Полимочевина – Истоки

Полимочевина, хотя и считаются современным материалом, известна уже почти 70 лет. Первое упоминание об этом материале можно найти в Journal of Polymer Science от 1948 года. В нём описаны температуры плавления различных полимеров, включая этот материал. Между лабораторными испытаниями и первым коммерческим использованием полимочевины прошло более 30 лет. В 80-х разработка технологии реактивного впрыска позволила производить компоненты для автомобильной промышленности, и первым компонентом стала защита бампера на автомобиле Pontiac Fiero. Полимочевина в виде слоя покрытия известна с 1988 года. Разработка этой технологии была вызвана потребностью в несодержащих растворителей, стойких и быстро наносимых защитных слоях. В 1989 году было нанесено первое коммерческое покрытие для гидроизоляции крыш.

Как это работает?

Полимочевина представляет собой продукт реакции изоцианата с полиаминами. Чаще всего этот процесс осуществляется в два этапа. Первый этап обычно происходит на заводе-изготовителе и заключается в производстве преполимера, имеющего реакционноспособные изоцианатные группы. Второй этап происходит на месте использования и заключается в реакции преполимера со смесью полиаминов, наполнителей и вспомогательных веществ. Общая картина реакции показана ниже:

 

 

Разница между полимочевиной и полиуретанами заключается в типе функциональной группы, участвующей в реакции с изоцианатами. В случае полиуретана это -ОН, а в случае полимочевины -NH2. Это различие существенно влияет на механизм реакции, которая в случае аминов протекает быстрее. Ароматический амин примерно в три раза более реакционноспособен, чем алифатическая группа -ОН. И что ещё более важно, аминогруппы реагируют с изоцианатом намного быстрее, чем с водой, что делает покрытия из полимочевины устойчивыми к влаге в процессе их изготовления. Время гелеобразования первых систем составляло около двух секунд, а всё изделие отверждалось уже через десять секунд. Сегодня эти системы работают медленнее (время гелеобразования около шести и время отверждения около пятнадцати секунд). Благодаря этому смесь отличается лучшей растекаемостью, что существенно влияет на гладкость покрытия. Полимочевина, нанесённая на поверхность воды, затвердевает без пены, давая плотное покрытие. В случае с полиуретаном такое напыление не даст плотного и цельного слоя. Системы, образующиеся в результате реакции обеих функциональных групп с изоцианатными группами, называются гибридными системами. Хотя свойства полимочевины немного лучше, гибридные покрытия могут полностью заменить их в менее требовательных приложениях.

Ароматические или алифатические?

Различают две основные группы полимочевин: ароматические и алифатические. Разница между двумя группами заключается в наличии ароматического кольца. Отсутствие такого кольца в полимерной цепи повышает устойчивость к УФ-излучению. Кроме того, оно часто менее устойчиво к высоким температурам. Реакционная способность фрагментов в алифатических соединениях больше, что ускоряет реакцию. Немаловажным аспектом может быть и цена – решение об использовании алифатического покрытия будет связано с гораздо большими затратами. В следующей таблице сравниваются другие свойства:

 

Приложение

Основным оборудованием, используемым при нанесении полимочевины, является 2-компонентный агрегат высокого давления. Для получения качественного покрытия необходимо соблюдать ряд правил. Во-первых, установка должна выдавать давление не менее 160 бар, а желательно даже 200 бар. Во-вторых, обработка требует нагрева обоих компонентов до температуры около 70˚С. При этой температуре вязкость компонентов невелика, что делает смешивание в форсунке более эффективным. В-третьих, не менее важным, чем параметры обработки, является подготовка поверхности к напылению. Её следует очистить от любых непрочно держащихся на ней материалов. Для стали следует провести пескоструйную обработку. При нанесении на бетон важно перекрыть доступ влаги со стороны основания при помощи грунтовки, так как в противном случае возможно отслаивание покрытия. Четвёртым фактором, влияющим на качество изоляции, является контроль условий окружающей среды. Во время нанесения температура основания должна быть не менее чем на 3°C выше точки росы. За подробной информацией о полимочевине стоит обратиться к производителю системы.

Свойства

Полимочевина – это эластомерный материал, поэтому показатель удлинения у него очень высок. Благодаря своей растяжимости материал обладает высокой прочностью на разрыв. Твёрдость ароматической полимочевины может быть недостаточной для некоторых применений, но алифатическое покрытие с этой точки зрения будет несколько лучшим. Стоит отметить его отличную адгезию ко многим материалам. Другие свойства, которые отличают полимочевину от других изоляционных материалов, включают очень хорошую способность перекрывать трещины и ударопрочность. Точные значения основных параметров указаны в таблице:

 

Применения

  • Защита труб – полимочевина отлично подходит для защиты труб и трубопроводов. Она защищает от коррозии и внешних факторов. Может наноситься как на сталь, так и на пенополиуретан, являющийся теплоизоляцией трубопровода.
  • Мосты и тоннели – способность изолировать как сталь, так и бетон, а также высокая износостойкость, позволяют защищать конструкции без необходимости ремонта в течение многих лет (испытания на старение показывают, что покрытие может выполнять свою функцию до 30 лет).
  • Защита резервуаров – как для новых резервуаров, так и для ремонта. Резервуар можно вернуть для использования в течение 48 часов. Обеспечивает очень хорошую химическую и механическую стойкость.
  • Морская промышленность – применение не ограничивается защитой стали и ламината: полимочевина часто используется для звукоизоляции корпусов и обшивки трюмов.
  • Изоляция кровли – механическая прочность, долговечность и быстрота нанесения делают полимочевину незаменимой в некоторых областях применения. Всё большую популярность набирают системы с повышенной способностью отражать солнечное излучение для защиты, например, складских помещений от перегрева.
  • Канализация и водопровод – очень широкий спектр применения. От покрытия компонентов колодцев и очистки сточных вод до систем ремонта трубопроводов. Очень важным является быстрый демонтаж элементов. Интересной технологией является бестраншейный ремонт трубопроводов с использованием полимочевины.
  • Автомобильная промышленность – изначально она использовалась в основном для защиты грузовых отсеков автомобилей, а теперь – в качестве покрытия всего кузова, предохраняющее от коррозии или, в случае внедорожников – от механических повреждений.

Конечно, это лишь некоторые примеры применения. Кроме них, среди менее популярных мы можем найти изоляцию аквариумов, спортивные поверхности, изоляцию фундаментов, кожухи, пуленепробиваемое стекло или покрытия для динамиков.