Поліуретанові покриття
Термін «поліуретанові фарби (покриття)» спочатку позначав системи фарб, в яких для хімічного затвердіння використовувалася висока реакційна здатність ізоціанатних груп, взаємодіючих з сполуками, що містять рухливі водневі атоми. Проте в даний час цей термін включає в себе значно більшу кількість різних плівкоутворюючих речовин. Кількість поліуретанового сировини, використовуваного для виробництва покриттів, неухильно зростає і в даний час в світі обсяг його виробництва перевищує 500.000 т в рік. Всі плівки, виготовлені на основі поліуретанових фарб, мають полімерну структуру зі зв'язками через уретанові, карбамідні, биуретовые або аллофанатные групи. Зв'язки можуть виникати під час затвердіння фарби в результаті реакції полиаддитивности вихідних продуктів, що володіють відносно невеликою молекулярною масою. Крім того, фарби можуть містити полімери, що володіють великою молекулярною масою, заздалегідь синтезовані шляхом з'єднання відповідних мономерів. Часто зустрічаються високомолекулярні адукти з надлишком ізоціанатних груп чи аддукти, в яких затвердіння відбувається через окислення спряжених подвійних зв'язків.
Серед інших цікавих з технічної точки зору покриттів можна відзначити деякі різновиди покриттів, у складі яких є блоковані реакційні групи, які можна активувати шляхом нагрівання або під впливом атмосферної вологи. Микрокапсуляция поліізоціанатів все частіше використовується як метод деактивації. У залежності від хімічного складу поліуретанові фарби поділяють на двокомпонентні і однокомпонентні. Фарби можуть наноситися як в рідкій формі, так і у твердій. В рідкій формі такі змести наносяться як порошкові фарби. Затвердіння відбувається при різних температурних умовах: звичайна сушка – понад 0 С, а гаряча сушка – близько 200 С.
Однокомпонентні системи
Затвердіння атмосферним киснем Систему «Уретанові масла» отримують у результаті реакції діізоціанатів (наприклад, ТДІ або ИФДИ) з полиолами висихають чи напіввисихаючих масел. Структура «уретанових алкід» аналогічна структурі алкідних смол, в яких частина дикарбоновой кислоти замінена дииззоцианом. Уретанові масла і алкиды не містять вільних ізоціанатних груп. Сушка і утворення плівки відбуваються в результаті окисного процесу, також, як і в алкідних смолах. Однак у порівнянні з останніми вони сохнуть швидше, а утворені ними плівки володіють більш високими механічними властивостями і більшою стійкістю до впливу розчинників.
Затвердіння атмосферною вологою.
Високомолекулярні адукти поліолів з надлишком діізоціанату містять реакційноздатні изоцианатные групи. Ці речовини використовуються для виготовлення однокомпонентних поліуретанових фарб, які під дією атмосферної вологи структуруються з утворенням кабамидных груп. При цьому утворюються лакофарбові плівки з хорошою стійкістю до хімічних і механічних впливів. У вільному продажу є як продукти, що не містять розчинник, так і розчинені продукти, з вмістом ізоціанату від 5 до 15% (в перерахунку на суху смолу). Продукти, що містять вільні изоцианатные групи, реагують з водою, тому що міститься в повітрі волога при попаданні в пігментовані покриття під час виробничого процесу може негативно вплинути на терміни їх зберігання. Для запобігання негативного ефекту, спричиненого атмосферною вологою, застосовуються зв'язують воду добавки.
Блоковані полиизоцианатные системи.
Изоцианатные групи поліізоціанатів можна «блокувати» фенолом, оксимом, метилетилкетону або малоновым ефіром. При нагріванні ці речовини легко розпадаються, або перетворюються в інші речовини. Суміші блокованих поліізоціанатів з полиолами або полиаминами стабільні. Тому з їх допомогою можна виготовляти однокомпонентні оздоблювальні покриття, що полімеризуються в процесі гарячого сушіння, які при тривалому зберіганні не змінюють своїх властивостей. У вільному продажу доступні також уретанові смоли, тверді гарячою сушкою, які містять обидва реакційноздатних компонента. Залежно від блокуючого температура агента сушіння варіюється від 120 до 220 С, але в певних випадках, при використанні каталізаторів (наприклад, дибутилоловодилаурата), її можна знизити до 10-20 С. Утворюються плівки мають дуже хорошу стійкість до механічного впливу. Це властивість має особливу важливість для автомобільних покриттів, що захищають автомобіль від впливу каменів, для високоякісних покриттів промислового призначення, для електричних ізоляторів, покриттів для рулонного прокату. Продукти, що не містять розчинник, в рідкому вигляді використовуються як товстошарові системи, а у твердій формі – як порошкові покриття.
Микрокапсулированные полиизоцианатные системи.
Деякі порошкові діїзоцианата або полиизоцианаты можуть бути деактивовані, якщо вони дисперговані в рідкому середовищі, що не містить розчинника, і капсулах своя можна використовувати в якості добавок диамины і поліаміни; для цього необхідно близько 1% ізоціанатних груп. Так як при звичайних умовах микрокапсулированные полиизоцианаты не структуруються з реакционноспособными групами, то при кімнатній температурі вони утворюють стабільні покриття руйнуються в результаті розчинника; при цьому відбувається затвердіння. Такі системи (наприклад, створені на основі диметризованных ТДІ) зазвичай використовуються в якості ґрунтувального шару в покриттях для автомобільних кузовів.
Системи, высушиваемые фізичним способом.
Ці системи базуються на лінійних або слабо розгалужених поліуретанах, не містять реакційноздатних груп, що розчиняються в органічних розчинниках. В якості вихідних ізоціанатів використовуються МДІ і ИФДИ. Завдяки своїй великій молекулярній масі ці поліуретанові смоли утворюють сильновязкие розчини з відносно низьким вмістом сухого залишку. Такі фарби дуже швидко сохнуть, вони дуже гнучкі, еластичні і володіють хорошою стійкістю до дії слабких розчинників. Важливою областю застосування таких смол є покриття для гнучких підкладок, таких як шкірозамінники і магнітні стрічки.
Водні системи
Водні дисперсії поліуретанів, мають слабку підтримку іонних груп, теж піддаються процесу фізичної освіти плівок. Плівкоутворювальні речовини, що складаються з полімерних ланцюгів, сполучених між собою через уретанові і карбомидные групи, містять основні або кислотні групи. Нейтралізація солями забезпечує необхідну гідрофільність в тому випадку, якщо «самоэмульгирующие» властивості, які виникають в результаті вбудовування гідрофільних радикалів поліефіру, самостійно з цим не справляються. Особливе місце займають аніонні дисперсії на основі ИФДИ, НМДИ і ГДІ. Вони широко використовуються в покриттях промислового призначення в якості грунтовок для скловолокна, або в якості покриттів для шкіри та шкірозамінників. Хімічне структуроутворення досягається за допомогою водорозчинних меламінових смол. Температура сушіння становить приблизно 140 С.
Системи з полиизоцианатами і блокованими реагентами.
Для отримання однокомпонентних стабільних при зберіганні систем, замість того, щоб блокувати изоцианатные групи, останні можна комбінувати з прихованими реагентами. Після нанесення покриття на підкладку, процес затвердіння відбувається не під впливом високої температури, а під впливом атмосферної вологи, яка змушує приховані реагенти активізуватися утворювати реакційноздатні гідроксильні групи і аміногрупи.
Двокомпонентні системи
Полиизоцианатные і полигидроксильные системи.
Ці системи по своїй важливості перевершує всі інші; до них відносяться традиційні поліуретанові фарби. До нанесення покриття основні плівкоутворювальні речовини (полиизоцианаты і полигидроксильные з'єднання) повинні зберігатися роздільно. До складу таких фарб, крім поліолів, може входити безліч інших гідроксилвмісних речовин, наприклад, алкідні і епоксидні смоли, рицинова олія, нітрат целюлози (див. також розділ 2.9.1). Співвідношення основного речовини (гідроксильний компонент) і отверждающего (полиизоцианаты) речовини зазвичай варіюється від 1:1 до 10:1. Змішування обох компонентів до утворення однорідного складу відбувається безпосередньо перед нанесенням. У промислових умовах змішування проводитися автоматично, за допомогою обладнання, призначеного для нанесення двокомпонентних систем. Двокомпонентні поліуретанові фарби можна наносити усіма традиційними способами, крім занурення. Затвердіння відбувається при температурі навколишнього середовища, але при необхідності процес можна прискорити шляхом підвищення температури. Гаряча сушка не потрібно, отже, економиться електроенергія. Коли реагенти змішуються в стехіометричних пропорціях, то реакція між ізоціанатами та гідроксильними групами призводить до 100%-ному структурообразованию. Оптимальні лакофарбові плівки зазвичай утворюються в тих випадках, коли співвідношення NCO: OH дорівнює 1. Проте в окремих випадках виникає необхідність у співвідношенні, наприклад, у випадку неповного або надлишкового структуроутворення. При використанні аліфатичних поліізоціанатів, як правило, потрібен каталізатор. До пленкообразующему речовини звичайно додають невелику кількість (0,05-0,5%) третинних амінів або металовмісних сполук. В якості альтернативи плівки фарби можна затверджувати в атмосфері, що містить аміни. Для фарб, що містять розчинник, використовується складні ефіри, кетони і прості ефіри поліуретанів (тобто у разі відсутності реакційноздатних речовин і при мінімальному вмісті води 0,05%). В якості розріджувачів можна використовувати ароматичні вуглеводи. Все більшу популярність набувають двокомпонентні фарби з високим вмістом твердих речовин. У складі таких фарб вміст летких компонентів досягає 30-40% мас., що обумовлює низькі викиди розчинників в навколишнє середовище. Двокомпонентні системи, не містять розчинник, зазвичай виготовляються на основі МДІ і його гомологів і потребують рідких реагуючих компонентів. На відміну від фарб, що містять розчинник для фарб без розчинників з високим сухим залишком потрібен особливий підхід. В цьому випадку необхідно, щоб пігменти були зневоднені від знаходиться на їх поверхні адсорбованої води. Для цих цілей використовуються водопоглащающие речовини – молекулярні сита, до яких відносяться цеоліти. Виготовлення водних двокомпонентних поліуретанових фарб відбувається шляхом комбінування гідроксилвмісних поліакрилатних дисперсій і водоемульсійних слабо реакційноздатних аліфатичних поліізоціанатів. Хімічне затвердіння таких двокомпонентних систем ініціюється вологою, в результаті чого такі з'єднання розкладаються з утворенням реакційноздатних аміногруп.
Властивості і застосування
Поліуретанові покриття володіють трьома головними перевагами: високою стійкістю до механічного впливу, прекрасною хімстійкістю, а також (у разі застосування аліфатичних поліізоціанатів) прекрасній світлостійкістю і амосферостойкостью. Системи фарб, що полімеризуються при температурі навколишнього середовища, володіють чудовими властивостями. Їх можна комбінувати і створювати різні рецептури самими різними способами. Можна створити покриття з оптимальними властивостями, призначене для експлуатації в екстремальних умовах. Завдяки широкому спектру властивостей поліуретанові фарби успішно використовуються практично у всіх областях. Практичний діапазон застосування – від покриттів для паперу до захисних покриттів обладнання на промислових підприємствах. Головні галузі застосування: виробництво транспортних засобів (великовантажні автомобілі, поїзди, літаки, автомобільні оздоблювальні покриття і відновлюють покриття), будівництво (покриття для паркету, підлоги і стель, а також покриття для зовнішніх робіт), виробництво фарб промислового призначення (обладнання, механізмів, меблів), а також покриття для сталевих конструкцій та гідравлічних сталевих механізмів. Особлива увага місце поліуретанові фарби займають в секторі обробки поверхонь пластмас.
