Polyuretanová pěna (PUR pěna): Výroba, vlastnosti, použití a bezpečnost práce s diisokyanáty

Polyuretanová pěna (PUR pěna) je moderní materiál s širokým spektrem využití, od čalouněného nábytku po stavební izolace. Její vlastnosti a výrobní procesy se neustále vyvíjejí, nicméně s jejím používáním jsou spojena i specifická zdravotní rizika, zejména kvůli obsahu diisokyanátů. Tato rizika vyžadují přísné dodržování bezpečnostních předpisů a povinné školení pro profesionální uživatele.

Historie a vývoj PUR pěn

Výroba polyuretanové pěny na bázi polyesterpolyolů a pěn s uzavřenou strukturou buněk představovala převratný vynález, který zásadně změnil konstrukci čalouněného nábytku. V roce 1957 byla PUR pěna poprvé použita ve výrobě čalounění.

Významné milníky ve vývoji PUR pěn:

• 60. léta: Vývoj druhé generace PUR pěn - éterové pěny s otevřenými buňkami, které nabízely vyšší komfort pro čalouněné výrobky.
• 1970: Důležitá inovace vytvořením "supersoft" (super měkké) pěny, s přispěním nadouvadel jako metyléndichlorid a freon 11.
• 1990: V důsledku dopadu používaných chemikálií na ozónové vyčerpání stanovil Montrealský protokol velmi redukované použití mnoha chlórových látek, které obsahují nadouvadla, jako např. trichlorofluoromethan (freon 11). V průběhu dalšího vývoje již freon 11 nebyl používán jako nadouvadlo, využíval se kysličník uhličitý, aceton a metyléndichlorid.
• 80. léta: Vývoj třetí generace vysoce elastických pěn, nazývaných „studené“ pěny. Začala produkce pěn s vysokou pružností (pěny typu HR), pěn s vyšší hustotou a s jedinečnou buněčnou strukturou.
• 90. léta: Pokračující velký vývoj pěn, vytvoření pěn s vysokou elasticitou nahrazujících pěnovou pryž (pěny typu ROYAL, K). Vývoj pokračoval sérií „viskoelastických“ pěn (speciální mikroporézní polyuretanové pěny s viskoelastickými vlastnostmi - např. CELSIUS - typ DUREN). Tyto pěny mají schopnost dočasné tvarové paměti a vlivem teploty mění své vlastnosti - s rostoucí teplotou měknou. Pro lehací plochy byly dále vyvinuty speciální studené pěny s dlouholetou barevnou identifikací.

Struktura a vlastnosti PUR pěn

Polyuretanová pěna má trojrozměrnou strukturu vzájemně spojených buněk. Buňka je základní jednotkou pěny. Počet buněk se mění od 20 milionů až do 20 miliard na m³ pěny. Buňka představuje tvar dvanáctistěnu zhotovený z 30 podpěr a 12 ploch pětibokých hranolů - oken. Okna jsou povrchově ohraničená 5 podpěrami. Podpěry jsou pevný materiál pěny (elastomer polyuretanu). Zbytek pěny je naplněný vzduchem.

Pěny pro použití ve výrobě čalouněného nábytku jsou měkké lehčené polyuretany, vznikající jako adiční produkt polyisokyanátů a sloučenin s vysokým obsahem hydroxylových skupin (polyolů). Jsou tvořeny sítí buněk, které jsou převážně otevřené a navzájem propojené. Vyrábějí se pěny éterové a esterové.

Polyuretanové pěny jsou vyráběny v rozsáhlém sortimentu objemových hmotností a tvrdostí a přidáváním dalších substancí jsou modifikovány jejich charakteristické vlastnosti i přidaná hodnota. Mechanické vlastnosti jsou ovlivněné funkčností a parametry buněk pěny. Vlastnosti pěny jsou závislé na atributech jednotlivých buněk, zejména na chemických vlastnostech materiálu elastomeru polyuretanu, na tloušťce podpěr, objemu buňky, výskytu reziduálních membrán z okna a anizotropii buňky. Polyuretanová pěna je izotropní materiál. Tato její základní vlastnost je výhodná jak z hlediska opracování - dělení pěny, tak i z hlediska její aplikace v konstrukci čalouněného výrobku.

Čtěte také: BOZP truhláři

Výroba polyuretanových pěn

Výroba lehčených PUR pěn probíhá ve dvou základních technologických postupech: technologií vypěňování na kontinuálních linkách a vypěňování v diskontinuálních zařízeních - ve formě nekonečných pásů - bloků, tvarovaných dílců nebo ve formě vakuového vypěňování do potahu.

Výroba polyuretanových pěn éterových i esterových je v zásadě realizována dvěma výrobními postupy, ze kterých potom vznikají produkty nazývané „horké“ a „studené“ pěny.

Typy výrobních postupů:

• „Horké pěny“: Jsou vývojově starší. Výrobní postup je charakteristický vyššími teplotami (cca 150 °C). Struktura buněčné stěny je otevřená, rovnoměrná, buňky jsou menší. Obecně lze konstatovat, že horká pěna má nižší prodyšnost a elasticitu.
• „Studené“ pěny: Jsou vyráběny při nižších výrobních teplotách (cca 40 - 60 °C). Struktura buněk je větší a otevřenější, buňky působí jako mikropružiny. Pěna je poréznější, má vysokou elasticitu a lepší prodyšnost. Svými parametry se pěny přibližují pěnové pryži, přičemž postrádají její negativní vlastnosti.

Technologií kontinuálního pěnění je vyráběn tzv. „nekonečný blok“ (pás) PUR pěny. Součástí výrobní linky je vertikální pila, která „nekonečný pás“ dělí na jednotlivé bloky (délka bloků je stanovena dle prostorových možností skladu - 30 až 60m), které jsou systémem dopravníků následně přepraveny k dozrávání v odvětrávaných prostorách. Minimální doba „zrání“ před dalším zpracováním činí cca 3 dny.

Pro výrobu menšího množství kvalitních éterových polyuretanových pěn (např. HR pěny, viscoelastické pěny) jsou používána diskontinuální zařízení. Na výrobních vypěňovacích linkách se nejčastěji vyrábějí bloky polyuretanové pěny v rozmezí hustoty od 20 - 50 kg.m^-3. Bloky PUR pěny jsou téměř pravidelného tvaru, čímž je sníženo množství odpadu, které vzniká při kopulovitém vydutí bloku. Procesní a kontrolní systémy jsou řízeny počítačem.

Další výrobní metoda je princip pěnění tvarových dílců PUR pěny do forem. Při tomto způsobu výroby lze s výhodou vkládat před pěněním do podsestavy i další prvky. Vypěňování do formy je technologie užívaná nejen na produkty polyuretanových pěn, ale také na produkty z pěnové pryže, například pro sedadla v automobilovém průmyslu.

Čtěte také: Vše, co potřebujete vědět o nehořlavé izolaci

Pokročilé výrobní postupy:

• Retikulované - síťované pěny: Základním procesem výroby pěn je tvoření sítí. Flexibilní pěny, získané z blokové produkce částečně obsahují zavřené buňky. Termickým procesem - (explozí kyslíkového vodíku v uzavřeném reaktoru) - jsou všechny zbytkové buněčné membrány roztavené a kompletně otevřené, je získaná buněčná síť. Všechny nejdůležitější typy flexibilních pěn mohou být síťované.
• Vakuové pěnění „VakuForm“: Význam retikulace pěny pod vakuem spočívá v tom, že redukuje měkkou pěnu na pěnu se stejnoměrnou ušlechtilejší pórovitou strukturou. Pórovitá struktura pěny se optimalizuje a její hustota redukuje až o 20 %. Výhodou této technologie je i úspora surovin, neboť dosahuje menší ztráty ve spotřebě.

Zušlechťování a povrchová úprava:

Nové pěnové materiály si vyžádaly vývoj nových technologických postupů zušlechťování a s tím i konstruování nových strojně-technologických zařízení, které upravují jejich vlastnosti až po uskutečněné výrobě pěny.

• Technologie „CRUSH“: Byla vyvinuta pro zdokonalení mechanicko-fyzikálních vlastností nové generace „studených“ pěn. Stlačením pěnového materiálu až na 15 % jeho objemu a jeho valchováním válci dojde k prasknutí buněčného obalu a tím k maximálnímu otevření buněk.
• Povrchová úprava PUR pěn: Nová progresivní technologie, umožňující používání jednoduchých i složitě tvarovaných dílců bez potřeby tvorby potahu. Jedná se o aplikaci barev nástřikem přímo na dílce PUR pěny. Nástřik je proveden speciálními PUR barvami, které vytvoří na povrchu pěny tzv. „umělou kůži“ a zajistí výrobku nejen zachování pružnosti, ale i hygieničnost, neboť jsou prodyšné, vodě nepropustné a omyvatelné. Barvy jsou hygienicky nezávadné.

Pojená polyuretanová pěna (PPUR pěna):

Výroba pojené polyuretanové pěny probíhá v několika cyklech:

1. Odpad pěnového materiálu (různých jakostních typů) je drcen pomocí nožového drtiče na vločky, které jsou dopravníkem přesunuty do zásobníku.
2. Ze zásobníkového sila jsou drcené pěnové vločky šnekovým dopravníkem přesunovány a dávkovány do míchací nádoby, kde je přidán polyuretanový systém.
3. Směs pěnícího systému a vloček PUR pěny je následně důkladně promíchána.
4. Směs je rovnoměrně rozvrstvena, stlačena lisem (tlak cca 0,6 - 0,7 MPa) a párou o teplotě cca 110 °C propařena.
5. Poté je blok materiálu uvolněn z formy a přesunut do skladu, kde dozrává minimálně 24 hodin. Při zrání dochází ke zpevnění buněčné struktury, k odpaření vodní páry a zbytkových technologických složek vypěňovacího systému.

Na rozdíl od PUR pěn se PPUR pěna nevyrábí v přesně stanovených hodnotách (objemové hmotnosti a tvrdosti), rozlišuje se u ní pouze objemová hmotnost. PPUR pěny se vyrábí v sortimentní řadě objemových hmotností od cca 35 do 230 kg.m^-3. Jejich číselné označení je zároveň informací o objemové hmotnosti materiálu. Výroba PPUR pěny je možná i do tvarovaných forem. Výhodou této technologie oproti pěnění PUR pěny do formy je zejména skutečnost, že výrobní náklady na tvorbu formy pro PPUR pěnu jsou nízké, a tudíž je tato technologie vhodná i pro malé výrobkové série. Další nespornou výhodou pěnění PPUR pěny do formy je možnost předem vložení dalších prvků, které jsou potřebné pro konstrukci výrobku.

Značení PUR pěn a nové materiály

PUR pěny jsou značeny písmenem a číselným vyjádřením. Písmeno většinou značí klasifikaci pěny, číselné označení je údaj hodnot objemové hmotnosti (OH) v kg.m^-3 a tuhosti (při 40% poměrném stlačení) v kPa. Příklad: N 4050 - typ pěny Normal, OH 40 kg.m^-3, tuhost 5,0 kPa. Číselné označení vyjadřuje relaci hodnoty, přípustnou pro daný typ pěny. Tuhost, kvalita a životnost je dána typem PUR pěny, složením receptury a stupněm vypěnění.

Neustálý vývoj nových pěnových materiálových variant nabízí konstruktérům čalouněného nábytku další zajímavé možnosti.

Čtěte také: Zbavte se myší v izolaci montážní pěnou

Příklady nových pěnových materiálů:

• GELTECH: Gelový 3D materiál, který má schopnost „obtékání“ těla uživatele, dodává vyšší oporu s velmi dobrou tepelnou vodivostí a zároveň schopností akumulace tepla. Použit v jádru matrace.
• CELLPUR: PUR pěna s příměsí celulózy, která zvyšuje schopnost pěny absorbovat vlhkost prostřednictvím vnitřní struktury velmi jemných vláken. Uplatnění nachází zejména ve výrobě profilovaných pěnových matrací nebo jader matrací.
• ELIOSOFT a ELIOFORM: Pěnové materiály, vyvinuté kombinací polyuretanové pěny pěněné ve vodě sloučené s molekulami latexu. Pěna má mikrobuněčnou strukturu, je pružná, prodyšná a výborně reguluje vlhkost, zajišťuje optimální tuhost a odolnost matrace.
• HYDROLATEX: Nově vyvinutá pěna, vzniklá kombinací pěnové pryže a PUR pěny. Její příčná perforace zabezpečuje dokonalou ventilaci, pěna má lepší propustnost než samotná PUR pěna.
• VISCOLATEX: Viskoelastická pěnová pryž s tvarovou pamětí, která v sobě spojuje výhody materiálů s efektem pomalého vracení a pěnové pryže. Materiál je přizpůsobivý, prodyšný, pružný, tvarově stálý s vysokou trvanlivostí.
• Vícehustotní pěnová pryž (Dual latex by Gumotex): Nový typ pěnové pryže, který vznikl zapěněním dvou typů pěnové pryže do jediného jádra (bez lepení), kde je spodní vrstva s vyšší hustotou a horní vrstva s nižší hustotou pěny.

Bezpečnost práce s diisokyanáty (BOZP PUR pěna)

Diisokyanáty, klíčové složky při výrobě PUR pěn a lepidel, představují významná zdravotní rizika. Mohou způsobovat kontaktní dermatitidu, typické projevy alergické rýmy, ale zejména jsou po dlouhé expozici příčinou vzniku alergického bronchiálního astmatu. Mají místní dráždivý účinek, který je způsoben reakcí mezi vysoce reaktivními isokyanátovými skupinami a bílkovinami, což může v mezním případě vést až k odumření tkáně. I jednorázová expozice může být škodlivá, například vysoká koncentrace toluendiisokyanátu může vyvolat akutní toxickou bronchitidu s obstrukčními dýchacími obtížemi včetně snížení výměny plynů v plicích.

Práce s isokyanáty představuje profesní riziko podle čl. 2.21. části II, přílohy vyhlášky č. 79/2013 Sb. Mladistvým zaměstnancům jsou zakázány práce s chemickými látkami se standardními větami nebezpečnosti H317 a H334, jak stanovuje § 5 odst. 1 písm. f) bod 5. vyhlášky č. 180/2015 Sb.

Legislativní požadavky a povinná školení

S účinností k 24. srpnu 2023 dochází ke změně nařízení REACH pro používání diisokyanátů pro profesionální použití. Zakazuje se používání látek, které mají více než 0,1% hmotnostního obsahu diisokyanátů. Povinnost vyplývá z přímo účinného NAŘÍZENÍ KOMISE (EU) 2020/1149 ze dne 3. srpna 2020, kterým se mění příloha XVII nařízení Evropského parlamentu a Rady (ES) č. 1907/2006 o registraci, hodnocení, povolování a omezování chemických látek, pokud jde o diisokyanáty.

Všichni zaměstnanci, kteří pracují s diisokyanáty (např. PU pěny a lepidla), musí nejdéle do 24. 8. 2023 absolvovat odborné školení v rozsahu stanoveném v příloze XVII, nařízení REACH. Pokud ve výrobě nebo v terénu aplikujete PU/PUR pěny, tmely, lepidla nebo nátěry s obsahem diisokyanátů ve směsi v koncentraci nad 0,1 %, je nutné BOZP školení. Tato povinnost se nevztahuje na hobby/domácí použití.

Odbornou přípravu, tj. školení pracovníků, kteří manipulují s diisokyanáty nebo na tyto úkoly dohlížejí, zajistí ten, kdo látky a výrobky obsahující diisokyanáty vyrábí nebo uvádí na trh. Školení můžete absolvovat prostřednictvím osoby odborně způsobilé v prevenci rizik (BOZP). Rozsah odborné přípravy stanoví příloha XVII nařízení (ES) č. 1907/2006. Zaměstnavatel nebo OSVČ v případě kontroly doloží úspěšné absolvování školení, které je nutné opakovat co 5 let.

Na obalu musí být uvedeno: „Ode dne 24. srpna 2023 je pro průmyslové a profesionální použití vyžadováno odpovídající školení.“

Preventivní opatření a ochrana zdraví

Problémem je používání výrobků obsahujících diisokyanáty na dočasných pracovištích - zejména ve stavebnictví. Zde není zpravidla možné dodržet prostorové požadavky, odvětrávání apod. Zjišťování reálných koncentrací v pracovním ovzduší je velmi obtížné až nemožné. Pro měření koncentrace se používá měření v dýchací zóně. Dermální expozice měřitelná není. Rozhodující je celková dávka, nikoliv koncentrace či doba expozice.

Chemické látky a prach musí být, pokud to technicky možné, zachyceny přímo u zdroje. K tomu slouží zakrytí zdroje nebo vybavení místním odsáváním. Místní odsávání musí být v provozu souběžně s technickými výrobními zařízeními a musí být zajištěno tak, aby při vypnutí odsávacího zařízení bylo souběžně zastaveno i technické výrobní zařízení. U zdrojů škodlivin musí být místní odsávání vybaveno sacím nebo hermetizačním nástavcem, například skříní nebo kapotou, které zabrání šíření chemických látek a prachu do pracovního ovzduší. Vývody odváděného vzduchu do venkovního prostoru musí být umístěny tak, aby nedocházelo k zpětnému nasávání chemických látek a prachu do prostoru pracoviště větracím zařízením. Pokud se odvádí vzduch do venkovního prostoru, musí být zajištěn přívod venkovního vzduchu, který splňuje požadavky na mikroklimatické podmínky a tlakové poměry ve větraném prostoru. (§ 42 odst. 3 nařízení vlády č. 361/2007 Sb.)

Doporučené osobní ochranné pracovní prostředky (OOPP):

• Dýchání: Polomaska s vyměnitelnými filtry (ČSN EN 140 + EN 14387) - A2P3 při stříkání! Celoobličejová maska (ČSN EN 136) - Celoobličejová při stříkání 2K.
• Ruce: Rukavice proti chemikáliím (ČSN EN ISO 374-1) - Chemické (senzibilizace kůží!).
• Tělo: Ochranný oděv proti chemikáliím (ČSN EN 13034 / EN 14605) - Ochranný oblek při stříkání.

Kombinace technických a organizačních preventivních opatření, opatření pro mimořádný únik nebo zvýšenou expozici a odborná příprava jsou klíčové pro zajištění bezpečnosti.

Požární bezpečnost PUR pěn

Při výběru izolačního materiálu je důležité zohlednit i požární bezpečnost. PUR pěna používaná ve stavebnictví je stříkaný izolační materiál, který vyplňuje i těžko dostupné mezery. Po roztažení a vytvrzení má strukturu mikrobuněk, které fungují jako izolant. Dokonale přilne k podkladu, díky čemuž nevznikají tepelné mosty.

PUR pěna je považována za samozhášivý materiál. To znamená, že pokud dojde ke vznícení, tento materiál neskapává a zpomaluje hoření, čímž může dojít k samovolnému uhašení ohně. V případě menšího požáru pak získáte čas uhasit oheň dříve, než se rozšíří a napáchá velké škody. Nicméně, samozhášivost neznamená nehořlavost. Při působení vysokých teplot se na povrchu PUR pěny vytvoří karbonizovaný povlak, který omezuje přívod kyslíku do vnitřních izolačních vrstev. Po odstranění zdroje ohně pěna přestane hořet. V případě, že se nepodaří oheň včas uhasit, však může PUR pěna vzplanout.

Třída reakce na oheň stanovená na základě normy PN-EN 13501-1:2019-02P pomáhá určit, jak se bude materiál chovat při kontaktu s plamenem. PUR pěna je nejčastěji klasifikována jako třída E, což znamená, že po odstranění zdroje ohně neudrží plamen. V pokročilejších systémech, např. v kombinaci se sádrokartonovou deskou odpovídajících parametrů, lze získat vyšší třídy, např. B-s1, d0.

Opatření pro zvýšení požární bezpečnosti:

• Požární předpisy stanovují skladbu konstrukce s tzv. nárazníkovou protipožární vrstvou jako je sádrokarton (bílý nebo červený dle požadované doby požární odolnosti).
• Při správné aplikaci PUR pěny a překrytí její vrstvy např. sádrokartonem odpovídající požární odolnosti se celý systém dokáže účinně bránit plamenům.
• V objektech s vyšším nebezpečím požáru, jako jsou sklady hořlavých materiálů, lze dodatečně použít speciální ohnivzdorné barvy a nátěry pro zvýšení odolnosti celé konstrukce.
• Pravidelné kontroly stavu izolace, zejména v místech vystavených vlhkosti nebo poškození, pomáhají udržet její vlastnosti po mnoho let.

PUR pěna je moderní izolační materiál. Přestože není plně nehořlavý, v praxi významně nezvyšuje riziko šíření požáru a poskytuje tak cenný čas na reakci v ohrožující situaci. Správně zvolené a aplikované způsoby instalace činí z PUR pěny prvek odolné a účinné izolace.

Tabulka: Rizika a preventivní opatření pro práci s diisokyanáty

tags: #bozp #pur #pena #informace

Oblíbené příspěvky:

• Rozdíly mezi dvojitou a dvojnásobnou zásuvkou
• jak zajistit požární odolnost konstrukcí v prostorách s vysokou vlhkostí
• Více o PVC redukci 125 mm
• Rozměry beden na zahradní nářadí
• Průvodce latexem a PVC pro muže