Руководство для непрофессионалов по пене в матрасах
23 марта 2021 г.
Оказывается, пены гораздо больше, чем кажется на первый взгляд. Кредит: Getty Images / FotoDuets
Автор Линдси Викерс
Обновлено 22 марта 2021 г.
Пена — один из тех материалов, которые почти везде в нашей жизни: домашняя изоляция, сиденья в автомобилях и самолетах, под коврами и, конечно же, в матрасах. Как автор статьи о сне в Reviewed, я провожу много времени, тестируя и анализируя различные пенопластовые матрасы, и это слово я печатал черт знает сколько раз за последний год на моей работе. Но это заставило меня задуматься: что на самом деле это пена ? Откуда он берется и как его делают?
Вот все, что вы хотели знать (и еще немного) о пене и о том, как она может помочь вам заснуть.
Что такое пена и как она производится?
Матрас Tuft & Needle Original полностью состоит из пены, но обеспечивает отличный баланс жесткости и поддержки.
Производство пены имеет некоторые общие черты с выпечкой: вы собираете несколько ингредиентов, смешиваете их, и они превращаются из смеси, похожей на жидкое тесто, в конечный продукт. Пены для матрасов состоят всего из трех компонентов: полиолы, основные строительные блоки, которые чаще всего получают из масел, таких как нефть; изоцианаты, представляющие собой реагенты, вызывающие химические изменения при смешивании с полиолами; и пенообразователи, которые создают пузырьки газа в пене. Смешайте их вместе в правильных пропорциях и, вуаля, у вас есть пена. Латекс, который менее распространен в матрасах и состоит из других компонентов, также может быть превращен в пену. Сильно упрощая, пена похожа на «кирпичи из пузырей», — говорит Джей Ти Марино, соучредитель компании Tuft & Needle, производящей матрасы в коробке.
Производители могут изменить ощущение пены, изменив пропорции различных ингредиентов. Твердость, в частности, регулируется соотношением изоцианатов и полиолов. «По сути, чем больше изоцианата, тем тверже будет пена; чем меньше изоцианатов, тем мягче будет пена», — говорит Марино.
После смешивания ингредиентов и охлаждения пены (в результате реакции выделяется много тепла) производители получают массивные блоки пены. Их разрезают на более мелкие кусочки, называемые «булочками», — говорит Джейми Даймонштайн, директор по продукции компании Leesa, производящей матрасы. По его словам, булочки снова разрезают, чтобы получить кусок пенопласта, который имеет правильную толщину, ширину и высоту для данного матраса. После этого нужно просто приклеить пенопласт к дополнительным кускам пенопласта или другим компонентам матраса, например, к пружинам в случае гибридных матрасов, и завернуть их в большой тканевый мешок — такой чехол вы видите как потребитель.
Какие типы поролона используются в матрасах?
Латекс из натурального каучука может быть более экологичным, чем варианты из полиуретана и пены с эффектом памяти.В кроватях используются два основных типа пены: пенополиуретан и пена с эффектом памяти. Они основаны на одних и тех же основных ингредиентах, и оба имеют некоторую способность контурировать и прощающую, гибкую поверхность, но ощущения, которые они вызывают во сне, совершенно разные.
Полиуретанизвестен тем, что имеет более упругую поверхность и может быть дешевле, чем пена с эффектом памяти (отчасти потому, что используемый изоцианат может быть TDI, тогда как для пены с эффектом памяти требуется MDI, который дороже), говорит Марино.
«Пена с эффектом памяти», термин, который вы, вероятно, слышали раньше, также может иметь два других названия: вязкоупругая пена и темперирующая пена. Этот тип пены создает ощущение погружения в матрас Tempur-Pedic, оригинальный матрас с эффектом памяти. Этот материал был разработан НАСА в 1960-х годах для поглощения ударов и повышения комфорта сидений в самолетах НАСА.
В конечном итоге формула была выпущена на публичный рынок, чтобы другие производители могли использовать этот материал в своих продуктах. Он не использовался в качестве материала для матрасов до 19 века.90-х, а сейчас практически повсеместно. Он по-прежнему известен своей способностью приспосабливаться к телу, что, по утверждению некоторых производителей, снимает точки давления.
Я был удивлен, узнав, что латекс — это тоже пена. Он менее распространен в матрасах (хотя его можно найти), чем полиуретан и пена с эффектом памяти, и, как правило, стоит дороже. Как и пенополиуретан, в синтетическом латексе часто используется нефть, но натуральный латекс может быть более экологически чистым, поскольку его получают из каучуковых деревьев. Есть два метода производства латекса: dunlop и talalay. Dunlop — более старый и традиционный метод. В нем смесь заливается в форму, которую она полностью заполняет. Полученный латекс обычно более твердый. Латекс Talalay начинается так же (смесь заливают в форму), прежде чем процесс расходится.
После того, как форма заполнена, она вакуумируется, создавая равномерное распределение по всей форме, а затем проходит цикл замораживания, нагревания и охлаждения, что приводит к затвердеванию материала. Лучшее распределение латекса, вызванное вакуумной герметизацией, создает продукт, который обычно считается более мягким и может иметь более однородное ощущение.
Существуют ли другие различия между пенами?
Еще одним более техническим соображением является «ячеистая структура» пенопласта. В пене с эффектом памяти и пенополиуретане есть два подтипа структуры пены, называемые открытыми или закрытыми порами, которые вы не можете видеть, но которые все же могут иметь значение для вашего сна, когда речь идет о регулировании температуры. Различные структуры ячеек являются результатом того, как пена реагирует на вспенивающие агенты, и формы, которую принимают пузырьки, когда материал полностью затвердеет.
В пенопласте с открытыми порами пузырьки, образующиеся во время производства, по существу лопаются, оставляя сетку, которая делает внутреннюю часть пены более связанной и менее плотной, а не закрытой и полностью заключенной.
с закрытыми порами, напротив, сохраняет форму большинства отдельных пузырьков, которые образуются во время производства. Эти пузырьки имеют тенденцию удерживать тепло, потому что клетки представляют собой изолированные отсеки, а не взаимосвязанную сеть. (По той же причине пенопласт с закрытыми порами может быть лучше для изоляции зданий.) По словам Марино, открытость структуры ячеек пенопластового матраса играет наибольшую роль в сохранении тепла. Помимо изменения способности матраса удерживать тепло, ячеистая структура не оказывает заметного влияния на ощущения матраса, когда вы на нем спите.
Большинство производителей матрасов не рекламируют, является ли пена, используемая в продуктах, с открытыми или закрытыми порами, поэтому я решил узнать об этом в чатах службы поддержки на веб-сайтах компаний. Представители Leesa и Tuft & Needle сразу же ответили, что все используемые пенопласты имеют открытые поры. Другие были менее ясны. Dreamcloud и Nectar не смогли подтвердить тип пены, используемой в матрасах, а только повторили более общие сведения, указанные на веб-страницах продукта. Представитель Nectar сказал мне: «Мы не получаем такие вопросы каждый день… вы, должно быть, очень разборчивы со своим матрасом». Далее она сказала мне, что на самом деле не было ответа на вопрос, является ли ячейка матраса открытой или закрытой, «потому что Нектар плюшевый».) Итог: выяснение структуры ячеек матраса из пены с эффектом памяти или пенополиуретана может доказать сложно, но если вы склонны спать в горячем состоянии, возможно, вам стоит найти тот, который с открытыми ячейками.
Каковы плюсы выбора поролонового матраса?
Матрасы из пеноматериала могут облегчить состояние бедер и плеч тех, кто спит на боку.Поролоновые матрасы популярны не зря. Материал повторяет контуры и может уменьшить точки давления, обеспечивая большую амортизацию, чем, скажем, матрас с чистыми внутренними пружинами. Кроме того, многие варианты твердой пены намного дешевле, чем гибридные матрасы, которые сочетают в себе лучшие качества внутренних пружин и пены.
При покупке матраса вы должны искать что-то, что обеспечит равномерное распределение давления. Пена с эффектом памяти особенно хорошо распределяет давление и обеспечивает поддержку, что может сделать ее хорошим выбором. Он также обладает уникальным ощущением погружения и убаюкивания, которое трудно воспроизвести, поэтому, если это ощущение вам по душе, пена с эффектом памяти может быть подходящим вариантом.
Несмотря на то, что пена с эффектом памяти уникально хороша для ощущения погружения, это не единственная пена с поддерживающей поверхностью для сна.
Наш любимый матрас, Tuft & Needle Original, представляет собой матрас из твердой пены, который удивительно прочный и не обладает таким же количеством «памяти», как настоящие пены с эффектом памяти (но не теряет небольшой упругости поверхности), и предлагает много удара для вашего доллара в 695$ для королевы. Конечно, есть множество других вариантов, от матраса Nectar, который относится к более мягкой стороне, до Amerisleep AS3, который находится на более жестком конце спектра. Другими словами: когда дело доходит до пены, каждый найдет что-то для себя.
Каковы недостатки выбора поролонового матраса?
Мягкая пена, которая обеспечивает амортизацию, может быть отличным вариантом для тех, кто спит на боку, у которых есть точки давления на плечах и бедрах. Несмотря на все преимущества пенопласта, у него все же есть один существенный недостаток: удержание тепла. Для людей, которые спят в холоде или живут в районах, где лето, как правило, более прохладное (или у кого действительно хороший климат-контроль в спальне), это может не беспокоить.
Некоторые производители, такие как Leesa, заявляют, что в них интегрированы конструктивные особенности, смягчающие эту проблему. Они включают в себя все: от пробивки небольших отверстий в пене для увеличения циркуляции воздуха до покрытия ее тканью, предназначенной для отвода пота, до наслоения ингредиентов, таких как графит или медь, в саму пену, которые претендуют на способность регулировать температуру. Но действительно ли они работа сомнительна, по моему опыту. В дополнение к использованию пены с открытыми порами, Leesa, например, утверждает, что матрасы Leesa Original Mattress и Leesa Hybrid имеют «охлаждающий слой верхней пены, который способствует циркуляции воздуха во время сна… матрас из пены с эффектом памяти без пота». Когда я тестировал Leesa Hybrid, я не заметил никакого удержания тепла. Но моя сестра недавно получила оригинальный матрас Leesa и обнаружила, что он спит очень горячим (до такой степени, что она планирует воспользоваться политикой возврата). Я пекла на Tempur-Cloud, несмотря на заявления компании, что он «подстраивается под вашу температуру».
Другим потенциальным недостатком является экологическая стоимость производства пенопласта. По словам Марино, по большей части сырье для производства полиолов получают из нефтяных масел. Иногда необходимые масла могут быть получены из касторовых бобов, хотя они по-прежнему наносят ущерб окружающей среде из-за своего роста, усугубляемого обработкой, которой они подвергаются для производства масла. Если экологичность вызывает беспокойство, а бюджет не является серьезной проблемой, подумайте о покупке латексных матрасов, хотя убедитесь, что вы ищете натуральный латекс в отличие от синтетического.
Подходит ли вам поролоновый матрас?
Есть множество поролоновых матрасов в коробке. Матрасы из пеноматериала могут подойти, если вы любите спать на боку (исследователи обнаружили, что люди проводят в этом положении более половины каждой ночи, сознательно или нет) и/или предпочитаете более мягкую поверхность для сна, и вам никогда не бывает жарко. Тем не менее, пеноматериалы могут быть очень прочными и могут быть разработаны для более прохладного сна, а среди множества вариантов каждый найдет что-то для себя.
Как и в случае со всем сном, все в конечном итоге сводится к вашим личным предпочтениям и тому, как вы ловите свои лучшие ззз, и это то, что можете решить только вы. Покупать матрасы в Интернете может быть сложно, поэтому просто помните, что у большинства компаний есть большие пробные периоды сна. В конце дня (и, кхм, всю ночь) сон на одном из них может быть просто способом решить, подходит ли вам конкретный поролоновый матрас.
Специалисты Reviewed позаботятся обо всем, что вам нужно для совершения покупок. Подпишитесь на Reviewed в Facebook, Twitter и Instagram, чтобы быть в курсе последних предложений, обзоров продуктов и многого другого.
Цены были точными на момент публикации этой статьи, но со временем могут измениться.
https://www.reviewed.com/sleep/features/what-is-memory-foam-polyurethan-foam-mattress
« Предыдущий пост Следующий пост »Полиуретаны
Полимерные материалы, известные как полиуретаны, образуют семейство полимеров, которые существенно отличаются от большинства других пластиков тем, что в них нет уретанового мономера, а полимер почти всегда образуется в процессе изготовления конкретного объекта.
Полиуретаны получают экзотермическими реакциями между спиртами с двумя или более реакционноспособными гидроксильными (-ОН) группами на молекулу (диолы, триолы, полиолы) и изоцианатами, которые имеют более одной реакционноспособной изоцианатной группы (-NCO) на молекулу (диизоцианаты, полиизоцианаты). Например, диизоцианат реагирует с диолом:
Группа, образующаяся в результате реакции между двумя молекулами, известна как «уретановая связь». Это неотъемлемая часть молекулы полиуретана.
Применение полиуретанов
Физические свойства, а также химическая структура полиуретанов зависят от строения исходных реагентов, в частности групп R 1 и R 2 . Характеристики полиолов — относительная молекулярная масса, количество реакционноспособных функциональных групп на молекулу и молекулярная структура — влияют на свойства конечного полимера и, следовательно, на то, как он используется.
Рисунок 1 Использование полиуретанов.
Существует фундаментальное различие между производством большинства полиуретанов и производством многих других пластиков. Полимеры, такие как поли(этилен) и поли(пропилен), производятся на химических заводах и продаются в виде гранул, порошков или пленок. В последующем из них изготавливают изделия путем нагревания полимера, формования его под давлением и охлаждения. Свойства таких конечных продуктов почти полностью зависят от свойств исходного полимера.
Полиуретаны, с другой стороны, обычно перерабатываются непосредственно в конечный продукт. Большая часть производимых полиуретанов имеет форму больших блоков пенопласта, которые нарезаются для использования в подушках или для теплоизоляции. Химическая реакция также может происходить в формах, что приводит, например, к бамперу автомобиля, корпусу компьютера или строительной панели. Это может произойти, когда жидкие реагенты распыляются на поверхность здания или наносятся на ткань.
|
2. Никакой другой пластик не может быть изготовлен так же, как полиуретан. Пены могут быть гибкими или жесткими, устойчивыми к холоду или особенно приятными для кожи. Все сводится к способу смешивания полиуретановых «строительных блоков». Комбинированный эффект управления свойствами полимера и плотностью приводит к существованию очень широкого спектра различных материалов, так что полиуретаны используются во многих областях (таблица 1).
Некоторые примеры основных причин выбора полиуретанов, как показано в Таблице 1.
прочность, долговечность
жизнь
Таблица 1.
Свойства и применение полиуретанов.
Полиуретаны могут быть жесткими или каучукоподобными при любой плотности от, скажем, 10 кг м -3 до 100 кг м -3 . Общий диапазон свойств, доступных разработчику и производителю, явно очень широк, и это отражается во множестве самых разных применений полиуретанов.
Годовое производство полиуретанов
| Мир | 17,9 млн тонн 1,2 |
| Европа | 3,5 млн тонн 3 |
1. В 2015 году. Ожидается 19,0 и 26,4 млн тонн в 2016 и 2021 годах соответственно. Research and Markets, 2016.
2. По оценкам, на сегодняшний день на долю Китая приходится более 50% от общей мощности, HIS Markit, 2014
3. Plastics — the Facts, 2016 PlasticsEurope, 2016
Производство полиуретанов
Поскольку полиуретаны получают в результате реакции между изоцианатом и полиолом, раздел делится на три части:
а) производство изоцианатов
б) производство полиолов
в) производство полиуретанов
( а) Производство изоцианатов
Хотя существует много ароматических и алифатических полиизоцианатов, два из них имеют особое промышленное значение.
У каждого из них есть варианты, и вместе они составляют основу около 95% всех полиуретанов. Это:
- TDI (толуолдиизоцианат или метилбензолдиизоцианат)
- МДИ (метилендифенилдиизоцианат или дифенилметандиизоцианат).
TDI был разработан первым, но в настоящее время используется в основном в производстве гибких пеноматериалов низкой плотности для подушек.
Смесь диизоцианатов, известная как TDI, состоит из двух изомеров:
Исходным материалом является метилбензол (толуол). При взаимодействии со смешанной кислотой (азотной и серной) основными продуктами являются два изомера нитрометилбензола (НМБ).
При дальнейшем нитровании этой смеси образуется смесь динитрометилбензолов. В промышленности они известны под своими тривиальными названиями: 2,4-динитротолуол и 2,6-динитротолуол (ДНТ). 80% составляет 2,4-ДНТ и 20% составляет 2,6-ДНТ:
Затем смесь динитробензолов восстанавливают до соответствующих аминов:
ТДА нагревают с карбонилхлоридом (фосгеном) для получения диизоцианатов, и этот процесс можно проводить в жидкой фазе с хлорбензолом в качестве растворителя при температуре около 350 К:
В качестве альтернативы эти реакции проводят в газовой фазе путем испарения диаминов при приблизительно 600 К и смешивания их с карбонилхлоридом.
Это является экологическим и экономическим улучшением по сравнению с жидкофазным процессом, поскольку не требуется растворитель.
В любом процессе реагентом является изомерная смесь динитросоединений, 80% 2,4- и 20% 2,6-, поэтому продукт представляет собой смесь диизоцианатов в одинаковых пропорциях.
Производить эту смесь в разных пропорциях дорого. Это означает очистку смеси нитрометилбензолов, NMB, очень тщательной перегонкой.
Более эффективно придавать полиуретанам различные свойства, используя различные полиолы, которые реагируют со смесью TDI 80:20 с получением полимеров.
MDI является более сложным и позволяет производителю полиуретана более гибко использовать процесс и продукт. Смесь диизоцианатов обычно используется для изготовления жестких пен.
Исходными материалами являются фениламин (анилин) и метаналь (формальдегид), которые реагируют вместе, образуя смесь аминов, известную как МДА (метилендианилин). Эта смесь реагирует с карбонилхлоридом (фосгеном) с образованием MDI аналогично производству TDI.
MDI содержит следующие диизоцианаты:
Рисунок 3. Изомеры MDI.
Термин MDI относится к смеси трех изомеров на рисунке 3. Их можно разделить перегонкой.
(b) Производство полиолов
Используемые полиолы представляют собой либо простые полиэфиры с концевыми гидроксильными группами (примерно в 90% всего производства полиуретанов), либо сложные полиэфиры с концевыми гидроксильными группами. Они были разработаны для обеспечения необходимой реакционной способности по отношению к изоцианату, который будет использоваться, и для производства полиуретанов с особыми свойствами.
Выбор полиола, особенно количество реакционноспособных гидроксильных групп на молекулу полиола, а также размер и гибкость его молекулярной структуры, в конечном итоге определяют степень поперечного связывания между молекулами. Это оказывает важное влияние на механические свойства полимера.
Примером полиола с двумя гидроксильными группами (т. е. длинноцепочечного диола) является полиол, полученный из эпоксипропана (пропиленоксида) путем взаимодействия с пропан-1,2-диолом (который сам образуется из эпоксипропана путем гидролиза) :
Пример полиола, содержащего три гидроксильные группы, получают из пропан-1,2,3-триола (глицерина) и эпоксипропана:
, который может быть представлен следующей идеализированной структурой:
Соевое масло содержит триглицериды длинноцепочечных насыщенных и ненасыщенных карбоновых кислот, которые после гидрирования могут при взаимодействии с эпоксипропаном образовывать смесь полиолов, пригодную для производства широкого спектра полиуретанов.
Использование этих биополей означает, что по крайней мере часть полимера получена из возобновляемых источников.
(c) Производство полиуретанов
Если полиол имеет две гидроксильные группы и смешивается либо с ТДИ, либо с МДИ, получается линейный полимер. Например, линейный полиуретан получают реакцией с диизоцианатом и простейшим диолом, этан-1,2-диолом, происходит конденсационная полимеризация:
Широко используемый полиуретан получают из ТДИ и полиола, полученного из эпоксипропана:
Если полиол имеет более двух реакционноспособных гидроксильных групп, соседние длинноцепочечные молекулы соединяются в промежуточных точках. Эти сшивки создают более жесткую полимерную структуру с улучшенными механическими характеристиками, которая используется при разработке «жестких» полиуретанов. Таким образом, диизоцианат, такой как MDI или TDI, который взаимодействует с полиолом с тремя гидроксильными группами, таким как полученный из пропан-1,2,3-триола и эпоксиэтана, подвергается сшивке и образует жесткий термореактивный полимер.
Помимо полиизоцианатов и полиолов, для производства полиуретанов требуется ряд других химических веществ для контроля реакций образования полиуретана и придания конечному продукту нужных свойств.
Все практичные полиуретановые системы включают некоторые, но не обязательно все, системы, описанные в Таблице 2.
| Рисунок 4. Сломанные конечности теперь можно забинтовать полиэфирной повязкой, пропитанной линейным полиуретаном. После того, как бинт намотан на конечность, его замачивают в воде, которая образует поперечные связи между молекулами полиуретана, создавая прочный, но легкий слепок. 901:16 С любезного разрешения Валмайского залива. |
| Добавки | Причины использования |
|---|---|
| для ускорения реакции между полиолом и полиизоцианатом | |
| сшивающие и удлиняющие цепи агенты | для модификации структуры молекул полиуретана и обеспечения механического усиления для улучшения физических свойств (например, добавление полиизоцианата или полиола с большим количеством функциональных групп) |
| пенообразователи поверхностно-активные вещества | для создания полиуретана в виде пены для контроля образования пузырьков во время реакции и, следовательно, ячеистой структуры пены |
| пигменты | для создания цветных полиуретанов для идентификации и эстетических соображений |
| наполнители | для улучшения таких свойств, как жесткость, и снижения общих затрат |
| антипирены | для снижения воспламеняемости конечного продукта |
| средства подавления дыма | для снижения скорости образования дыма при сжигании полиуретана |
| пластификаторы | для снижения твердости изделия |
Таблица 2.
Добавки, используемые при производстве полиуретанов.
Производственный процесс
В качестве примера рассмотрим производство формованного изделия, которое в противном случае могло бы быть изготовлено из термопластичного полимера методом литья под давлением. Чтобы сделать его из полиуретана, необходимо смешать точно нужные массы двух основных компонентов (полиизоцианата и полиола), которые должны быть жидкими. Реакция начинается немедленно и дает твердый полимер. В зависимости от состава, используемых катализаторов и применения реакция обычно завершается за время от нескольких секунд до нескольких минут. Следовательно, в это время необходимо дозировать реакционную жидкую смесь в форму, а также очистить комбинированное «смесительно-дозаторное» оборудование для подготовки к следующей операции. Экзотермическая химическая реакция завершается внутри формы, и готовое изделие может быть немедленно извлечено из формы.
Вспененные полиуретаны
При взаимодействии двух жидкостей образуется твердый полимер.
Полимер может быть эластичным или жестким. Однако он может содержать и пузырьки газа, поэтому он ячеистый — пена.
При производстве вспененного полиуретана существует два возможных способа получения газа внутри реагирующей жидкой смеси. В так называемом химическом продувании используется вода, которая может быть добавлена к полиолу, который вступает в реакцию с некоторым количеством полиизоцианата с образованием диоксида углерода:
В качестве альтернативы (физическая продувка) к полиолу подмешивают жидкость с низкой температурой кипения, например пентан. Реакция экзотермическая, поэтому по мере ее протекания смесь нагревается и пентан испаряется.
Небольшое количество воздуха рассеивается через смесь полиизоцианата и полиола. Это обеспечивает зародышеобразование множества пузырьков газа, образующихся в полимере. Тепло заставляет пузырьки расширяться до тех пор, пока химическая реакция не превратит жидкость в твердый полимер, а доступное давление газа не сможет вызвать дальнейшее расширение.
Обувная подошва, например, может быть «выдута», чтобы удвоить объем твердого полимера. Этот процесс настолько универсален, что расширение может пойти гораздо дальше. В пенах низкой плотности для обивки или теплоизоляции менее 3% от общего объема приходится на полиуретан. Газ расширил первоначальный объем, занимаемый жидкостью, в 30–40 раз. В случае с подушками требуется ровно столько твердого полимера, чтобы мы могли удобно сидеть.
В теплоизоляции газ, заключенный в ячейках, обеспечивает изоляцию. Полимер, который окружает ячейки, снижает эффективность изоляции, поэтому имеет смысл иметь его как можно меньше.
