Технология получения поликарбамидных покрытий и ее особенностиПолимочевина или полиурия - защитный многокомпонентный материал, обладающий рядом специфических свойств, выделяющих ее среди всего спектра полимерных покрытий. Несмотря на то, что по некоторым характеристикам полимочевина схожа с двухкомпонентными полиуретановыми системами, - это совершенно самостоятельная уникальная технология. Основным методом нанесения полиурии на защищаемые поверхности является напыление. Причем особенности химической структуры, молекулярного строения полимочевины не позволяют применять для ее напыления установки для традиционных видов полимерных защитных покрытий. Более чем 20-летний опыт применения поликарбамидных покрытий для защиты бетонных поверхностей, стальных конструкций, пенополиуретана и др. показал высокую эффективность новой технологии и ее перспективность для решения проблем гидроизоляции, антикоррозионной защиты, защиты от истирания и агрессивного воздействия химических веществ. Высокая скорость отверждения, самое, пожалуй, специфическое свойство полимочевины, определяющее весь набор непревзойденных качеств, выделившее эластомер среди традиционных видов покрытий. Универсальность полимочевинных систем, позволяющая путем вариации компонентов, создавать покрытия с требуемыми в каждом конкретном случае свойствами, высокая эластичность монолитных бесшовных мембран, исключительные адгезионные свойства и многое другое предопределили широкий спектр областей ее применения, расширяющийся по мере создания новых формул полимочевинных составов.

Поистине революционным прорывом в технологиях полимерных покрытий послужило создание технологии нанесения поликарбамидных покрытий методом распыления, давшее возможность самого широкого распространения полимочевинных эластомеров. Быстрое время реакции компонентов, высокая скорость отверждения нанесенного покрытия, почти не зависящая от температуры окружающей среды и влажности, обусловили исключительные физико-механические свойства, химическую стабильность и длительный срок эксплуатации готового защитного покрытия. Несовершенство технологии, отсутствие подходящего оборудования сильно тормозили применение полимочевины в первые годы после ее создания.


Дальнейшие исследования и разработки в области совершенствования оборудования для напыления, использование новых видов сырья, вариантов рецептур исходных составов позволили преодолеть такие проблемы технологии, как смачивание подложки, слабую адгезию покрытия к основанию и недостаточное качество готовых покрытий, характерные для начального этапа развития технологий полимочевинных эластомеров.

Первые полимочевинные системы, появившиеся на рынке покрытий, отличались весьма высоким временем гелеобразования (менее 2 секунд), что вызывало нешуточные проблемы при нанесении. Внешняя легкость нанесения также легко может ввести в заблуждение неискушенного потребителя. Полимочевина характеризуется очень быстрым временем отверждения, что позволяло использовать готовые покрытия практически сразу же после нанесения. Достижение заданных свойств готовым покрытием происходило всего через несколько часов после нанесения, сами композиционные составы отличались простотой получения. Отсутствие необходимого опыта, обученного персонала, обладающего требуемой квалификацией и опытом работы именно на данном оборудовании, предназначенном для напыления полиурии, умеющим работать с высокореактивными системами с соблюдением всех средств предосторожности может приводить к определенным проблемам.

Основной же проблемой, как мы уже отмечали, являлась высокая реакционная способность полимочевинных систем. Использование сверхбыстрых распыляемых систем приводило к такому неприятному недостатку, как смачивание подложки. В результате многочисленных исследований, направленных на изучение взаимосвязи адгезии полимочевинного эластомера к бетону и времени гелеобразования было установлено, что при времени гелеобразования от 3 до 4 секунд, значения адгезии минимальны. В реальных условиях применения для усиления сцепления между полимочевиной и бетонной стяжкой практиковались многослойные системы, включающие в себя грунтовку и само эластомерное покрытие.

Ухудшение адгезии было обнаружено и по отношению к верхнему слою. Однако лабораторные исследования доказали обратное, а причиной проблем с адгезией к верхнему слою, как правило, были такие издержки производства, как некачественное сырье или несоответствующее оборудование.

Следует обратить особое внимание на правильную работу модуля смешения в распылительном оборудовании, поскольку равномерное смешивание компонентов является одним из условий получения качественного покрытия.

Высокая реакционная способность полимочевинных систем приводила к образованию низкокачественного пленочного покрытия. Настройка распыляющего оборудования, использование нелетучих органических соединений, новых дифенилметандиизоцианатных формополимеров, являющихся одной из последних разработок фирмы Huntsman, позволило решить эту проблему.

Использование в составе дифенилметандиизоцианатных (МDI) формополимеров, дало возможность снизить реакционную способность при одновременном увеличении гибкости продукта. Подобное свойство готового покрытия обусловлено низкой вязкостью МDI формополимеров с низким содержанием групп NCO. Использование же формополимеров с повышенным содержанием NCO-групп усиливает такое свойство эластомера, как твердость.

Серьезным препятствием для широкого распространения технологии напыления полимочевинных эластомеров является экономический фактор. Так называемые, «чистые» системы являются более дорогостоящими, чем гибридные, что обусловлено высокой стоимостью сырьевых компонентов. Однако, учитывая способность «чистых» полимочевинных систем к использованию там, где другие покрытия неприменимы, высокая стоимость не является препятствием для успешного ее применения.

Высокая стоимость оборудования для нанесения также вносит свой вклад в конечную стоимость готового покрытия. Тем не менее, если учесть время эксплуатации готового покрытия без снижения потребительских свойств, быстрое время нанесения и отверждения, позволяющее работать без простоев, низкие трудозатраты (на обслуживание установки требуется не более 3 человек), то конкурентоспособность полимочевины становится более чем очевидной.

Нанесение полимочевинных покрытий методом распыления предопределило сферу его применения. Наиболее целесообразным является применение полимочевинных систем в строительстве, особенно в тех случаях, когда фактор времени особенно значим. Быстрое время отверждения является причиной увеличения производительности труда и снижения общих капиталовложений в производство. Поскольку влажность подложки не изменяет физических свойств получаемой защитной пленки, ограничения по содержанию влаги далеко не так строги в сравнении с другими видами покрытий. Важным преимуществом поликарбамидных защитных покрытий является способность их отверждения при достаточно низких температурах, при которых невозможно протекание подобных реакций для других химических соединений, хотя надо отметить снижение скорости отверждения при понижении температуры. Полимочевинные системы могут использоваться в достаточно жестких, почти экстремальных условиях, но для получения качественных покрытий в таких случаях особенно важен правильный подбор компонентов.

Специфическим, только ей присущим свойством, является возможность нанесения покрытия требуемой толщины в течение одного цикла. К слову, такие широко распространенные покрытия, как полиуретановые, полиэфирные, эпоксидные и др., как правило, наносятся в несколько этапов, каждый из которых сопровождается довольно продолжительным временем сушки от нескольких часов до нескольких суток, причем качество покрытия зависит как от температурного фактора (отверждение возможно лишь при положительных температурах), так и влажности подложки и окружающего воздуха.

Необходимо отметить, что качество готового покрытия из полимочевины напрямую связано с тщательностью предварительной подготовки поверхности нанесения.

Любая поверхность, на которую наносится полимочевинный эластомер, должна отвечать определенным требованиям:

  • -чистота, отсутствие участков стойких загрязнений, масляных, жировых пятен, следов смазки и др.;
  • -отсутствие пыли;
  • -отсутствие легко отслаивающихся и крошащихся участков старого покрытия.

 

Недостаточная обработка поверхности приводит к ухудшению смачиваемости поверхности и, тем самым, к уменьшению адгезии покрытия к основанию, а избыточная влажность, например, бетонной стяжки, может привести к образованию различных дефектов готового покрытия.


Очистка, обезжиривание и обеспыливание поверхности могут в зависимости от степени загрязнении включать в себя следующие операции:

  • -обработку водой и паром под давлением;
  • -использование органических растворителей;
  • -ручную и струйную абразивную очистку;
  • -ополаскивание деионизированной водой и т. д.

Установка для напыления полимочевины представляет собой высоконапорную распылительную машину с возможностью предварительного подогрева компонентов.

Поскольку, как мы уже говорили, хорошее перемешивание составляющих реакции образования полимочевины, однородность компонентов, является необходимым условием получения защитного покрытия требуемого качества, то оборудование для распыления должно обладать соответствующей функцией. Существующие в настоящее время двухкомпонентные распылительные установки вполне отвечают этим требованиям: во-первых, обеспечивают точное дозирование компонентов «А» и «Б» (как правило, в соотношении 1:1 по объему), во-вторых, создают оптимальное для распыления давление, составляющее 150-250 атм., в-третьих, создают возможность предварительного подогрева составляющих до 60-80 градусов С. Значимость раздельного подогрева компонентов реакционной смеси трудно переоценить. Подогрев необходим для снижения вязкости компонентов до уровня ниже 100 мПа*с, причем он может осуществляться как в емкостях с компонентами, так и в шлангах, предназначенных для подачи компонентов в пистолет-распылитель. Сочетание низких значений вязкости с высоким давлением нанесения, способствуют улучшению физико-механических характеристик эластомера. Точное дозирование компонентов (1:1) является необходимым условием правильного протекания реакции и лишь в отдельных случаях, продиктованных условиями нанесения (например, при нанесении на влажную поверхность либо при высокой атмосферной влажности), соотношение увеличивается в сторону изоцианатов, что позволяет компенсировать долю изоцианата, реагирующую с избыточной влажностью.

Непосредственно распыление смеси компонентов производится распылительным самоочищающимся пистолетом, конструкция которого включает в себя смесительную камеру высокого давления. Установки для напыления вместе с компрессором и комплектующими отличаются компактностью и мобильностью (свободно размещаются на базе небольшого грузовика типа «Газели»). Длина обогреваемых шлангов (до 90м) придает установке необходимую маневренность, позволяет без особых затруднений разворачивать комплекс оборудования на объекте, наносить покрытие без перемещений бочек с компонентами и самого оборудования.


Важно отметить, что использование обычно применяемых для распыления низкореактивных систем – эпоксидных, полиуретановых и полиэфирных смол, двухкомпонентных дозаторов низкого и среднего давления, со статическими или механическими смесителями с функцией промывки смесительной камеры растворителями, для нанесения высокореактивных полимочевинных систем недопустимо.

Развитие и совершенствование технологий нанесения полимочевинных эластомеров особенно важно в связи со сравнительно небольшой сферой применения традиционных защитных покрытий.

Полиуретановые покрытия относительно недороги, однако подвержены образованию пузырей при влажности основания более 5%. Вспенивание готового полиуретанового покрытия, снижение его плотности объясняется взаимодействием изоцианатной группы с водой, сопровождающимся выделением углекислого газа. Ограничивающее влияние таких факторов как влажность и температура, характерные для большинства защитных полимерных систем, заставили обратить внимание на полимочевину и гибридные системы на ее основе (например, полиуретан/полимочевинные).

Обладая незаурядными свойствами, присущими полимочевинным системам, гибридные, тем не менее, являются каталитическими системами, что обуславливает их большую чувствительность к влажности в сравнении с «чистыми» поликарбамидами. Такие системы менее устойчивы и к изменениям эксплуатационных температур. Следует иметь в виду, что необходимость получения покрытия, обладающего всем комплексом достоинств, присущим «чистой» полимочевине, возникает не часто. Поэтому, в случаях необходимости получения покрытий с конкретными к ним требованиями использование гибридных систем является предпочтительным, в связи с их более низкой стоимостью. Использование наполнителей позволяет не только улучшить физико-механические свойства готового покрытия, но и является одним из путей снижения стоимости сырьевых компонентов. Наличие в составе неорганических наполнителей различной твердости может приводить к большей или меньшей степени истирания частей оборудования. Наиболее изнашиваемыми в результате воздействия наполнителей частями распыляющего оборудования являются камера смешения и сопло распыляющего пистолета. Чтобы минимизировать абразивное воздействие на распылительную установку и продлить, тем самым, срок ее службы, рекомендуется тщательная фильтрация системы перед загрузкой. Доза наполнителя варьируется в зависимости от рабочих характеристик установки.

Уникальность свойств полимочевины объясняется особенностями ее молекулярного строения, представляющего собой своеобразное сочетание гибких и жестких блоков различной природы. Направленное изменение свойств полиурии стало возможным путем выявления взаимосвязи между составом компонентов, условиями реакции, химической структурой и конечными свойствами эластомера.

При создании полимочевинных систем с заданными свойствами следует учитывать факторы, влияющие на структуру полимера и сам процесс формирования покрытий:

  • -химическая структура и реакционная способность компонентов;
  • -функциональность и молекулярная масса олигомеров, представляющих собой макромолекулы с разной массой и разной функциональностью, и полиизоцианатов;
  • -концентрация реакционноспособных макромолекул;
  • -температурный режим отверждения;
  • -конкретные требования к применению готового покрытия.

 

В результате комбинаций реакционноспособных олигомеров различной природы с реакционноспособными функциональными группами возможно получение сополимеров с любым соотношением и чередованием сомономеров, что обуславливает возможность создания полимера любого строения с заранее заданными свойствами.

Выбор олигомеров с нужным строением цепи, природой и числом функциональных групп, вариация условий и способов отверждения (температура, характер смешения компонентов и т.д.) позволяет создать требуемый тип полимерного покрытия.

Способ получения полимочевинных покрытий с помощью специальных установок для распыления полимочевины предполагает смешивание компонентов непосредственно перед нанесением. Поэтому особое значение приобретает вопрос о времени существования, так называемой, «жизнеспособности» этой смеси исходных компонентов. «Жизнеспособность» зависит от реакционной способности аминогрупп и изоцианатов, входящих в состав смеси. Удлинение жидкой фазы смеси возможно, например, при введении алифатических полиизоцианатов или гидроксисоединений с вторичными функциональными группами, что объясняется меньшей реакционноспособностью этих компонентов.

Высокая смешиваемость компонентов обеспечивается в специальном модуле смешивания, где при механическом воздействии происходит соударение перемешивающихся частиц. Эффективность перемешивания повышается с увеличением давления и температуры.

Вязкость смеси, как и вязкость обоих компонентов не должна быть выше 100 мПа*с. Нужно отметить, что вязкость полимерной смеси при 25° С около 900 мПа*с, при нагревании же до рабочей температуры происходит ее снижение до необходимых значений (ниже 100 мПа*с). Опытным путем было установлена зависимость свойств конечного продукта от температуры: так, например, полимочевинные мембраны, образованные при температурах 65, 70 и 80° С обладают различными свойствами, улучшающимися с повышением значений температуры.

Лучшая смешиваемость достигается при установке различных температур для каждого из компонентов.

Обобщая вышесказанное, можно сделать вывод: только тщательный отбор сырья, наладка оборудования, позволяющая обеспечить оптимальные условия для смешивания компонентов и напыления покрытия, высокая квалификация операторов обеспечат высокую надежность и долговечность покрытий из полимочевины.


Hunting for men