Полимочевина

Нанесение полимочевины – современная технология, применяемая в самых различных областях техники, промышленности и строительства — везде, где требуется создание эффективных, долговечных и экологичных антикоррозионных и гидроизоляционных полимерных покрытий.

В 80-х годах прошлого века, в качестве альтернативы традиционным полиуретанам, развивалось применение полиэфирамнов – близких по свойствам полимеров, но содержащих на концах макромолекул аминные группы, вместо гидроксильных. В результате работ по синтезу аминных сшивателей и изоцианатных форполимеров, а также благодаря созданию принципиально нового оборудования, удалось значительно повысить производительность технологического процесса, сократив время отверждения при напылении полимера до нескольких секунд. Нанесение полимочевины было признано перспективным для применения в качестве защитного полимерного покрытия в различных отраслях. Новый полимер получил название «Полимочевина» (Polyurea), а новая технология – «напыляемые полимочевинные эластомерные покрытия» (Spray Polyurea Elastomer Coatings).

Резюмируя можно сказать, что по структуре и физическим свойствам полимочевины близки к полиуретанам, но за счет различий в полимерной структуре имеют иные технологические свойства, например - гораздо более высокую скорость отверждения и меньшую чувствительность к влаге. Это позволяет производить нанесение полимочевины на различные поверхности в широком диапазоне внешних условий. Благодаря своим свойствам, полимочевина чаще применяется на строительных объектах или для покрытия сложных поверхностей. Нанесение полимочевины позволяет получить прочное защитное покрытие необходимой толщины в кратчайшие сроки и практически без перерыва в эксплуатации или производстве иных работ на объекте.

Немного о русскоязычном названии. Вариант «Полимочевина» повился, вероятно, в связи с особенностями перевода. Тем не менее, термин прижился и сегодня довольно широко употребляется.

Рolyurea – официальное англоязычное название полимера.

Варианты, упоминаемые в текстах на русском языке:

• Полимочевина
• Поликарбамид
• Полиурия

Сложно сказать, какое из названий предпочтительно. Однако, наиболее распространенным в российской документации является именно название «полимочевина», реже встречается «поликарбамид». Процесс чаще всего называют - «нанесение полимочевины» или «напыление полимочевины».

Свойства полимочевины (данные для типового универсального покрытия)

Напыляемые покрытия на основе полимочевины начали стремительное развитие в конце 90-х годов в США и Канаде. В первое время наиболее заметный интерес проявлялся к нанесению полимочевины в качестве защитного слоя для напыляемого пенополиуретана на кровлях, износостойкого полимерного покрытия кузовов популярных в Америке пикапов и при ремонтных работах на нефтепроводах. В дальнейшем нанесение полимочевины было внедрено во множество отраслей, от защиты емкостей и бассейнов до бронирования автомобилей. Перечень применений полимочевины стал довольно внушительным. И по сегодняшний день нанесение полимочевины находит все больше вариантов применения, зачастую весьма оригинальных. Например, сегодня полимочевина применяется для изготовления деталей фасадов, малых архитектурных форм и иных конструкций (нанесение полимочевины на основу из пенополистирола). В данном случае полимочевина является не только защитным покрытием, но и непосредственно обеспечивает цельность и прочность всей конструкции.

К настоящему времени объем производства полимочевины в Северной Америке достигает нескольких десятков тысяч тонн в год. Высокие темпы развития технологии нанесения полимочевины наблюдаются в Азии. В более консервативной Европе рынок напыляемых покрытий развивался довольно плавно, тем не менее, сегодня мы можем наблюдать полимерное покрытые и на кровлях в Неаполе, и на судах из Германии, не говоря о массовом применении полимочевины для защиты металлоконструкций, емкостей и труб. Основными предпосылками для роста интереса к нанесению полимочевины в России являются большая потребность в эффективных материалах для гидроизоляции и защиты от коррозии, адаптированных к суровым климатическим условиям.

Для нанесения полимочевины используется высокотехнологичное оборудование для напыления двухкомпонентных полимерных покрытий. Слой полимочевины наносится методом горячего безвоздушного распыления со смешиванием непосредственно в пистолете высокого давления. В процессе нанесения и эксплуатации покрытий обеспечивается экологическая чистота. Полимочевинное покрытие выгодно отличаются высочайшей скоростью отверждения (30 – 60 с), благодаря чему возможно нанесение полимочевины на вертикальные поверхности и потолки без деформаций и подтеков. Эксплуатационные свойства полимочевины практически не зависят от влажности и температуры воздуха.

Основные преимущества полимочевины

Области применения полимочевины

Перечислить все возможные применения полимочевины непросто, т.к. покрытие универсально и варианты его использования разнообразны. Приведенный ниже список содержит примеры наиболее очевидных и изученных вариантов применения технологии нанесения полимочевины.

Производительность и гибкость технологии нанесения полимочевины позволяет выполнять большие объемы работ в сжатые сроки, при этом учитывая особенности и сложность поверхности. Выбор полимочевины для решения строительных или производственных задач нередко является самым эффективным решением.

Полимочевина - цена основных работ

Цена полимочевины и работ по нанесению полимера может значительно различаться в зависимости от особенностей объекта. На окончательную стоимость проекта может повлиять множество факторов. Основные из них:

• Количество основного полимера - зависит от типа и состояния поверхности и условий эксплуатации покрытия
• Тип полимочевины - полимер может быть эластичнее или прочнее, а также иметь ряд узкоспециализированных свойств
• Подготовка поверхности - во многих случаях состояние поверхности может играть ключевую роль в стоимости работ

При планировании работ с применением полимочевины, очень важно представлять основы ценообразования. Например, рассмотрим общестроительную задачу по гидроизоляции поверхности. Для нанесения стабильного рабочего слоя покрытия толщиной 2 мм на 1 м2 бетонной поверхности (или поверхности рулонной кровли) необходимо 2,6 кг полимочевины (5,5 - 7,5 EUR/кг) и 0,6 - 1 кг праймера (4-7 EUR/кг). Простые вычисления покажут, что комплекс работ по нанесению покрытия не может стоить, например, 1500 руб/м2. В подобных предложениях, как правило, заведомо заложено несоблюдение технологии по расходу компонентов.

В эпоху активного маркетинга Интернет наполнен предложениями, направленными на привлечение внимания, и не относящимися к реальности. Более того, недобросовестный подрядчик зачастую закладывает в расчет экономию на дорогостоящих компонентах. Что неизбежно приводит к негативному опыту применения полимочевины - малому сроку службы покрытия и дефектам поверхности.

Разновидности полимочевины

С развитием рынка полимочевинных покрытий и увеличением вариантов их применения развивается и ассортимент выпускаемых эластомеров. Разработан и опробован целый комплекс специальных свойств полимочевины, которые варьируются в зависимости от задачи. Сегодня ведущие производители предлагают множество вариантов покрытий с широким диапазоном свойств – как универсальных, так и полимеров специального назначения. Основные типы полимочевинных эластомеров можно классифицировать следующим образом:

1. Физические и технологические свойства покрытия

• Твердость и эластичность

  Подбор твердости (жесткости) полимочевины – базовый вопрос при выборе покрытия для решения определенной задачи. Ориентировочное правило для подбора полимочевины – твердость полимерного покрытия прямо пропорциональна прочности и обратно пропорциональна эластичности, хотя следует учитывать, что диапазоны свойств покрытий весьма разнообразны в зависимости от линейки продукции, предлагаемой производителем.

  Характеристики разных марок полимочевины могут отличаться очень значительно. Приведем пример разницы базовых свойств полимочевинного покрытия:

  Тип полимочевины	Стандартное (универсальное) покрытие	Покрытие повышенной твердости
  Твердость по Шору А	78	97
  Относительное удлинение, %	500	250
  Прочность при растяжении, МПа	8	12

  
  

  В строительстве, при производстве большинства гидроизоляционных работ (фундамент, кровля), в основном используются базовые марки полимочевины со стандартными свойствами. Для антикоррозийной защиты металла, как правило, используется полимочевина повышенной твердости. Состав такого покрытия позволяет обеспечить более высокую адгезию и степень антикоррозийной защиты. Также выбор специальных физических свойств покрытий требуется при выполнении работ по обустройству полимерных промышленных полов, спортивных площадок, паркингов и т.д.

• Время реакции и температура нанесения

  Для решения некоторых задач может потребоваться подбор таких технологических свойств полимочевины как время реакции и температура нанесения. Выбор данных свойств определяется объемом работ, структурой и конфигурацией поверхности, а также применением того или иного оборудования. Приведем пример вариантов выбора полимочевины:

  Полимочевина с замедленной скоростью реакции – благодаря своим свойствам позволяет получить особо ровную глянцевую поверхность покрытия. Что важно при особых требованиях к декоративным свойствам поверхности, например при обустройстве финишного покрытия бассейна.

  Полимочевина холодного нанесения – требует относительно несложного оборудования, и, как правило, применяется для небольших объемов работ или производства ремонтных работ. В отдельных случаях используется в ситуациях, где нежелателен даже незначительный нагрев поверхности нанесения полимочевины.

  В свою очередь полимочевина с высокой скоростью реакции обеспечивает более высокую производительность и удобство при работе со сложными поверхностями, при нанесении на отрицательные углы и потолок.

  Как результат совокупности подбора данных свойств, существует полимочевина ручного нанесения – двухкомпонентная система, не требующая нагрева, с сильно замедленным временем реакции.

2. Назначение

Композиция свойств полимочевины, а также наличие специальных добавок, позволяют производителям классифицировать напыляемые покрытия по назначению. Различные марки полимочевины разрабатываются специально для определенных условий эксплуатации и имеют рекомендации к применению в различных отраслях.

• Универсальные (или общестроительные) марки полимочевины

  Предназначены для широкого применения. Покрытие может наноситься на большинство материалов и применяется практически во всех отраслях для гидроизоляции и защиты поверхностей. Подразумевается, что полимочевина общего назначения обладает базовыми свойствами (эластичность, прочность, адгезия), с запасом удовлетворяющими требованиям к эластомерным покрытиям в большинстве случаев. Например, в строительстве на сегодня не существует материала для гидроизоляции и защиты по совокупности свойств превосходящего стандартную полимочевину общего назначения. Универсальные покрытия составляют не менее 70% общего потребления полимочевинных эластомеров.

• Антикоррозийные покрытия на основе полимочевины

  Высокие требования предъявляются к специальным антикоррозийным полимочевинным покрытиям. Особенно если покрываемые изделия работают в широком диапазоне температур и в агрессивных средах, что для российских климатических условий скорее стандарт, чем исключение. Полимочевина для антикоррозийной защиты, как правило обладает высокой твердостью, повышенной адгезией к металлу, минимальным влагопоглощением, температурной стойкостью и стойкостью к катодному отслаиванию. Максимальные показатели антикоррозийного покрытия достигаются подбором соотношения физических свойств полимочевины и введением множества специальных добавок.

• Особо прочные полимочевинные покрытия

  Полимочевина с наиболее высокими прочностными показателями может использоваться для промышленных условий эксплуатации поверхности, в местах, где присутствуют значительные ударные, абразивные и иные нагрузки. Данные марки полимочевины применяются для обустройства промышленных полов, защиты нагруженного оборудования, наземного и водного транспорта, элементов технологических линий. Особо прочные типы полимочевины при относительно толстослойном нанесении используются для бронирования автомобилей.

• Химически стойкая полимочевина

  Составы с повышенной химической стойкостью разработаны для нанесения покрытий в местах с присутствием особо агрессивных сред. Химстойкая полимочевина может применяться для устройства полов в химических производствах и лабораториях, покрытия резервуаров и емкостей для хранения агрессивных жидкостей и газов, бетонных и металлических емкостей для нефтепродуктов.

• Полимочевина - покрытие для автомобилей

  На основе технологии напыляемых полимочевинных покрытий сформировалась целое направление – покрытие кузовных панелей автомобилей. История применения напыляемой полимочевины в автоиндустрии началась с покрытия грузовых зон пикапов и прочего коммерческого транспорта. Сейчас же полимочевина занимает особое место в тюнинг-индустрии в качестве защитного и декоративного покрытия любых частей (часто всей поверхности) автомобиля. В отличие от лако-красочных покрытий, полимочевина является мощной защитой от механических повреждений кузова. При этом полимерное покрытие наиболее эффективно защищает от коррозии, т.е. фактически герметизирует металлические поверхности кузова, исключая контакт с агрессивной средой. Как правило, в автоиндустрии применяется полимочевина, с некоторым смещением свойств в сторону большей жесткости (прочности), а также со специально подобранной скоростью реакции. Такие составы позволяют работать на оборудовании относительно низкой производительности и достигать улучшенного контроля над декоративными свойствами поверхности (равномерность, фактура).

• Прочие специальные составы полимочевины

  Помимо перечисленных выше типов полимочевины, существуют и другие узкоспециализированные марки покрытий, обладающие особыми свойствами и предназначенные для применения в определённой отрасли или для выполнения узкого круга задач. Так, например, существует особо эластичная полимочевина с относительным удлинением более 1000%, особо ударопрочные или особо износостойкие составы, полимочевина с металлическими светоотражающими включениями и так далее. Как и для многих прогрессивных технологий, рамки развития покрытий на основе полимочевины пока четко не определены.

3. Базовый состав полимера

Для большего понимания ассортимента напыляемых эластомеров, стоит отметить, что широко применяются как составы на основе чистой полимочевины, так и гибридные композиции. Смешанные системы, как правило, имеют в основе гибрид полимочевина-полиуретан, либо полимочевина-эпоксид. Гибридные полимерные системы, в основном, выпускаются для двух целей:

• Уменьшение стоимости покрытия

  Полимочевина в чистом виде весьма дорогостоящий материал. При этом, для многих общестроительных задач столь выдающиеся физические свойства полимочевины можно считать даже несколько избыточными. Например, гидроизоляция бетона далеко не всегда требует от применяемого материала относительного удлинения 500% и стойкости к ультрафиолету. Стоимость материала, во многих случаях, более значимый фактор. Применение гибридных систем позволяет существенно (до 30%) уменьшить затраты на основной материал, при некотором снижении физических свойств и технологических качеств.

• Особые свойства покрытия

  Гибридные системы не всегда дешевле чистой полимочевины. В некоторых случаях гибридный состав применяется для придания покрытию специальных свойств. Например, большинство марок химически стойкой полимочевины являются гибридами типа полимочевина-эпоксид. Также существуют специальные гибридные кровельные составы и антикоррозийные покрытия.

Следует помнить, что применение гибридных составов для уменьшения стоимости проекта должно быть оправдано. То есть необходимо быть уверенным в отсутствие факторов, ограничивающих применение гибридов. Данные композиции могут иметь технологические ограничения по температурному диапазону применения, по-другому взаимодействуют с влагой и часто менее стойки к ультрафиолету.

4. Тип изоцианатной основы

Полимочевина может иметь в составе двухкомпонентной системы изоцианатный преполимер двух типов – ароматической либо алифатической природы. Следовательно, полимочевинные эластомеры разделяют по данным типам изоцианатной основы. Принципиальное отличие данных типов полимера – стойкость к УФ-излучению.

• Ароматическая полимочевина

  Большая часть выпускаемых составов полимочевины имеет ароматическую основу вследствие относительно невысокой стоимости изоцианата ароматической природы. В большинстве случаев, под словом «полимочевина» подразумевается именно ароматическая полимочевина. Данный тип покрытия обладает всеми перечисленными выше физическими и технологическими свойствами, однако имеет особенность реагировать на УФ-излучение. Прежде всего, реакция проявляется в изменении цвета покрытия при воздействии прямых солнечных лучей. Если важны декоративные свойства покрытия, эксплуатируемого под солнцем, следует применять ограниченный спектр цветов ароматической полимочевины (черный, коричневый, красный, оранжевый), значительного изменения которых не наблюдается. Также практикуется применение защитных эмалей, которые могут иметь любой цвет по RAL.

• Алифатическая полимочевина

  Полимочевина, имеющая в основе изоцианат алифатической природы, обладает стойкостью к воздействую ультрафиолета и позволяет использовать любой цвет покрытия без риска его «выцветания». Однако, такое покрытие значительно дороже (примерно в 1,5 раза), что делает его применение не таким массовым. Алифатическая полимочевина часто применяется для бассейнов, декоративных кровель, полов, т.е. в случаях где важен насыщенный стабильный цвет покрытия. Так же возможно использовать алифатическую полимочевину в качестве финишного слоя по нанесенному стандартному полимеру.

Дополнительно рассмотрим особо острый вопрос – реакцию обычной (ароматической) полимочевины на УФ-излучение. Большинство источников утверждают, что воздействие ультрафиолета влияет на цвет полимочевины и при этом никак не затрагивает физические свойства покрытия. Это утверждение нельзя назвать верным. В действительности, покрытие постепенно теряет свои свойства под воздействием УФ, что подтверждается испытаниями. Однако, потеря свойств полимочевины происходит крайне медленно. Например, для того, чтобы покрытие, нанесенное слоем 2 мм, претерпело сколь-нибудь значительные изменения под воздействием солнца, могут понадобиться десятки лет. На практике процесс старения толстослойного покрытия еще и сильно замедляется в связи с тем, что верхний слой (менее 0,5 мм), наиболее подверженный УФ-излучению, защищает основную массу полимера.

Таким образом, покрытия на основе обычной полимочевины правильно рассматривать как стойкие к ультрафиолету. Полимочевина успешно применяется на открытых поверхностях под воздействием солнца и прочих внешних факторов. При этом следует помнить об ограниченности в цвете и использовать слой полимочевины не менее 1,5 мм. Применение же защитных эмалей незначительно удорожает проект, позволяет выбрать любой цвет, продлевает и без того внушительный срок службы полимочевинного покрытия.