Полиуретаны - неисчерпаемый источник новых технологий

*по всем вопросам касательно полиуретановых покрытий Вы можете обратиться по телефону (812) 441 21 80. 
Полиуретаны являются универсальным материалом: на их основе изготавливают эластичные, полужесткие и жесткие материалы. Изделия и конструкции на основе полиуретанов используют во всех без исключения отраслях промышленности.
Суммарный объем производства ПУ ЛКМ составляет около 1,3 миллиона тонн, причем считается, что Северо-Американский и Европейские рынки растут примерно на 4-5% ежегодно. Здесь следует отметить, что на сегодняшний день объёмы производства ПУ в Европе уже достигли объемов производства докризисного 2008 г. и опережают все самые смелые прогнозы по ежегодному приросту – 7-8%. Рынок ПУ ЛКМ России составляет около 5-6 тысяч тонн, причем, только 5% производителей ЛКМ имеют опыт производства полиуретановых лакокрасочных систем. Именно по этой причине российский рынок ПУ покрытий оценивается как один из наиболее перспективных и динамично развивающихся. По оценкам экспертов прирост рынка ПУ материалов составляет около 30-40 % ежегодно, при этом доля компаний, участвующих в производстве 2К ПУ ЛКМ увеличивается на 5 % ежегодно.
Как уже было отмечено, большинство отраслей промышленности предъявляют все более высокие требования РД к качеству используемых ЛКМ. Одной из наиболее важных является общестроительная отрасль, а именно окраска различных металлических поверхностей, таких как строительные конструкции, сельскохозяйственная и строительная техника, шасси грузовиков, а также запасных частей и комплектующих для автомобильной отрасли, машиностроения. Основными окрашиваемыми субстратами являются хроматированный алюминий, черный, оцинкованный или  фосфатированный металл.
Объяснением столь широкого и повсеместного использования ПУ ЛКМ является ряд уникальных свойств, а именно:

  • экономичность — средний расход около 100-150 г/м2;
  • простота и удобство использования: зачастую нет специальных требований к оборудованию для нанесения;
  • быстрота сушки: сушка до ст.3 может варьироваться от 1 до 8 ч., в зависимости от комбинации различных связующих и отвердителей;
  • быстрый набор твердости, при сохранении эластичности и стойкости к удару.

Помимо этого ПК на основе 2К ПУ отличаются высокой водостойкостью, сравнительно хорошей химстойкостью (уступают эпоксидным ЛКМ), высокой абразивоустойчивостью, а также противокоррозионными и прекрасными декоративными свойствами.
Поскольку ПУ покрытия производят на основе широкого ассортимента связующих и отвердителей, они могут быть использованы в различных сегментах. Например, используя полиолы и ароматические изоцианаты (TDI), можно получить экономичные ПК для грунтовок или 1-слойные ПК. Данные материалы характеризуются: быстрой скоростью сушки, хорошей химстойкостью, но склонны к пожелтению, в связи с этим не рекомендованы к использованию в финишных ПК. Для этих целей в качестве отвердителей используются алифатические изоцианаты (NDI). ПК на их основе характеризуются высокой атмосферостойкостью, химстойкостью и стойкостью к пожелтению, высокой эластичностью. А использование изофорондиизоцианатов (IPDI) позволяет получить быстрое высыхание ПК.
Используя разные типы смол с различным содержанием гидроксильного  числа, можно влиять на блеск, адгезию и водо-, химо-, атмосферо стойкость покрытий.
В качестве грунтовки используют либо эпоксидные, либо 2К ПУ системы на основе полиэфиров. Это позволяет получить систему ПК с высокой коррозионной защитой и хорошей адгезией. Для производства 2К ПУ грунтов также целесообразно использовать гидроксилсодержащие акриловые смолы с функциональностью от 1,3 до 3 %. Для получения ПК с высокой атмосферостойкостью требуются смолы с функциональностью около 4% и высокой степенью сшивки пространственного полимера. Использование связующих с ОН 5 % и более позволяет получить химически стойкие ПК, в том числе, и «легко-очищаемые» покрытия, так называемые антиграфити.
Следует также отметить, что в связи с высокими потребительскими характеристиками ПУ общестроительного применения, список возможных отраслей их использования значительно увеличивается. 2К ПУ материалы могут быть как естественной сушки, так и горячего отверждения (15-20 минут при 130ºС). органо- или водоразбавляемых ПК по металлу, это также покрытия для рулонного металла и тары, покрытия по пластику,  стеклу, коже и текстилю, автомобильные системы.
Особое внимание необходимо уделить новым разрабатываемым высоконаполненным полиуретанам с высоким содержанием нелетучих веществ, а также с возможностью нанесения ПК с заданной толщиной до 300 мкм за один слой. В связи с постоянно повышающимися требованиями к защите окружающей среды, а также с уменьшением ПДК вредных веществ, эти системы приобретают высокую актуальность.
Высоконаполненные 2К ПУ системы характеризуются:

  • Экологичностью – в связи с низким содержанием органических растворителей;
  • Возможностью нанесения ПК высокой толщины за 1 слой (до 300мкм)
  • Технологичностью процесса нанесения (1 слой);
  • Экономичностью – низкая эмиссия растворителей из ПК;
  • Не требуют дополнительного оборудования для рекуперации растворителей.

 

ТЭ обоснование использования 2K ПУ HS и традиционные 2K ПУ

Средняя стоимость ЛКМ, руб/кг

л.о.с.

Площадь окраски, м2

Средний расход, кг/м2 (2-1 слой)

Средняя толщина ПК, мкм

Кол-во краски

Кол-во растворителя

2К ПУ

200

50,00%

10000

0,4

100-120

4000

2000

2К ПУ HS

250

20,00%

10000

0,3

100-120

3000

600

Растворитель

50

 

Стоимость краски, руб

Стоим-ть раств, руб

Стоим раств на м2

Произв-ть окраски, м2/чел*ч

Кол-во циклов окраски

Время окрашивания, чел-ч

Время окрашивания общее, чел-ч

Приведенная стоимость, руб/м2

2К ПУ

800 000

100 000

10,00р.

25

2

400

800

80

2К ПУ HS

750 000

30 000

3,00р.

25

1

400

400

75

Развитие современных систем защиты от коррозии включает в себя сохранение существующих антикоррозионных свойств с одной стороны и оптимизацию, направленную на уменьшение стоимости и рост производительности окраски и обслуживания с другой стороны.
К наиболее востребованным и актуальным, например можно отнести:

  • Системы покрытий, не требующие тщательной подготовки поверхности;
  • 1К и 2К ПУ на водной основе;
  • Высоконаполненные двухкомпонентные системы с уменьшенным содержанием растворителя.

Каждое из рассматриваемых направлений имеет ряд своих особенностей.

  • Системы покрытий, не требующие тщательной подготовки поверхности, отличаются технологичностью, но одновременно с этим сравнительной дороговизной, обусловленной применением различных функциональных агентов.
  • 1К и 2К ПУ на водной основе соответствуют современным нормам защиты окружающей среды, но также отличаются сравнительно высокой стоимостью.
  • Высоконаполненные двухкомпонентные системы с уменьшенным содержанием растворителя, характеризуются невысокой стоимостью, технологичностью, а также низкими нормами выброса летучих органических соединений в окружающую среду. Экономическое обоснование промышленного применения 2К ПУ HS было рассмотрено ранее. Именно по этим причинам наилучшей альтернативой замены традиционным органо-разбавляемых 2К ПУ ЛКМ или логическим продолжением эволюции ПУ ЛКМ является 2К ПУ HS.

В последние годы европейский рынок антикоррозионных покрытий растет только за счет разновидностей этих материалов. Все остальные сектора рынка удерживаются на прежнем уровне либо снижаются.
Важное значение имеет  оптимизация антикоррозионных систем в соответствии с реальными коррозионными нагрузками. Оказание клиентам услуг по оптимальному подбору системы покрытий, замена устаревших на более высокотехнологичные материалы и простыми в работе является важным и быстрорастущим сектором рынка, что может быть выделено как дополнительная точка роста рынка ЛКМ. Выполнять такую оптимизацию могут только специалисты с богатейшим опытом применения антикоррозионных материалов в различных отраслях промышленности и строительства.

Полиуретаны - неисчерпаемый источник новых технологий

*по всем вопросам касательно ПУ покрытий Вы можете обратиться по телефону (812) 441 21 80. 
 Автор статьи: Раммо Матвей Валерьевич, генеральный директор
Целью данной публикации является не общее знакомство отечественных производителей лакокрасочной продукции с общими принципами полиуретановой технологии, а скорее попытка познакомить читателя с широким списком областей применения полиуретановых материалов, а также с огромным потенциалом свойств покрытий, получаемых на их основе.
История развития полиуретановых ЛКМ началась, когда  господин Отто Байер более 50-ти лет назад впервые синтезировал полиуретан из алкидной смолы и ароматического диизоцианата. Но в силу ароматической природы мономеров они не нашли широкого промышленного применения – покрытия на их основе склонны к пожелтению под действием УФ-излучения, что обуславливает их применение преимущественно для внутренних поверхностей. Преодолеть это ограничение помогло  открытие алифатического изоцианата – гексаметилендиизоцианата (ГМДИ). Таким образом, были получены первые 2-компонентные полиуретановые (ПУ) покрытия на основе алифатических диизоцианатов и полиолов, имеющие важное практическое значение и по сей день [5].
Благодаря техническому превосходству, а также высокому качеству, 2К ПУ ЛКМ быстро заменили традиционные алкидные материалы. В первую очередь, данная замена коснулась машиностроительной и автомобильной отраслей, ведь именно в этих сегментах присутствуют наиболее высокие требования к деформационно-прочностным, а также к технологичным свойствам покрытий, таким как время высыхания, блеск, твердость и истираемость.
К сожалению, вынуждены признать, что отечественная лакокрасочная отрасль развивается с более чем 30-летним отставанием от европейской. Массовое внедрение 2К ПУ материалов на западе приходится на 70-е годы 20-го века. Именно в этот период эти материалы нашли широкое применение, а также было доказано, что реакция изофорондиизоцианата со средними алкидами значительно повышает твердость, перекрываемость слоев, а также масло- и бензостойкость ПК [4].
В настоящее время все большее количество отраслей промышленности выдвигают повышенные требования к характеристикам и качеству ЛКМ. Окрашивание подвижного состава железнодорожного транспорта уже не ограничивается только материалами типа «ПФ». Настоящие требования разрешительной документации подразумевают использование более технологичных лакокрасочных систем: 1-компонентных – уретан-алкидных или 2-компонентных – на основе алифатических диизоцианатов и гидроксилсодержащих связующих.
Рассмотрим наиболее важные отрасли применения ПУ ЛКМ.
Согласно маркетинговым исследованиям, проведенным в 2005-2008 гг., наиболее значимыми отраслями являются строительная отрасль – 28%, промышленные ЛКМ – 24%, далее следуют ПК для мебели – 14%, автомобильные и противокоррозионные ПК занимают примерно по 10% каждая. Значительно меньше доли рынка занимают покрытия по пластику, текстилю, окраска рулонного металла (рис.1) [2].
Полиуретановые ЛКМ и потенциал их использования в отечественной отрасли
Рис. 1. Потребление сырья для дакокрасочных материалов по сферам применения
Таблица 1. Сравнение органоразбавляемого двухкомпонентного полиуретанового промышленного покрытия и алкидного промышленного покрытия [1]

2К полиуретановое покрытие

1К алкидное покрытие

Содержание нелетучих веществ, %

63-65

44-46

Жизнеспособность

8 часов

3-6 месяцев

Время высыхания
— от пыли
— до степени 3

прибл.1

прибл.5-6

прибл.1,5

прибл.4,5-5

Глянец при 20°

85-90

80-85

Вердость по маятнику, сек. (через 7 дней)

110-120

25-30

Эластичность, Эриксен, мм

6-7

6-7

Стойкость к растворам после 7 дней*

1

5

Атмосферостойкость*

1

4

*1=хорошо; 2=удовлетворительно; 3=плохо
Суммарный объем производства ПУ ЛКМ составляет около 1,3 млн т, причем считается, что Северо-Американский и Европейские рынки растут примерно на 4-5% ежегодно. Здесь следует отметить, что на сегодняшний день объёмы производства ПУ в Европе уже достигли объемов производства докризисного 2008 г. и опережают все самые смелые прогнозы по ежегодному приросту – 7-8%. Рынок ПУ ЛКМ России составляет около 5-6 тысяч т, причем только 5% производителей ЛКМ имеют опыт производства полиуретановых лакокрасочных систем. Именно по этой причине российский рынок ПУ покрытий оценивается как один из наиболее перспективных и динамично развивающихся. По оценкам экспертов прирост рынка ПУ материалов составляет около 30-40 % ежегодно, при этом доля компаний, участвующих в производстве 2К ПУ ЛКМ увеличивается на 5 % ежегодно.
Как уже было отмечено, большинство отраслей промышленности предъявляют все более высокие требования РД к качеству используемых ЛКМ. Одной из наиболее важных является общестроительная отрасль, а именно окраска различных металлических поверхностей, таких как строительные конструкции, сельскохозяйственная и строительная техника, шасси грузовиков, а также запасных частей и комплектующих для автомобильной отрасли, машиностроения. Основными окрашиваемыми субстратами являются хроматированный алюминий, черный, оцинкованный или  фосфатированный металл.
Объяснением столь широкого и повсеместного использования ПУ ЛКМ является ряд уникальных свойств, а именно:

  • экономичность — средний расход около 100-150 г/м2;
  • простота и удобство использования: зачастую нет специальных требований к оборудованию для нанесения;
  • быстрота сушки: сушка до ст.3 может варьироваться от 1 до 8 ч., в зависимости от комбинации различных связующих и отвердителей;
  • быстрый набор твердости, при сохранении эластичности и стойкости к удару.

Помимо этого, ПК на основе 2К ПУ отличаются высокой водостойкостью, сравнительно хорошей химстойкостью (уступают эпоксидным ЛКМ), высокой абразивоустойчивостью, а также противокоррозионными и прекрасными декоративными свойствами.
Поскольку ПУ покрытия производят на основе широкого ассортимента связующих и отвердителей, они могут быть использованы в различных сегментах. Например, используя полиолы и ароматические изоцианаты (ТДИ), можно получить экономичные ПК для грунтовок или однослойные ПК. Данные материалы характеризуются высокой скоростью сушки, хорошей химстойкостью, но склонны к пожелтению, в связи с чем они не рекомендованы к использованию в финишных ПК. Для этих целей в качестве отвердителей используются алифатические изоцианаты (ГМДИ). ПК на их основе характеризуются высокой атмосферостойкостью, химстойкостью и стойкостью к пожелтению, высокой эластичностью. А использование изофорондиизоцианатов (ИФДИ) позволяет получить быстрое высыхание ПК.
Варьируя различные типы смол с разным гидроксильным числом, можно влиять на блеск, адгезию и водо-, химо-, атмосферостойкость покрытий.
В качестве грунтовки используют либо эпоксидные, либо 2К ПУ системы на основе полиэфиров. Это позволяет получить ПК с высокой коррозионной защитой и хорошей адгезией. Для производства 2К ПУ грунтов также целесообразно использовать гидроксилсодержащие акриловые смолы с функциональностью от 1,3 до 3 %. Для получения ПК с высокой атмосферостойкостью требуются смолы с функциональностью около 4% и высокой степенью сшивки пространственного полимера. Использование связующих с ОН 5 % и более позволяет получить химически стойкие ПК, в том числе, и «легко-очищаемые» покрытия [3, 6].
Следует также отметить, что в связи с высокими потребительскими характеристиками ПУ общестроительного применения, список возможных отраслей их использования значительно увеличивается. 2К ПУ материалы могут быть как естественной сушки, так и горячего отверждения (15-20 минут при 130 ºС). В табл. 1 приведены преимущества 2К ПУ покрытия по сравнению с алкидным. Однозначно можно сказать о более высоких характеристиках ПУ ПК, таких как твердость, химостойкость, атмосферостойкость. На основании изложенных данных можно судить, что потенциал ПУ ЛКМ действительно неисчерпаем. Причем это касается не только органо- или водоразбавляемых ПК по металлу, это также покрытия для рулонного металла и тары, покрытия по пластику,  стеклу, коже и текстилю, автомобильные системы.
Особое внимание необходимо уделить новым разрабатываемым высоконаполненным полиуретанам с высоким содержанием нелетучих веществ, а также с возможностью нанесения ПК с заданной толщиной до 300 мкм за один слой.
В связи с постоянно повышающимися требованиями к защите окружающей среды, а также с уменьшением ПДК вредных веществ, все более актуальными становятся водоразбавляемые 1К и 2К полиуретановые ЛКМ.
Достаточно сложно отразить все многообразие возможных сфер применения ПУ в одной публикации, так как каждое направление ПУ сектора требует особого внимания и более детального рассмотрения.
Целью компании «Аттика» является повышение конкурентоспособности отечественных лакокрасочных производителей посредством внедрения им современных высокотехнологичных материалов.
Специалисты нашей компании помогут Вам разобраться в выборе нужного химического сырья для получения покрытия с заданными технологическими параметрами, а также предоставят полную, исчерпывающую информацию по разрабатываемому материалу.

Полиуретаны - неисчерпаемый источник новых технологий

*по всем вопросам касательно красок для дорожной разметки Вы можете обратиться по телефону (812) 441 21 80.   

Автор статьи: Раммо Матвей Валерьевич, генеральный директор 

 

«В России две беды: дураки и дороги»

Н.В.Гоголь

 Именно этой цитатой хочется охарактеризовать всю дорожную ситуацию в стране. А ведь именно от качества дорог и дорожного покрытия напрямую зависит не только скорость передвижения, но и наша безопасность.
Как известно, качество дорог определяют четыре группы показателей: технико-экономические, эргономические, транспортно-эксплуатационные и технологические. К двум последним можно отнести краску для дорожной разметки.
Ни для кого не секрет, что стоимость дорожного покрытия в России в среднем в 2-3 раза выше стоимости аналогичного покрытия в Европе, а эксплуатационные характеристики, вынуждены отметить, значительно хуже.
При этом хотелось бы отметить, что правительство РФ намерено инвестировать в дорожное строительство России сумму около 8,4 трлн. рублей до 2020 года.
На фоне таких астрономических цифр печально осознавать, что лишь малая доля этой суммы коснется отечественных производителей лакокрасочной продукции, а именно красок для дорожной разметки, поскольку приведенная стоимость краски в стоимости окрасочных работ по её нанесению составляет менее 10%, а в стоимости самого дорожного ПК – менее 1%.
Однако здесь необходимо отметить, что именно производители лакокрасочной продукции подвергаются наибольшему прессингу по снижению стоимости ЛКМ со стороны компаний, занимающихся нанесением лакокрасочного покрытия. При этом значение дорожного покрытия трудно переоценить, так как именно от правильно нанесенной и качественной продукции зависит безопасность участников дорожного движения, а также правильная эксплуатация самого дорожного покрытия.
Дорожная разметка фактически подразделяется на два типа: краски на основе термопластика и краски на основе термопластичных акриловых смол. Вне всякого сомнения, срок службы покрытия на основе термопластика значительно дольше, чем покрытия на основе обычной краски, однако при этом стоимость нанесения значительно выше. Также существуют специальные требования к окрасочному оборудованию для нанесения краски на основе термопластика. Именно поэтому на российских дорогах наиболее востребован второй вид лакокрасочных систем.
К наиболее важным потребительским характеристикам краски для дорожной разметки можно отнести:

  • время высыхания — колеблется от 15 до 30 мин. Напрямую зависит от типа используемого пленкообразователя;
  • твердость покрытия – от 0,25 до 0,4; в том числе зависит от типа пленкообразователя;
  • адгезия – не менее 1 балла; зависит от типа пленкообразователя;
  • укрывистость – не более 200 г/м по сухой пленке; в основном зависит от типа используемого пигмента.

В настоящее время перед отечественными производителями красок для дорожной разметки стоит непростая задача – производство качественного ЛКМ, отвечающего всем заданным свойствам, при этом по беспрецедентно низким ценам. К примеру, средняя стоимость закупки готового ЛКМ не превышает 70-75 руб/кг, при этом необходимо подчеркнуть, что стоимость сырьевых компонентов постоянно растёт.
Именно этой проблемой – созданием сравнительно качественной краски для дорожной разметки с невысокой стоимостью – озадачились технические специалисты компании «Аттика» и немецкой компании Synthopol Chemie. Ассортимент поставляемых термопластичных акрилатов производства Synthopol Chemie достаточно велик.
Ниже в табл.№1 приводятся основные типы пленкообразователей и области применения готовых ЛКМ на их основе.

Смола

Грунт

Основное применение

SA 397

металл / пластикЭлектроизоляционные платы

TS 4496

пластик / металлПокрытие голограмм

SA 521

асфальт / бетон / металлДорожная разметка / фасады

SA 526 HS

асфальт / бетон / металлВысокотвердая дорожная разметка / фасады

TS 2104

асфальт / бетон / металлДорожная разметка / фасады

TS 3759

асфальт / бетон / металлВысокотвердая дорожная разметка / фасады

TS 3392

асфальт / бетон / металлгерметики

TT 1052

асфальт / бетонаэрозоли / маркировка для уличных работ / маркировка деревьев

SA 587

бетонфасады

TT 1002

бетон / фарфор / стекломинеральная / печатная краска

LS 60/037 T

бетон / фарфор / стекломинеральная / печатная краска

TS 3912

асфальт / бетон / металлКраска для крыш

T 1289

асфальт / бетонКраска для крыш/балконов

В рассматриваемом нами случае мы хотели бы остановиться на одном типе связующего – Synthalat A 526 HS.
Термопластичная высокотвердая смола Synthalat A 526 HS специально разработана как связующее для красок для дорожной разметки, отличающихся быстрым высыханием, хорошей постоянной гибкостью и стабильностью цвета. В отличие от других сохнущих на воздухе связующих, эта смола позволяет получить покрытие с высокой твердостью и низким содержанием растворителя. Synthalat A 526 HS представляет собой 60% раствор в смеси органических растворителей (ксилол-бутилацетат).
Нашими специалистами была разработана краска, отвечающая следующим характеристикам:

Показатель

Норматив

Фактическое значение

1

Вязкость: ВЗ-246, с

90-110

102

2

Сухой остаток не менее; %

73/75

74,7

3

Твердость по ТМЛ, усл.ед.

0,3

0,36

4

Укрывистость по сухой плёнке не менее, г/м

200-250

207

5

Адгезия, усл.ед.

1

1

6

Истираемость не менее, кг/мкм

0,8/1,0

1,0

В результате приведённых испытаний в нашей лаборатории была получена рецептура, которую можно рассматривать в качестве базовой:

Компонент

% содержание

1

Synthalat A 526 HS

20,5

2

Этилацетат

7,4

3

Ацетон

2,4

4

Толуол/Ксилол

10,7

5

EFKA 4010 *

0,3

6

Микрокальцит

41,9

7

Микротальк — 07-98

2,9

8

Диоксид титана, отечественный

13,9

* — несмотря на основную задачу – сделать недорогую рецептуру краски – использование диспергатора EFKA 4010 целесообразно и экономически обоснованно, т.к. позволяет уменьшить время диспергирования краски для дорожной разметки более чем в 2 раза: нужная степень перетира достигается через 30 мин, по сравнению с 75 мин. без введения EFKA 4010.
При этом значительно уменьшаются энергозатраты, сокращается испарение летучих растворителей и значительно повышается производительность оборудования.
Помимо этого были проведены независимые испытания ПК на истираемость в испытательном центре «ВНИИГС», в результате чего получены удовлетворительные результаты.
Таким образом, несмотря на жесткие экономические стоимостные рамки готовой продукции, была получена качественная краска для дорожной разметки на основе термопластичной акриловой смолы Synthalat A 526 HS (Synthopol Chemie), отвечающая всем потребительским требованиям, а также жестким условиям эксплуатации дорожного покрытия. Период эксплуатации краски для дорожной разметки на территории Северо-Западного региона составил более 6 месяцев.
На основе термопластичных связующих Synthalat в Германии производится достаточно большое количество красок для дорожной разметки, срок эксплуатации которых превышает 1 год.