огнестойкость, но и потенциал выделения токсичных продуктов при различных сценариях пожара. В 2011 году в Центре изучения пожаров и опасностей Университета Центрального Ланкашира было проведено исследование пожароопасности изоляционных материалов, в котором изучались PIR и другие широко используемые материалы в более реалистичных и широких условиях, представляющих различные уровни пожарной угрозы. Было установлено, что большинство смертей в пожарах вызвано вдыханием токсичных продуктов. В исследовании оценивалась степень выделения токсичных продуктов, включая их токсичность, динамику выделения и летальность доз в различных типах пожаров – с открытым пламенем, без пламени и в условиях плохой вентиляции. В результате было установлено, что PIR в целом выделяет значительно больше токсичных продуктов, чем другие исследуемые изоляционные материалы (PIR > PUR > EPS > PHF; также изучались стекловата и минеральная вата). Особенно следует отметить, что цианистый водород является значительным фактором, способствующим пожарной токсичности пенополиизоцианурата (PIR и PUR). PIR-плиты (продукты FR4000 и FR5000 компании Celotex, входящей в состав Saint Gobain) были предложены для внешней отделки при реконструкции жилого дома Grenfell Tower в Лондоне, с вертикальным и горизонтальным монтажом толщиной 100 мм и 150 мм соответственно; впоследствии "компания Celotex из Ипсвича подтвердила, что поставляла изоляционные материалы для этой реконструкции". 14 июня 2017 года здание было охвачено пламенем в течение 15 минут, от четвертого до верхнего 24-го этажа. В ходе общественного расследования было установлено, что облицовочный материал Celotex стал одной из основных причин быстрого распространения пожара, поскольку он был гораздо более горючим, чем это допускалось строительными нормами. Celotex ввел в заблуждение регулирующие органы относительно огнестойкости облицовки, тайно добавляя огнезащитные вещества в панели, использованные при проведении испытаний безопасности.