От зданий до обуви
В 1937 году над непонятным материалом, изобретенным немецким химиком Отто Байером, смеялись в открытую. Однако семь лет спустя в Германии был налажен промышленный выпуск полиуретана; в 60-е годы прошлого века наступила эра пенополиуретана.
Пенополиуретан (ППУ) — действительно уникальный материал, соединивший в себе прочность, эластичность, низкую водопроницаемость и теплопроводность, а также высокую адгезию (способность к сцеплению) с другими строительными материалами. Из всех изоляционных материалов ППУ — один из самых эффективных и надежных. Современное развитие полиуретановых технологий направлено в первую очередь на изменение технологических процессов и уменьшение использования нефтяных продуктов. Так, немецкий концерн Covestro разработал технологию получения полиола — важнейшего компонента пенополиуретана — из диоксида углерода и в этом году запустил ее в промышленном масштабе. Для индустрии пластмасс появление этого нового источника сырья стало значительным экономико-экологическим прорывом.
Сегодня из пенополиуретана не только строят, но и делают влагостойкую спецодежду и обувь, доски для серфинга, материалы для творчества и многое другое. Мировая звезда архитектуры и дизайна Заха Хадид создала из пенополиуретана десятки интерьерных арт-объектов: по внешнему виду ППУ может походить на натуральный камень, дерево или даже лед. Из пенополиуретана изготавливают и внешний декор для зданий и помещений — всевозможные лепные украшения, которые выглядят как гипсовые, однако не желтеют со временем, не осыпаются и живут гораздо дольше.
По данным Европейской ассоциации производителей диизоционатов и полиолов (ISOPA), в полиуретановой промышленности Европы сегодня работают 23,5 тыс. компаний, где заняты 817 тыс. сотрудников; объем рынка выпускаемой ими продукции превышает €125 млрд в год. Кроме того, более 71 тыс. компаний более чем с 2 млн сотрудников косвенно вовлечены в европейский полиуретановый рынок.
Нормативный тормоз
Россия в европейском процессе производства и переработки пенополиуретанов пока играет незначительную роль. Исполнительный директор Национальной ассоциации производителей панелей из ППУ (НАППАН) Алексей Горохов говорит, что рынок полиуретановых материалов в России отстает от европейского примерно на десять лет.
На российском рынке используется ППУ отечественного производства, который не хуже импортного: при его выпуске используются те же европейские технологии. Применять пенополиуретан в строительстве шире, чем это происходит сейчас, мешают устаревшие нормативные отраслевые документы, разработанные еще в 50-х годах прошлого века. «Как только нормативная база будет модернизирована, ППУ начнет завоевывать рынок», — уверен Алексей Горохов. Совместно с Санкт-Петербургским политехническим университетом НАППАН разработала документы по применению новых материалов. Два года назад на заседании совета по модернизации экономики при президенте РФ предложения ассоциации были одобрены. В ближайшие несколько лет строительные нормативы будут актуализированы с учетом использования ППУ, а значит, перед этим материалом откроются перспективы захвата рынка.
Другие причины ограниченного использования ППУ в России — высокая стоимость этого материала и неосведомленность массового потребителя о его свойствах. Менеджер по реализации компании «ППУ XXI век» Игорь Жабин приводит такой пример. При возведении дачных домов в проект обычно включают самые дешевые утеплители. Однако через четыре-пять лет эксплуатации, когда паропроницаемая минеральная вата перестает греть дом, хозяева задумываются о более качественном утеплении и заказывают напыление ППУ, которое стоит в несколько раз дороже минваты, но не поддается воздействию влаги.
В компании «Техностиль КЗЛМК» отмечают, что дело еще и в классе горючести материалов. Самый распространенный утеплитель — минвата имеет класс горючести НГ (негорючие материалы). Утеплитель для сэндвич-панелей пенополиизоцианурат имеет класс Г1 (слабогорючие материалы), пенополиуретан — Г3 и Г4 (нормально горючие и сильно горючие). Тем не менее даже по существующим нормативам материалы класса Г1 подходят для большинства строений.
Сэндвич с полиуретаном
Как известно, здания являются самым большим источником выбросов углекислого газа, образующегося при выработке тепловой энергии, — это треть всех глобальных выбросов CO₂. Кроме того, на здания приходится 40% общемирового энергопотребления. Благодаря своим энергоэффективным свойствам пенополиуретан нашел широкое применение на рынке стройматериалов. Это сэндвич-панели с ППУ, которые обладают высокими теплоизоляционными показателями и применяются в строительстве энергоэффективных домов.
Так, здания детских садов, какие сегодня строятся в Германии, потребляют всего 12 кВт·ч на 1 кв. м в год. В России нормативные расходы на отопление таких помещении в 13 раз выше.
В Великобритании коттеджи со стенами и перегородками из сэндвич-панелей и внутренней изоляцией из ППУ строят с 70-х годов прошлого века. Пенополиуретановые плиты массово используют в Швейцарии, Германии и Франции для домиков-шале и загородных коттеджей, а в Норвегии ППУ применяют не только для внутренних перегородок, но и для несущих стен в жилых домах — короб из дерева, облицованный металлом, заполняется полиуретановой начинкой.
На российском рынке конструкционных сэндвич-панелей доля ППУ составляет 29%. Это самый освоенный сегмент для полиуретана в России (не считая монтажных пен, которые из других материалов просто не изготавливаются). В Европе средняя доля ППУ в сэндвич-панелях достигает 67%.
«Перспективное направление использования ППУ — это теплоизоляция», — считает Алексей Горохов. В России утеплитель из полиуретана производят в виде плит, облицованных фольгой. Получается материал, по влагостойкости и огнеупорности значительно превосходящий широко используемую минеральную вату. К тому же плиты ППУ придает кровле прочность. «Полистирольный утеплитель, который у нас сейчас применяют, непрочен, он плохо выдерживает вес людей, которые, например, чистят крышу от снега. Через три-четыре года новую кровлю приходится латать, а через семь-восемь лет она уже вся состоит из заплаток. ППУ делает кровлю более долговечной», — объясняет эксперт. Помимо прекрасных изолирующих свойств такие кровли еще и противостоят образованию наледи и сосулек, что для России с ее холодным климатом более чем актуально.
Несмотря на свои превосходные характеристики, полиуретан занимает на российском рынке кровельных теплоизоляционных материалов менее 2% (в европейских странах — 17%). В США 76% плоских кровель изготовлены с использованием пенополиуретана в качестве утеплителя. В Нидерландах жестким ламинированным полиуретаном покрывают крыши зданий и для утепления, и для прочности. Более широкому использованию теплоизоляционных плит для утепления кровель в России опять же мешают устаревшие строительные нормативы.
В полной изоляции
Еще одно направление в использовании пенополиуретана — утепление и изоляция поверхностей с помощью монтажной пены и напыления. Главные плюсы ППУ-покрытий — высокая скорость нанесения, низкие трудозатраты и невысокая цена. Интересное применение полиуретановым покрытиям нашли городские власти Нью-Йорка. Ураган «Сэнди» в 2012 году частично разрушил одну из важных туристических достопримечательностей — манхэттенский квартал Морской порт, где находятся исторические здания, популярные рестораны и магазины. Чтобы быстрее привести в порядок эту часть города к началу туристического сезона, городские власти нашли малобюджетное решение: собрать многоуровневое «здание» из подержанных грузовых контейнеров.
Контейнеры привезли на место, вырезали проемы для дверей и окон и подвели к ним коммуникации. Снаружи их покрыли жестким закрытоячеистым ППУ. На внутреннюю поверхность был напылен тонкий слой жидкого ППУ. После этого стены изнутри закрыли листами фанеры, поверх которых нанесли чистовую отделку. Так 11 контейнеров за двое суток были превращены в модные бутики. Операции с ППУ на объекте выполняли всего двое рабочих.
Изолирующие свойства полиуретана использовали во время реконструкции Кливлендского музея искусств в Огайо. Первоначально здание не предполагали ремонтировать — собирались лишь пристроить дополнительные музейные площади. Однако в ходе работ обнаружилось, что теплоизоляция из стекловаты разрушилась и пропиталась влагой. Это угрожало экспонатам. Стекловату удалили, а на стены напылили тонкий слой пенополиуретана. Поверхности суммарной площадью 50 тыс. кв. м получили бесшовную защиту. Работы были выполнены силами трех рабочих за несколько дней, а первоначальный бюджет стройки почти не изменился.
Музей «Летная гавань» в столице Эстонии Таллине своим существованием обязан полиуретану. Музей занимает бывшие ангары для военных гидросамолетов, представляющие собой архитектурно-историческую ценность. Три объединенных между собой ангара с литыми железобетонными куполами уже начинали разрушаться: высокая влажность воздуха, идущего с Балтики, ветер и перепады температур оказались губительны, поскольку толщина бетонных кровель в отдельных местах не превышала четырех сантиметров. Спасти уникальные сооружения удалось с помощью пенополиуретана. На поверхности был напылен слой ППУ, который не утяжелил кровлю и защитил ее от воздействия внешней среды. В настоящее время в музее экспонируются различные объекты водного транспорта — от исторических до современных.
Не холодно, не жарко
Пенополиуретан быстро доказал свою незаменимость в экстремальных условиях, в частности в Антарктиде, где зафиксирован абсолютный рекорд холода на нашей планете — минус 86,9 градуса. Его активно используют при строительстве антарктических станций. Например, американская станция «Амундсен — Скотт» на Южном полюсе возведена с применением теплоизоляционных панелей и дополнительным ППУ-утеплителем. Пенополистирол использует при строительстве своей первой антарктической станции и Белоруссия.
В России структурные панели из пенополиуретана и жидкое напыление ППУ применяются в условиях Крайнего Севера для изоляции трубопроводов («скорлупа» из полиуретана выдерживает температуру от -140 до +180°С), а также буровых платформ и других установок.
Пенополиуретан в космос вывела NASA. Инженеры немного переработали материал для усиления прочности, и ППУ обеспечил термоизоляцию топливных баков «Шаттл», в которые закачивалось жидкое топливо с температурой ниже 250 градусов. В российской космонавтике пенополиуретан применялся для изоляции топливных баков ракеты-носителя «Энергия», выводившей на околоземную орбиту советский челнок «Буран».
