Полиуретановые ЛКМ и потенциал их использования в отечественной отрасли

*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].

 

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.