Полиуретановые покрытия
Лакокрасочные материалы (ЛКМ) на основе полиуретана – на сегодня одни из самых бурно развивающихся, востребованных и в наибольшей степени соответствующих современным представлениям о промышленных лакокрасочных материалах.
Рекордные эксплуатационные и преврсходные декоративные качества полиуретановых покрытий обеспечивают постоянный прирост процента потребления от ЛКМ вцелом.
Полиуретан – полимер, составляющими звеньями которого являются уретановые группы –NH–CO–O–.
Уретановая группа образуется в результате реакции изоцианата с молекулами, которые содержат реакционноспособные атомы водорода.
Например, полиуретан акриловае полимеры получают в результате взаимодействия производных акриловой кислоты и изоцианата; также получают полиуретан полиэфирные, полиуретан эпоксидные, полиуретан алкидные, полиуретан виниловые и т.д.
Свойства полиуретанов могут варьироваться в очень широких прeделах и зависят от химической природы молекул, которые участвовали в реакции поликонденсации с изоцианатом. На основе полиуретана производятся полиуретановые лаки и краски с очень разнообразными свойствами: твёрдые и мягкие, эластичные и жесткие, и т.д.
Полиуретановые ЛКМ характеризуются быстрым набором твёрдости, а полиуретановые покрытия рекордными декоративными и эксплуатационными свойствами. Полиуретаны обладают превосходной адгезией к металлу, древесине, бетону и пластику и т.д.
В последние десятилетия в промышленности стали широко использоваться водоразбавимые ЛКМ основе полиуретана, которые полностью удовлетворяют современным нормам экологии.
Полиуретановые лакокрасочные материалы достаточно дорогие, но, если принять во внимание долговечность (от 10 до 30 лет) и уникальные эксплуатационные свойства полиуретановых покрытий, можно считать их достаточно экономичными.
В большинстве случаев каждый ЛКМ на основе полиуретана имеет конкретную область применения с определённой технологией получения полиуретанового покрытия, но существуют и довольно универсальные ЛКМ для различных сфер применения.
Разбавление ЛКМ на основе полиуретана
Органо-разбавляемые
Изначально полиуретановые ЛКМ появились как органо-разбавляемые двухкомпонентные эмали и лаки, в качестве несущей фазы и разбавителя используются органические растворители. Однако эти полиуретаны имеют ряд недостатков, среди которых несоответствие современным экологическим нормам, пожаро- и взрыво- опасность окрасочного производства.
Водоразбавляемые
Последнее время все возрастающее применение при окраске изделий из древесины, пластика, металла и других материалов находят водные композиции полиуретановых лакокрасочных материалов.
Эти полиуретаны полностью удовлетворяют современным санитарным нормам. Они идеально подходят для антикоррозийных покрытий по металлу.
Так же одна из самых востребованных и перспективных сфер применения водных полиуретанов – окраска автомобильных пластмассовых деталей.
Постепенно водоразбавимые полиуретановые лаки и краски вытесняют лакокрасочные материалы на органических растворителях.
Количество компонентов полиуретанового материала
Двухкомпонентные
Среди них наиболее популярны двухкомпонентные лаки и эмали, один из компонентов которых представляет собой раствор полиола с пигментами и добавками, а второй – раствор изоцианата, как отвердителя или сшивателя.
Компоненты смешивают непосредственно перед употреблением, так как жизнеспособность этих материалов ограничивается временным интервалом от 6 до 72 часов. По сути, формирование полиуретанового полимера происходит непосредственно на окрашиваемой поверхности.
Многие из полиуретанов такого рода формируют покрытие при обычной температуре, некоторые требуют нагревания или введения дополнительных катализаторов.
Однокомпонентные
Очень интересную группу ЛКМ представляют однокомпонентные полиуретаны, которые можно разбить на два типа.
Первый тип – cистемы на основе полимеров физической сушки, раствор или эмульсия уже содержат полиуретановый полимер и образование покрытия происходит в момент испарения растворителя или воды и коалисцентов.
Ко второму типу относятся самосшивающиеся пленкообразователи; в жидком лакокрасочном материале сшиватель заблокирован от взаимодействия с полиолом, но при сушке происходит разблокирование и сшиватель вступает в химическую реакцию.
Такие однокомпонентные полиуретановые лакокрасочные материалы называют самосшивающимися.
Полимеризация полиуретановых покрытий, изоцианат
Влагоотверждаемые полиуретановые ЛКМ
Двухкомпонентные и однокомпонентные органоразбавляемые лакокрасочные материалы могут быть изготовлены на основе уретановых полимеров, отверждаемых влагой воздуха.
Они состоят из раствора полимера со свободными изоцианатными группами и катализатора отверждения, которые смешиваются перед употреблением.
Влагоотверждаемые полиуретаны чаще всего используются для окраски строительных конструкций из металла и бетона, эксплуатирующихся в атмосферных условиях; краски для бетона. Так же их применяют для создания полиуретановых промышленных полов.
Системы горячего отверждения
В полиуретановых системах горячего отверждения полимеризация происходит при температурах 120°С – 150°С. В последнее время выпускаются полиуретаны температурной сушки с пониженной температурой полимеризации 80°С – 100°С, такими ЛКМ в основном производиться промышленная покраска пластика. Полиуретановые покрытия этой группы могут быть и двухкомпонентные, и однокомпонентные. В случае однокомпонентных речь идет о системах с блокированным изоцианатом, при повышении температуры происходит разрушение блокирующих химических связей и освободившийся изоцианат выступает в качестве сшивателя.
Системы каталитической сушки
Для отверждения покрытия в систему вводят катализатор. Роль катализатора – инициирование и ускорение реакции полимеризации, что позволяет существенно понизить температуру и длительность сушки лакокрасочного покрытия.
ЛКМ радиационной сушки
К этой группе относятся материалы, полимеризация которых происходит под воздействием ультафиолетового (УФ) излучения или потока электронов.
В подавляющем большинстве лакокрасочные материалы радиационной сушки имеют полиуретан акриловую основу и применяются когда проводится декоративная окраска МДФ, дерева, пластика и алюминия.
Покрытия радиационной сушки могут иметь как органическую так и водную основу. Главное достоинство покрытий радиационной сушки практически мгновенное (несколько секунд) высыхание.
Очень большой интерес вызывают так называемые 100% УФ краски и лаки. Особенность таких покрытий в том, что все компоненты покрытия принимают участие в плёнкообразовании: в атмосферу ничего не выделяется.
Лакокрасочные материалы окислительной полимеризации
Системы с окислительным механизмом полимеризации ещё одну группу полиуретановых материалов.
К этой группе относятся полиуретан алкидные лаки и краски. Лакокрасочные материалы этой группы отверждаются за счет окислительной полимеризации по двойным связям; применяются в основном для производства антикоррозионных материалов и паркетных лаков.
