Виды полимочевины

Полимочевины представляют собой линейные полимеры, основная цепь которых содержит макромолекулы группы—HN—СО—NH—. Использование в качестве базового компонента полиэфираминов вместо полиэфирполиолов, характерных для химии полиуретанов, привело к появлению качественно новых синтетических полимерных материалов, уникальность и многообразие свойств которых определяется наличием аминных групп в макромолекулах полиурии.

Существуют различные способы получения поликарбамидов. 

Различаясь по способам образования и выделения из реакционной среды, поликарбамиды разнятся и по своей структуре: могут быть порошкообразными, волокнистыми либо в виде комков.

Температуры плавления различных видов полимочевин находятся в диапазоне 200-400 градусов С и зависят как от метода образования, так и от природы исходных компонентов. Плотность поликарбамида варьируется в пределах 1,03—1,25 г/см3 (20 °C), прочность при растяжении около 660 кгс/см2. Высокая водостойкость (водопоглощение за 24 часа составляет всего 0,05-1,7%), устойчивость к значительному количеству агрессивных химических соединений, выдающиеся механические свойства предопределили широкий спектр ее применения. Физико-механические свойства полимочевинных эластомеров, практически не превзойденные ни одним из существующих на рынке покрытий материалов, такие как исключительно высокая эластичность, сопротивление на разрыв, истирание, гибкость и твердость, диэлектрические показатели в сочетании с высокой химико-биологической стойкостью и технологическими преимуществами: отсутствием температурной и влагозависимости, высокой скоростью полимеризации, позволяют считать полимочевину одним из самых перспективных полимерных материалов.

Разумеется, идеальных во всех отношениях материалов не существует. Использование полимочевины также ограничено ее растворимостью в муравьиной и серной кислотах, диметилформамиде (ДМФА), N-метилпирролидоне, крезоле и др.

Полимочевины – это не только мембранные покрытия высокой прочности, эластичности и т. д., из полимочевины выпускают, например, волокно, известное под названием урилон, используемое при производстве некоторых видов трикотажа. Изготавливают из полимочевин (получаемых из диаминов и диизоцианатов) трубы, пленки, лакокрасочные материалы, мембраны для ультрафильтрации, электроизоляционные материалы и т. д.

Изоцианатный преполимер, являющийся одной из обязательных составляющих реакции образования полимочевины, может быть либо ароматической либо алифатической природы. Алифатическая полимочевина не чувствительна к воздействию УФ-излучения, не выцветает при нахождении под прямыми солнечными лучами, что позволяет применять ее в местах, где эстетичность занимает не последнее место, например, на фасадах зданий. Стоимость алифатической полимочевины, соответственно, выше, чем ароматической.

Системы алифатической полиурии также подразделяются на два типа:

• стандартные системы, предполагающие применение оборудования высокого давления и высокой температуры компонентов;
• полиаспартические системы (polyaspartic system), разработанные на основе сложных эфиров и отличающиеся таким характерным признаком, как более длительная, в сравнении со стандартными системами, жизнеспособность реакционной смеси, достигающая иногда 1 часа. Это замечательное свойство полиаспартических полимочевин относит их к классу полимочевин ручного нанесения: нанесение производится с помощью валиков, кистей либо, в некоторых случаях, безвоздушных распылителей. Потребительских свойств покрытие из полиаспартической полимочевины достигает при меньшей толщине (всего 0,2 мм). Если добавить к этому высокую стойкость к УФ-излучению, прочность и химическую инертность, то перспективность именно этого вида поликарбамидных систем становится более чем очевидной.

Стоимость ароматических полимочевинных систем, как правило, ниже, чем алифатических, несмотря на идентичность алифатическим полимочевинным системам по основным характеристикам. Единственное отличие – отсутствие цветовой стабильности ароматических полимочевин, не изменяющее качества покрытия в целом.

Способ получения и нанесения ароматических полимочевин такой же, как и стандартных систем алифатической полиурии, базируется на использовании оборудования высокого давления и подогреве компонентов.

Название «полимочевина» определяется содержанием в цепи полимера полимочевинных связей. Именно полимочевинные связи являются причиной столь высоких физико-механических свойств полиурии наряду с устойчивостью к воздействию агрессивных химических и биологических факторов, выделяющих ее из значительного количества существующих на сегодняшний день пленкообразующих полимерных покрытий, таких как эпоксид, полиэфир, акрил, каучук, а также полиуретан.

Как мы уже говорили, полимочевинные композиции, в зависимости от состава исходных компонентов и их практического назначения, можно наносить либо с помощью специального распылительного оборудования, либо ручным способом, причем распыляемые полимочевинные системы составляют не менее 95% рынка поликарбамидов. Наилучшим оборудованием, существующим на сегодняшний день, являются распылительные установки фирмы GRACO/GUSMER производства США.

Полимочевинные системы, наносимые ручным способом, не нуждаются в специальном оборудовании для нанесения. Однако существование таких длительно отверждающихся составов с сохранением всех уникальных свойств, присущих полимочевине, особенно важно, поскольку позволяет использовать их при создании защитных покрытий в местах, где напыление полимочевины по каким-либо причинам производить технологически затруднительно. Полимочевины ручного нанесения незаменимы также в качестве ремонтных составов.

Одной из специфических особенностей поликарбамидных составов является возможность путем варьирования составом компонентов синтезировать системы с заранее заданными свойствами. Даже при незначительных изменениях структурных формул исходных составляющих возможно получение эластомера с заданным комплексом химических и физических свойств. Усиление тех или иных свойств напыляемого эластомера в ту или иную сторону, формирование физической структуры полимерного покрытия обуславливается не только химическим строением исходных компонентов, но и их реакционной способностью, молекулярным весом и функциональностью полиолов и изоцианатов, соотношением и концентрацией реакционных групп, температурным режимом реакции полимеризации.

Полимочевины, выпускаемые различными производителями, производятся по индивидуально подобранным рецептурам, различаются по набору свойств и областям применения. Даже полимочевинные композиции, выпускаемые одним производителем, имеют различный состав, и, соответственно, разнятся по свойствам.

В настоящее время существует значительное количество поликарбамидных систем, разработанных для различных областей применения:

• поликарбамиды, содержащие в своем составе производные силанов, которые придают готовому покрытию такие свойства как повышенная химическая стойкость и сцепление с подложками из различных материалов;
• политиомочевины с более высокой стойкостью к воздействию нефти и нефтепродуктов;
• эпоксиполимочевины, высокоустойчивые к воздействию агрессивных сред полимочевинные системы и др.

С целью снижения горючести полимочевины в состав некоторых полимочевин вводят антипирены, для увеличения эластичности – пластификаторы, показатель водопоглощения уменьшают обычно добавками гидрофобизаторов либо специальных масел, для придания готовому покрытию большей твердости и износостойкости вводятся отвердители и т. д.

Полимочевинные системы разделяются на чистую полимочевину и гибридную.

Казалось бы, к чему тратить силы и время на создание гибридных композиций, если потребительские и технологические свойства чистых полимочевин и так не имеют себе равных. Дело в том, что сырье для чистой полимочевины довольно дорого, а для применения в конкретных случаях зачастую не обязателен весь комплекс уникальных свойств, присущих чистой полимочевине.

Наибольшее практическое применение получили гибридные полимочевинно-полиуретановые системы.

Гибридные полимочевины более экономичны, однако ограничений при нанесении таких составов больше, чем при напылении чистой полимочевины, что связано со специфической особенностью полиуретанов вступать в реакцию с влагой воздуха. Гибридные полимочевинно-полиуретановые системы менее чувствительны к влажности воздуха, чем полиуретановые, однако необходимость присутствия катализаторов при образовании таких систем, зависимость в связи с этим от температурно-влажностного режима делают такие системы недостаточно устойчивыми.

Исходя из вышесказанного, можно заключить, что использование гибридных полимочевинно-полиуретановых систем наиболее целесообразно и экономически оправдано в условиях производства, что и предопределило их доминирование на рынке покрытий в сравнении с чистыми системами. Чистые же полимочевины не имеют себе равных в экстремальных, жестких условиях, таких как низкие температуры или высокая влажность.

Разнообразие свойств полимочевинных систем определяется числом и природой чередующихся олигомерных блоков. Так, выдающаяся гибкость поликарбамидов определяется наличием и массой полиэфирных групп, составляющих от 50 до 80 % от массы конечного продукта. Наличие в ароматических диизоцианатах ауксохромных групп (гидроксильных групп ОН, аминогрупп и т. д.), придают конечному продукту чистоту цвета, его интенсивность, высокие красящие свойства, которые, однако, не отличаются стабильностью. Ароматические полимочевины под воздействием солнечного излучения довольно быстро теряют цветной пигмент, выгорают, приобретая характерный желтый оттенок. Несмотря на нестойкость к УФ-излучению ароматические полимочевины превосходят алифатические по своей реакционной способности и меньшей токсичности. Следствием отсутствия ауксохромных групп в макромолекулах алифатических полимочевин является их высокая УФ-стойкость. Выгорание цветного пигмента в ароматических полимочевинах можно предотвратить, вводя в состав реакционной смеси определенные добавки (медную или алюминиевую пудру), служащие стабилизатором цвета покрытия. 

Выбор полимочевинного покрытия обуславливается в первую очередь той функцией, которую ему предстоит выполнять. К примеру, поликарбамидные составы с повышенными показателями твердости и износостойкости находят свое применение в горнодобывающей промышленности, где особенно велик риск износа материала оборудования от истирания; для облицовки резервуаров травления, электролитических ванн, отстойников используется полимочевина, особо устойчивая к химически агрессивным растворам; гидроизоляция кровель требует применения высокоэластичных полимочевин, обладающих к тому же высокими показателями по пожаробезопасности; для антикоррозионных покрытий металлических конструкций наиболее значимыми свойствами являются минимальное влагопоглощение и максимально возможная паронепроницаемость. В некоторых случаях требования к покрытию включают в себя не одно или два основных показателя, а целый комплекс свойств. Так, например, гидроизоляционные покрытия фундаментов, трубопроводов, монтаж полов и т. д. требуют использования материалов, сочетающих в себе и высокую эластичность, и твердость, и химическую стойкость, и низкое влагопоглощение. Рецептура поликарбамидного покрытия в некоторой степени определяется свойствами основания, на которое предполагается производить напыление и условиями, при которых происходит этот процесс (например, температурой и степенью сцепления).

Свойства того или иного полимочевинного покрытия определяют и нюансы самой технологии нанесения: если поликарбамидный состав содержит добавки пластификаторов или поверхностно-активных веществ (ПАВов), то ввиду чрезвычайно слабой межслоевой адгезии, такое покрытие должно наноситься в один слой либо с минимальным перерывом между нанесением слоев эластомера. Поэтому при выборе полимочевинного состава нужно руководствоваться целым комплексом условий и требований, позволяющим оценить все аспекты применения того или иного покрытия.

Например, отличные показатели влагонепроницаемости в сочетании с исключительной декоративностью, обусловленной добавками частиц алюминия (цвет «серебристый металлик»), делают гибридную ароматическую систему наилучшим решением для кровельных покрытий. Способность не накапливать тепло в жаркую погоду, стойкость к УФ-излучению, не уменьшающаяся с течением времени и, наконец, эстетическая составляющая, увеличивают востребованность данной композиции. Плюс ко всему разработаны также составы для ручного нанесения и для нанесения с помощью картриджной системы, что позволяет использовать данный вид полимочевины на небольших площадях и для ремонтных работ без использования дорогостоящего оборудования.

Еще одной разновидностью ароматических полимочевин для гидроизоляции эксплуатируемых кровель может служить гибридная система, выделяющаяся красно-кирпичным цветом покрытия, благодаря добавке частиц меди в реакционную смесь.

Для гидроизоляции бетонных поверхностей, антикоррозионной защиты металлических конструкций неплохим выбором может стать ароматическая полимочевинная система, выделяющаяся высоким относительным удлинением (более 600%) в сочетании с водонепроницаемостью, что и предопределяет ее использование в данной сфере.

Высокой абразивной и химической стойкостью отличается еще один ароматический полимочевинный гибрид, предназначенный для гидроизоляции металлических, бетонных конструкций, а также других типов поверхностей.

Также ароматическая полимочевина широко используется для создания химически стойких эластичных покрытий, служащих превосходной защитой от агрессивных сред.

Для создания жестких защитных покрытий архитектурных арт- объектов, скульптур, предметов промышленного дизайна, требуются покрытия, обладающие высокой стойкостью к температурным перепадам, негативному воздействию погодных факторов, химической устойчивостью, ударопрочностью и т. д. 

Существует и алифатическая полимочевинная композиция для защитных гидроизоляционных покрытий бассейнов и аквапарков, отличающаяся к тому же стойкостью к УФ-излучению. Поставляется в различной цветовой гамме – синей, красной, желтой и зеленой.

Непревзойденной абразивной стойкостью обладает система, созданная для защиты от абразивного воздействия днищ и бортов транспортных средств, а также погрузочно-разгрузочного оборудования.

Полимочевина обладает превосходной адгезией к самому широкому перечню материалов, будь то бетон, металл, дерево или пенополиуретан, позиционируется как замечательное покрытие для тоннелей, бетонной опалубки, оросительных каналов, различных конструкций в судостроении и др. Выделяется не только высокими растягивающими способностями, но и возможностью нанесения при любой температуре окружающей среды – от минусовых температур до палящего зноя. При этом время полимеризации исчисляется буквально секундами. Позволяет создавать покрытия любой требуемой толщины за один проход.

Полимочевинное покрытие выделяется высокой жесткостью полимера в сочетании с невосприимчивостью к воздействию химических веществ и влаги. Выдающиеся свойства эластомера, стабильность их в течение длительного срока эксплуатации, широкий ассортимент разнообразных по цвету составов, а главное, почти мгновенное отверждение, сделали полимочевинную систему наиболее востребованным материалом при устройстве молдингов гоночных автомобилей и декорировании различных поверхностей в архитектуре, создания искусственных скал и т. д.

Также чистая полимочевинная система, наносимая посредством напыления, образует гибкое бесшовное сплошное покрытие, инертное к воздействию большинства химических соединений и являющееся превосходным влагозащитным барьером. Чаще всего используется в композиционных покрытиях при нанесении на геотекстильную ткань. Высокие температуры не изменяют свойств покрытия, полностью сохраняя его герметичность, износостойкость и высокую эластичность. Основные области применения:

• антикоррозионная защита металлических танкеров, силосных башен, трубопроводов;
• защитное покрытие бассейнов и других искусственных водоемов, тоннелей, оросительных каналов;
• защитные напольные покрытия автопарковок;
• покрытие днищ транспортных объектов;
• изолирующие покрытия для опасных материалов: свинцовых красок, асбеста и др.

Полимочевины являются прекрасным выбором в тех случаях, когда необходимы повышенные прочностные характеристики наряду с эластичностью, ударопрочностью и абразивостойкостью. Применяются при устройстве гидроизоляции под стяжку в мостовых конструкциях и путепроводах, рассчитанных на повышенные механические нагрузки, в гидротехнических сооружениях, тоннелях, при устройстве земляных отстойников путем нанесения на геотекстиль, подземных переходах и паркингах.

Полимочевинные системы, представленные на рынке покрытий, представляют в большинстве своем материалы ароматической природы. Однако опыт практического использования доказал преимущества смешанной продукции, состоящей из компонентов как ароматической, так и алифатической химии, обладающей всеми достоинствами ароматических систем плюс отсутствием выцветания, благодаря добавкам алифатических материалов. Использование таких систем выгодно и с экономической точки зрения и является прекрасной альтернативой чистым алифатическим системам. Хорошо зарекомендовала себя полимочевинная композиция, используемая либо как самостоятельное покрытие, либо в качестве защитного финишного покрытия для ароматических полимочевин, полиуретановых покрытий или гибридных полиуретан-полимочевинных систем. Высокий предел прочности (3,243 psi), износостойкость, способность к растяжению (удлинение 488%) позволили применять полимочевину в качестве верхнего слоя на покрытиях из пенополиуретана, на бетонных и металлических подложках для внутренней облицовки бассейнов, резервуаров или отстойных прудов, для нанесения на стены и потолки жилых и производственных помещений, в качестве гидроизоляционного защитного слоя полов в помещениях с высокой влажностью (бассейнов, бань, постирочных и т. д.), дорожной разметки и др. 100%-ная безвредность для человека и окружающей среды позволяет использовать данную систему на предприятиях мясомолочной промышленности для защиты оборудования.

Специальная рецептура полимочевины была разработана даже для нанесения на стеклянные поверхности. Применение этого материала, получившего заслуженное признание потребителей, рассчитано, в основном, на защиту стеклянных поверхностей от повреждений при механических воздействиях, основанную на ослаблении силы удара, что позволяет использовать ее в системах антивандальной защиты стеклянных поверхностей, а также в качестве финишного покрытия поверх краски оконных рам. Пропускает ультрафиолет. Время гелеобразования составляет менее 7 секунд. Не содержит растворителей, полностью экологичен.

Особый полимочевинный продукт был разработан для конкретной сферы применения, а именно, минимизации последствий взрывной волны. Создание этой полимочевинной системы является крупным достижением эластомерных технологий. Поглощая энергию взрыва, полимочевинная система снижает его разрушительную силу, уменьшая степень отклонения стен и сохраняя тем самым целостность конструкций здания, в котором произошел взрыв. Высокая эластичность, повышенные прочностные характеристики, усиливают защитные свойства материала, подтвержденные результатами многочисленных испытаний.

Защита от повреждений, являющихся результатами взрывов, - не единственная сфера применения этого уникального эластомера. Он также активно используется в производственной сфере для снижения вибраций, термической и химической защиты, антикоррозионной и антиэрозионной защиты поверхностей (т.е. защиты от разрушения поверхности в результате механических воздействий – ударов, трения или электрических разрядов), может наноситься на поверхности сложных геометрических форм. Высокая ремонтопригодность и простота нанесения делают этот эластомерный материал весьма привлекательным для создания защитных покрытий в местах наибольшего риска.

Эта полимочевина была многократно протестирована на основаниях из самых различных материалов рядом военных и гражданских организаций и полностью подтвердила свою эффективность при использовании в экстремальных условиях.

Многочисленные тесты подтверждают эффективность данной системы при защите от взрыва. Если нанести его на внутреннюю стену конструкции, эластомер будет сдерживать давление и предотвращать деформации.

Полимочевина является наилучшим выбором для защиты днищ автомобилей и других транспортных средств, с 1996 года являющийся самым надежным и эффективным материалом для данной области применения. Чистая полимочевинная система, создающая при напылении прочную, упругую мембрану с высокими показателями по защите от истирания, химически- и влагоустойчивую, занимает лидирующее положение среди покрытий для днищ автомобилей благодаря высочайшему качеству защитных покрытий, быстроте нанесения и полимеризации, независимости от температурных условий. Благодаря высокой адгезии к большинству материалов, она используется для защиты полиуретановой пены, при проведении ремонтных работ, а также в качестве акустической изоляции. Быстрое время гелеобразования позволяет распылять реакционную смесь на поверхности с любым углом наклона. Широкий диапазон температур нанесения дает возможность производить работы по распылению полиурии даже при температурах ниже точки замерзания.

Области применения:

• защитные покрытия днищ грузовиков, прицепов, трейлеров;
• износостойкие покрытия для самосвалов и грузовых машин, предназначенных для перевозки абразивных и сыпучих материалов;
• защита лент конвейеров в горнодобывающей промышленности;
• герметичные изоляционные покрытия конструктивных элементов на баржах и танкерах;
• герметизация емкостей с водой хозяйственного назначения;
• защитные покрытия внутренних поверхностей трейлеров для перевозки животных;
• защита театрального реквизита и элементов ландшафтного дизайна в тематических парках.

Полимочевина - это следующий шаг в эволюции химии покрытий, новое поколение поликарбамидных систем, обладающих исключительной химической стойкостью, инертное к воздействию нефти и нефтепродуктов: бензина, дизельного и авиационного топлива и др., гидравлических жидкостей, толуола, растворов серной и соляной кислот, щелочей и т. д.

100%-ная гидрофобность покрытий, гибкость при одновременно высокой прочности делают полимочевины эффективным герметизирующим барьером от воздействия агрессивных химических веществ. Состав полимочевин гарантирует полную их безвредность для здоровья человека и окружающей среды. Растяжимость покрытия, возможность за одно нанесение создавать покрытие любой требуемой толщины, готовность к эксплуатации уже через несколько часов после нанесения ставит полимочевинные системы в один ряд с самыми эффективными на сегодняшний день материалами, предназначенными для защиты от химикатов. Полимочевинные системы являются превосходными герметиками и барьерными покрытиями внешних и внутренних поверхностей резервуаров и танкеров, трубопроводов и скважин, как для вновь монтируемых конструкций, так и в качестве реабилитирующих составов для нуждающихся в ремонте и реконструкции поверхностей из самых разнообразных материалов.

Существуют полимочевины, разработанные конкретно для нанесения на поверхности из синтетических материалов. Отличаются они от других полимочевинных систем вязкой структурой и особенностями нанесения, заключающимися в возможности напыления в первую очередь основного базового слоя и покрытия его защитным слоем из того же материала, выполняющим плюс ко всему и декоративную функцию, благодаря разнообразному ассортименту цветов и оттенков. Основными сферами применения являются:

• первичные и вторичные покрытия для окон;
• ремонт эксплуатируемых покрытий;
• защитные покрытия для теплоизоляционных полиуретановых слоев. 

Чистая ароматическая полимочевинная система является прекрасным решением для внутренней облицовки резервуаров воды питьевого качества. Образует быстросохнущее, гибкое покрытие высокой эластичности. Время достижения потребительских качеств также минимально. Наносится методом напыления. Быстрое время гелеобразования делает возможным напыление даже при минусовых температурах, причем покрытие при этом не снижает своих эксплуатационных характеристик: обладает термостабильностью, химической устойчивостью, высокой экологичностью. Полное отсутствие в его составе летучих органических веществ позволяет использовать систему в конструкциях, предполагающих непосредственный контакт с питьевой водой (водопроводах, резервуарах, цистернах). Может наноситься как однослойное либо многослойное защитное покрытие.

 Области применения:

• нефтеперерабатывающее оборудование, энергетические установки;
• деревообрабатывающая промышленность;
• горнохимические предприятия;
• пищевая промышленность;
• конструкции, контактирующие с морской водой;
• парковки и дорожные покрытия;
• водные танки.