История полимочевиныТехнический прогресс во многих областях производства в значительной мере зависит от разработки и освоения новых синтетических конструкционных, диэлектрических, антикоррозионных материалов. В результате развития химической промышленности и совершенствования производственных процессов синтетические материалы стали не только полноценными заменителями природных, но и в некоторых случаях превзошли их по своим свойствам.

Полимочевина (POLYUREA-англ.) как прогрессивная технология многокомпонентных систем эластомеров последние годы широко востребована в самых различных областях человеческой деятельности. Покрытия на ее основе относят к полимерным покрытиям нового поколения. Тем не менее, история появления полимочевины насчитывает уже не один десяток лет.

Первые опытные образцы уретанов были синтезированы в 50-х годах 20 века.

 

И полиуретаны и полимочевины являются производными изоцианатов. Исследования, приведшие в конечном итоге к появлению первых промышленных образцов полиуретанов, начались более ста лет назад. В 1843 году Вюрцем была открыта реакция образования уретанов, однако промышленный их выпуск был налажен лишь в 1937-38 гг, после создания и отработки метода синтеза диизоцианатов, основанного на взаимодействии аминов с фосгеном.

Большую роль в развитии химии полимеров, в частности, в развитии представлений о поликонденсации, сыграли исследования американского химика У. Карозерса, осуществившего в начале 30-х годов 20 века синтез полиамидов.

Результаты его разработок послужили основой для синтеза новых полимерных материалов, подобных полиамидам, и, в конечном итоге, привели к появлению полиуретановых эластомеров, представляющих собой результат реакции диизоцианатов с полиолами. Необходимость в альтернативных материалах, способных заменить, например, натуральный каучук, кору пробкового дерева и т. д., привели к ускоренному развитию химии органического синтеза и химии полимеров.

И в наши дни трудно переоценить фундаментальные исследования немецкого химика Байера, внесшего значительный вклад в создание полиуретанов, материалов, практически не имеющих конкурентов по многообразию химического состава и широте применения.

Жесткие и эластичные современные виды полиуретанов сменили первые образцы полиуретановых эластомеров. Разработками полиуретанов занимались ученые практически всех промышленно развитых стран мира. Еще в 60-х годах прошлого столетия интенсивными исследованиями в этом направлении начала заниматься и группа исследователей из нашей страны (Институт химии высокомолекулярных соединений АН УССР под руководством академика Ю.С. Липатова). Не отставали от них и другие вузы и научно- исследовательские институты – Московский и Казанский химико-технологические институты, Институт высокомолекулярных соединений РАН, Всероссийский научно-исследовательский институт синтетических смол во Владимире и др. Были созданы тысячи новых композиционных материалов на основе полиуретана, нашедших свое применение в различных областях техники, строительства и промышленности.

Распространение же полимочевинных эластомеров еще долгие годы тормозилось несовершенством существующих технологий нанесения, отсутствием доступных растворителей и соответствующего оборудования.

Способность мочевины образовывать прочные комплексы с углеводородами была использована японской компанией Toyo Koatsu (подразделение Mitsui Chemicals), начавшей выпускать в начале 60-х годов прошлого века синтетическое волокно урилон на основе полинонаметиленмочевины. Это был первый опыт промышленного производства полимочевины или поликарбамида. Реакция образования этого полимера, получаемого из мочевины и нонаметилендиамина, отличалась от современного способа получения полимочевины, представляющего собой поликонденсацию диизоцианатов с полиаминами. Для справки, поликонденсация – это реакция образования высокомолекулярных веществ в результате конденсации большого числа молекул и сопровождающаяся выделением простых веществ – воды, углекислого газа, спирта и т.д. При этом в отличие от реакции полимеризации, масса получаемого полимера меньше суммарной массы исходных веществ.

Использовали урилон (модификация нейлона производными мочевины), в основном, для изготовления рыболовных сетей и трикотажа.

Тем не менее, применение уретанов, именно как эластомерных покрытий, началось лишь в 70-х. Ранее невиданные, удивительные свойства уретановых эластомерных покрытий вызвали почти ажиотажный спрос на рынке покрытий и наполнителей для промышленных красок и эмалей, что позволило им в скором времени занять значительный сегмент этого рынка.

Традиционные технологии получения полиуретановых систем включают в себя использование катализаторов, что является одной из причин, позволяющих получать покрытия с заранее заданными свойствами. Вместе с тем, использование катализаторов является причиной повышенной чувствительности покрытий к влажности и температуре, что ухудшает потребительские свойства уретановых систем.

Поскольку образование полимочевины является автокаталитическим процессом (не нуждающемся в катализаторах), то конечный продукт такой реакции представляет собой химически инертное вещество. Почти мгновенная скорость реакции получения полимочевины являлась существенной преградой к промышленному производству полимочевинных систем. Кроме того, технология напыления, являющаяся основной при производстве полимочевины, требовала высоких давлений при распылении. Необходимость создания таких давлений обусловлена высокой вязкостью компонентов реакции, затрудняющей их смешивание. Поскольку свойства нового вида покрытий предполагали использование его в таких промышленных отраслях, как, например, машиностроение или автомобилестроение, для изготовления конструктивно сложных и ответственных деталей машин и механизмов, а также крупногабаритных корпусных деталей, подвергающихся значительным нагрузкам, то технологии изготовления самих этих деталей должны были учитывать особенности технологии POLYUREA, заключавшиеся в сложности нанесения эластомера на поверхность и придании покрытию требуемой формы. Как мы уже отмечали, полимочевина – это двухкомпонентная быстрая система, скорость образования конечного продукта в которой такова, что позволяет почти мгновенно получить готовое твердое покрытие, не зависящее ни от избыточной влажности, ни от температуры в момент реакции. Вариабельность рецептуры исходных компонентов (обычно аминных смол) привела к возможности создания покрытий с заданным комплексом химических и физических свойств. Долгое время полимочевину относили к классу полиуретанов и лишь в последние годы она была выделена в самостоятельный класс покрытий.

 

Еще в 80-е годы прошлого столетия в технической литературе впервые упоминается термин «полимочевина».

 

Именно тогда, в результате развития технологии реакционного инжекционного формования (RIM), применяемой в автомобилестроении, фирма Texaco Chemikal, позднее вошедшая в состав Huntsman Corporation, вместо традиционных высокомолекулярных полиэфирполиолов стала применять полиэфирамины – схожие с ними вещества, но содержащие на концах молекул не гидроксильные, а аминные группы. Это открытие привело к сокращению времени формования деталей до нескольких секунд и, как следствие, повышению производительности технологического процесса. Этой же фирме принадлежит идея использования новой технологии для создания напыляемых полимерных покрытий. На ее претворение в жизнь понадобилось более 10 лет. Были проведены серьезные исследования в области синтеза аминных сшивателей (удлинителей цепи) и изоцианатных формополимеров, создан принципиально новый вид оборудования, преодолены такие проблемы технологии, как смачивание подложки, низкое сцепление между подложкой и покрытием, посредственное качество готовых покрытий. «Напыляемые полимочевинные эластомерные покрытия» - так стала называться новая технология. Успехом компании Texaco Chemical Company можно назвать создание материала, получившего название Jeffamine и быстро ставшего известным благодаря рекордному на тот момент времени реакции, составляющему всего 1,5-2 секунды. Широкое распространение материала, его промышленный выпуск стал возможен после создания корпорацией Gusmer, занимавшейся разработкой технологического оборудования высокого давления для переработки полимеров, установки для смешивания и напыления компонентов полимочевины. Создание распылительной технологии нанесения явилось одним из важнейших достижений, давшим зеленый свет промышленному производству полимочевинных покрытий.


С 1990 по 1995 год полимочевинными эластомерами занимались всего несколько компаний. Несовершенство технологии, недостаточное качество готовых покрытий не способствовали формированию потребительского рынка. Бурное развитие рынка напыляемых покрытий началось лишь в конце 90-х годов в США и Канаде. В 2000 году была создана Ассоциация развития полимочевины (PDA), которая объединила поставщиков сырья, производителей оборудования, а также подрядчиков, в функции которых входил монтаж покрытий на объектах. Наиболее значительным спросом пользовалась технология напыляемых покрытий применительно к кузовам популярных в Америке пикапов, увеличивавшая их износостойкость, а также в качестве гидроизоляционного защитного слоя, наносимого поверх пенополиуретановой теплоизоляции на кровлях. Развитию потребительского рынка способствовало объединение ресурсов нескольких компаний с целью создания более совершенных эластомеров с удлиненным временем реакции, что дало бы возможность не только напылять, но и формовать изделия из полимочевины методом заливки и инжекции. Однако такая технология была создана лишь в последние годы.

 

Способность покрытий из полимочевины выдерживать огромные нагрузки практически в любых условиях эксплуатации, быстрое время реагирования, невосприимчивость к воздействию влаги и температуры, эластичность, высокая абразивная стойкость, химическая инертность, широкий разброс рабочих температур и др. наконец-то принесли новой технологии заслуженное признание. Первые образцы установок для напыления полимочевины не отличались компактностью и стоили немало. В конце 90-х годов существовало лишь около 10 таких установок на все Соединенные Штаты и только в последние годы были разработаны и стали серийно выпускаться мобильные установки небольших габаритов.

Дозаторы высокого давления пневматические, электрические и гидравлические

Дозаторы высокого давления пневматические, электрические и гидравлические

Они и по сей день достаточно дороги, однако экономический эффект от применения полимочевинных покрытий перевешивает затраты на их нанесение. Растущая популярность нового вида покрытий привела не только к появлению новых компаний, занимающихся разработкой полимочевинных систем, но и подрядчиков, использующих полимочевину для создания прочных, надежных и качественных покрытий в кратчайшие сроки. Научно-технический прогресс требует создания новых материалов с улучшенными свойствами, что подтолкнуло разработчиков полимочевинных систем к созданию покрытий с новыми свойствами, соответствующими возросшим требованиям заказчиков, к совершенствованию технических характеристик используемого для напыления оборудования.

Пистолеты-распылители серии Fusion к установкам Reactor

Пистолеты-распылители серии Fusion к установкам Reactor


Возросли и объемы производства полимочевины, которые в настоящее время в Северной Америке составляют десятки тысяч тонн в год. Развивается рынок напыляемых покрытий и в Азии. В Европе же он только начал создаваться в последние годы. Россия заметно отстает от США, да и от Европы в области полимочевинных покрытий, хотя значительный рывок, произошедший в последние 1-2 года нельзя не заметить. Основным стимулом развития рынка полимочевины в России можно назвать, прежде всего, суровые климатические условия, увеличивающие потребность в эффективных гидроизоляционных материалах, а также заинтересованность многих российских фирм, занимающихся напылением полиуретана, в более полной загрузке своего оборудования.

В результате совершенствования рецептур и оборудования расширяются и возможности применения полимочевины, особенно там, где возможности других материалов исчерпаны:

 

  • -Гидроизоляция и декоративное покрытие плавательных бассейнов, облицовка емкостей из бетона и металла, отстойников, плотин, каналов, колодцев;
  • -Гидроизоляция фундаментов, полов и стен в помещениях с высокой влажностью и коррозионным воздействием на бетон агрессивных жидкостей;
  • - Напольные покрытия торговых центров, многоэтажных парковок, производственных помещений;
  • -Гидроизоляционные кровельные покрытия;
  • -Антикоррозионная защита: внутренние и наружные покрытия металлических емкостей, трубопроводов, мостов;
  • -защита от абразивного износа горнодобывающего оборудования, покрытия кузовов грузовых автомобилей, самосвалов;
  • -Защита поверхности мостов от агрессивного воздействия солей-антиобледенителей;
  • -Создание бесшовных подстилающих покрытий под хранилищами нефтепродуктов.

 

И это далеко не полный перечень возможностей применения этого универсального материала.


Только уникальные свойства полимочевины сделали возможным нанесение защитных покрытий, например, на прибрежные конструкции во время отлива, т. е. там, где применение традиционных покрытий невозможно. Способность же противостоять одновременно целому комплексу негативных факторов ставит данную технологию на голову выше по сравнению с традиционными видами покрытий.


Бесшовная напыляемая гидроизоляция бетонной конструкции, полимочевина

Бесшовная напыляемая гидроизоляция бетонной конструкции, полимочевина


Hunting for men