Термин «полиуретан» просто означает множество повторяющихся единиц уретана в том же языке, что и «полипропилен» или «полиэстер». Часто эти покрытия называют «уретанами», подобно тому, как используются такие термины, как эпоксидная смола или акрил. Все они являются полимерами ключевой реакционной или функциональной группы. Группа уретана придает многие свойства полиуретана, в первую очередь, адгезию, почти так же, как большинство акриловых красок обладают стойкостью к ультрафиолету (УФ).
Обычно технический паспорт (TDS) полиуретанового покрытия включает длинный список тестов, часто с впечатляющими цифрами. Некоторые из них найдут свое место в различных спецификациях. Возможно, они будут включать эталонный продукт, а позже будут добавлены несколько «равных» - такая спецификация представляет собой стандарт ухода за использованием полиуретана на сегодняшнем строительном рынке.
В этой статье делается попытка добавить некоторую предысторию и несколько ключевых деталей, чтобы спецификаторы понимали, какой тип продукта фактически предлагается, каковы его внутренние характеристики производительности и действительно ли у него есть адекватные смещения. (Основное внимание уделяется покрытиям; пенополиуретаны для изоляции выходят за рамки этой статьи.) Чтобы полностью понять концепции, требуется немного химии, но желаемый результат - чтобы профессионалы в области дизайна знали, какие вопросы задавать, и, в конечном итоге, могли писать лучшие характеристики и избежание сбоев.
У полиуретанов самый широкий ассортимент из любой группы продуктов: они могут быть мягкими, как кожа ребенка, или достаточно твердыми, чтобы их можно было обрабатывать. Некоторые из них могут сильно желтеть и мелеть, в то время как другие являются одними из самых светостойких доступных покрытий. Химическая стойкость, включая водостойкость, также варьируется.
Полиуретаны сочетают в себе прочность и гибкость - объединяющую черту, которая проистекает из самой уретановой связи. Уретаны образуют молекулярную пружину, основанную на интенсивном притяжении уретановых групп друг к другу, поэтому они образуют твердые домены в более мягкой и гибкой матрице. Эта ссылка гибкая и, что более важно, ее можно восстановить; это приводит к продуктам, которые сочетают в себе высокое растяжение и высокое удлинение, и даже сохраняют высокую твердость и гибкость при низких температурах (до -30 ° C [-22 F]) и до более высоких температур (75 ° C [167 F]). Эта особенность позволяет использовать их в качестве высокоэффективных покрытий, а также в качестве прочных пен.
В большинстве случаев еще одним ключевым признаком является адгезия. Как правило, уретаны связываются с различными субстратами, часто лучше, чем стирол-этилен / бутилен-стирол, акрил, силикон и даже бутил. Важно учитывать адгезию, потому что ремонтные покрытия часто используются на неизвестных, старых поверхностях или даже на нескольких поверхностях, что дает подрядчику или специалисту по спецификациям вескую причину для выбора полиуретана над другими более строгими вариантами.
Помимо прочности и гибкости, все другие характеристики - сохранение блеска и устойчивость к истиранию, воздействию воды, ультрафиолетового излучения, растворителей и кислот / щелочей - зависят от «основы», как это определено далее в этой статье. Характеристики применения - еще один смешанный набор, зависящий от природы отверждающей химии, которую называют «лечебной». При подходящей рецептуре нет другого класса продуктов, который имеет лучший баланс адгезии, устойчивости к ультрафиолетовому излучению, устойчивости к истиранию и гибкости. Напротив, эпоксидные смолы слишком твердые, акрилы демонстрируют плохие характеристики истирания, а силиконы демонстрируют относительно слабые физические свойства как продукт класса. Есть несколько свойств, для достижения которых уретан не может быть сформулирован.
Однако общая слабость - высокая термостойкость. Температура ниже 75 C - территория уретана: его можно использовать для кровли, а также для большинства промышленных применений и герметиков. В то время как некоторые специальные уретановые продукты могут работать в течение длительного времени при температуре выше 100 C (212 F), для этих высокотемпературных применений обычно требуются силиконовые и эпоксидные продукты.
ASTM D16, Стандартная терминология для красок, родственных покрытий, материалов и применений , определяет шесть типов полиуретанов.
Тип I: однокомпонентные (1K) уретановые алкиды 1
Как и все алкиды или «краски на масляной основе», они отверждаются путем окисления олифы и испарения растворителя. Их используют в качестве лаков, полов, стойких к истиранию красок. Они не отверждаются уретановой реакцией. В этой категории краска на масляной основе становится платформой для использования ароматического полиуретана для улучшения характеристик первого. (Это также делается с акриловыми красками и эпоксидными смолами, но в этих случаях они не называются «акриловыми» или «эпоксидными», как лаки и краски, называемые «полиуретанами».) С точки зрения токсичности они не содержат свободных изоцианатов. Это означает, что они не более токсичны, чем другие алкиды.
Тип II: однокомпонентные краски и промышленные покрытия, отверждаемые влагой.
Этот важный тип часто используется в высокопроизводительных тонкопленочных ( например, от 25 до 75 мкм [от 1 до 3 мил]) красках для пола и промышленных красках. В этот класс также входят эластомеры с более высокой структурой ( например, от 0,5 до 2 мм [от 0,02 до 0,08 дюйма]), такие как те, что описаны в ASTM D6947 / D6947M, Стандартных технических условиях для жидкого влагоотверждаемого полиуретанового покрытия, используемого в напыляемой полиуретановой пене. Кровельная система . Этот класс использует атмосферную влагу в качестве лечебного средства, позволяя им быть реактивными продуктами 1K. Это может вызвать проблемы и ограничения наряду с преимуществами.
Непрореагировавшие изоцианаты, такие как уретаны типа II, вступают в реакцию со многими другими химическими соединениями, содержащимися в древесине, металле, эпоксидных смолах и акрилах, что придает этим смолам исключительную адгезию. Влагоотверждающие вещества часто содержат большое количество твердых веществ, относительно низкую вязкость и умеренное содержание летучих органических соединений (ЛОС). Однако при отверждении они выделяют много углекислого газа (CO 2 ). Следовательно, покрытия типа II, используемые для напольных покрытий и защиты от коррозии, необходимо наносить тонким слоем, чтобы при отверждении не выделялось слишком много газа. Эластомеры имеют более низкую концентрацию изоцианата, что позволяет им выдерживать более толстые пленки, прежде чем они будут проявлять те же проблемы вспенивания.
Для отверждения под воздействием влаги требуются опытные подрядчики, поскольку пузыри, пена и пузыри представляют высокий риск. Большинство этих продуктов типа II являются ароматическими, что означает, что они желтеют. Покрытия, отверждаемые влагой, ASTM D6947, используемые для кровли, обычно смешиваются с асфальтом. Эти герметики и покрытия не устойчивы к ультрафиолетовому излучению, но при использовании для деталей кровли, перекрытия трещин или герметизации при толщине, приближающейся к 2 мм, они могут выдерживать погодные условия более десяти лет.
Тип III: 1K эластомеры, отверждаемые нагреванием / в печи, и промышленные покрытия.
Эти эластомеры обычно не используются в качестве ремонтных покрытий. Вместо этого они предназначены для промышленных товаров, автомобильных бамперов или технических тканей для спортивной одежды.
Тип IV: продукты в двух упаковках (2K)
Эти материалы аналогичны материалам Типа II; на самом деле, некоторые из них могут быть просто продуктами типа II, предлагаемыми с жидким отвердителем. Это устраняет необходимость полагаться на атмосферную влагу для отверждения смолы и позволяет избежать выделения газообразного CO 2 . Как правило, они имеют более высокое содержание твердых частиц и умеренный срок годности в пределах одного часа. При неосторожном использовании они по-прежнему подвержены проблемам с газом CO 2 .
В качестве примера разнообразия полиуретанов можно привести промышленную установку типа IV, в которой используется чистая алифатическая смола, измельченная в растворителе и отверждаемая как полимочевина - она достигает 34 475 кПа (5000 фунтов на квадратный дюйм) при растяжении и 400-процентном удлинении, легко распыляется и имеет жизнеспособность в течение двух часов. Кроме того, как полимочевина, она совершенно не подвержена влиянию влаги.
Другой случай - подгруппа, используемая в кровельных и напольных покрытиях: алифатические уретаны, отверждаемые под действием влаги (оксазолидин). Они описаны в ASTM D7311 / D7311M-10, Стандартные технические условия для жидких, однокомпонентных, вызываемых влажностью, алифатических полиуретановых кровельных мембран . Это еще один пример специфического химического состава уретана, который не склонен к газообразованию даже в толстых пленках из-за особого химического состава оксазолидинового отвердителя.
Тип V: 2К уретаны
Эти уретаны, важные коммерческие продукты, используемые в промышленности (и, в меньшей степени, в кровле), обычно используются в объемном соотношении 1: 1 с многокомпонентным оборудованием. 2
Большинство из них представляют собой эластомеры или покрытия со 100-процентным содержанием твердых веществ. Подгруппа, называемая ребристыми полиуретанами, специально разработана для резервуаров, трубопроводов и нефтехимии. Некоторые из них обладают достаточным жизнеспособностью, чтобы их можно было скручивать или выдавливать, но для большинства требуется оборудование с несколькими компонентами, поточный нагрев и отверждение в течение нескольких минут.Также в эту группу входят так называемые полимочевины, которые представляют собой другой подход к устранению проблемы атмосферной влажности и выделения газов CO 2 за счет использования отвердителей, которые вызывают почти мгновенную реакцию. Это требует использования многокомпонентного пистолета-распылителя с ударным перемешиванием. На самом деле большинство полимочевин являются гибридами реакций как полимочевины, так и полиуретана, и их следует рассматривать как еще один ароматизатор полиуретанов типа V. 3
Тип VI: Однокомпонентные уретановые лаки на основе растворителей
Ограничения по содержанию летучих органических соединений в значительной степени исключили этот тип полиуретана из торговли, но их все еще можно найти в клеях. (Сюда также могут быть включены уретаны на водной основе или «уретановый латекс».) Часто смешанные с акриловыми эмульгированными смолами, они находят применение в покрытиях полов, грунтовках и других высокопроизводительных и специальных применениях.
Есть несколько предостережений, связанных с использованием термина «уретан», который может быть маркетинговым аргументом в пользу продажи. Есть примеры, когда уретановый материал использовался для загущения продукта из акрилового латекса, который затем незаконно маркируется как уретан. В других случаях в маркетинговых целях может быть добавлено небольшое количество законной уретановой смолы. Ключевые свойства уретана - гибкость и жесткость - не очень хорошо сочетаются с высоким содержанием наполнителей, обычно содержащихся в виниловых, стирол-акриловых и акриловых красках. Если продукт имеет высокую плотность ( т.е. > 1,4 г / л [11,7 фунта / галлон]), то он функционально не уретан.
Форма следует за функцией: грунтовка по химии.
При таком большом количестве полиуретанов у специалиста есть множество факторов, которые следует учитывать при выборе продукта, подходящего для работы. Три ключевых компонента для понимания того, что полиуретан обеспечивает с точки зрения рабочих характеристик:
Для большинства специалистов по спецификациям наиболее понятное различие между типами - это алифатические (очень устойчивые к УФ-излучению) и ароматические (менее УФ-устойчивые) уретаны, что зависит от типа их «iso». Химический состав отверждения общепризнан и понятен с точки зрения применения опытным подрядчиком.
Менее очевидно то, как химический состав отверждения также влияет на долговременные характеристики пленки или мембраны. Большинство специалистов понимают, что уретановый лак действует и склеивает как лак. Они знают, что 2К и отверждаемые под действием влаги, как правило, обладают хорошей адгезией (из-за непрореагировавшего изоцианата), и они знают, что для «полимочевины» требуется специальное оборудование и они не очень чувствительны к влаге. Однако менее заметна для спецификаторов «магистраль».
Основа - это более мягкая часть, которая образует матрицу вокруг уретановых групп. Костяк сам по себе представляет собой полимер, поэтому он имеет свои сильные и слабые стороны. Например, если каркас не устойчив к ультрафиолетовому излучению, даже алифатический уретан может не демонстрировать хорошие погодные условия. Такой уровень детализации теряется в технических данных и спецификациях; он редко адекватно отражается в отчетах об испытаниях - и здесь что-то может пойти не так.
Хотя список материалов, показанный на рисунке 1, охватывает большинство продуктов, он не является исчерпывающим - существует более 300 возможных комбинаций, и каждая из них может работать совершенно по-разному. Кроме того, в этом списке не учитывается тот факт, что покрытия представляют собой составные продукты, которые позволяют смешивать эти материалы в различных соотношениях. К счастью, гораздо меньшая группа использует их в качестве покрытий.
На рис. 2 перечислены полимерные основы, составляющие не менее 95 процентов коммерческого объема покрытий, и их типичное применение. Если углубиться чуть глубже, свойства сопротивления на рис. 3 сделают выбор продукта более четким и конкретным. Например, алифатический акрил является ступенью выше большинства уретанов на основе полиэфира, поэтому они находят применение в автомобильной промышленности. Касторовое масло физически немного слабоват, но его водостойкость и низкая вязкость означают, что его можно использовать с хорошим эффектом в клее со 100-процентным содержанием твердых частиц.
Касторовые кости можно найти в смеси с другими агентами для достижения более низкого содержания летучих органических соединений. Это важно, поскольку все более строгие правила по ЛОС отдают предпочтение материалам с более низкой вязкостью. Еще больше слышно об использовании простых полиэфиров, клещевины, сложных эфиров аспарагиновой кислоты и полиэфираминов (в виде полимочевины) для соответствия ограничениям по ЛОС. Часто основы, для которых требуется больше всего растворителей, оказываются самыми жесткими. Все меньше используются материалы, включая политетрагидрофуран (ПТГФ) и акриловые полиолы. Материал поликапролактон, который когда-то мог найти применение в кровельных покрытиях высокого класса, теперь будет использоваться вместо акрила в менее затратных промышленных лакокрасочных материалах, поскольку он поднимается по лестнице летучих органических соединений и затрат. Продукты меняются в соответствии с нормативными требованиями, и снижение содержания ЛОС связано с изменениями в основе и лечебной химии.
По этой причине всегда следует указывать ссылку на магистраль. Когда определенный продукт использовался в качестве малослойной промышленной отделки для металла и представлял собой алифатический акрил, следует соответствующим образом указать «алифатический продукт с акриловой основой». Важно не упускать из виду ссылку на паспорт безопасности материала (MSDS) как на возможный источник этой информации.
В то же время, спецификатор будет вынужден пойти на компромисс для соблюдения ограничений VOC; он или она должны быть осторожны с этими неизбежными заменами.
Еще одна область, в которой уретаны преуспевают, - это выполнение функций в системах покрытий для решения конкретных задач. Обычной кровельной практикой является использование ароматической грунтовки или базового слоя с алифатическим верхним слоем. Эти пары также могут быть выполнены с другими свойствами.
Сегодня производитель может использовать грунтовку на основе ароматического изоцианата и кастора, которая будет иметь более низкую стоимость, меньшее содержание ЛОС и отличную коррозионную стойкость, а затем сочетать ее с ударопрочным верхним слоем из алифатического полиэстера, который соответствует правилу с низким содержанием летучих органических соединений - вместе они покрывают потребности.
Традиционная комбинация - использование эпоксидной грунтовки и поверхностного покрытия из алифатического уретана. Это работает, потому что эпоксидная грунтовка обычно содержит непрореагировавшие амины, доступные изоцианату для реакции - единственная молекула между грунтовкой и поверхностным покрытием. Дело в том, что эти продукты работают как система, и нельзя ожидать, что замены, которые не являются специфическими, будут работать так же.
Спецификации, испытания и то, что не раскрывают листы данных.
В лакокрасочной промышленности мало стандартизации и мало требований для сторонних испытаний. В кровельных покрытиях существуют более конкретные протоколы, но для полиуретанов их немного. В техническом паспорте реальность такова, что указанные значения - например, «удлинение 250% согласно ASTM D412» - могут указывать на метод, но не являются четко определенными и часто не имеют достаточного контекста для процесса публичных торгов и яблок. сравнения с яблоками.
Несмотря на то, что цитируется тест ASTM, указанные значения могли быть получены разными способами и при различных условиях. Например, производители могут использовать одни и те же методы испытаний в двух условиях, чтобы получить оптимальные значения растяжения и удлинения. Это не означает, что все TDS бесполезны или вводят в заблуждение, но если сравнивать продукты между производителями на основе независимых испытаний и технических данных, информация может быть туманной. Сторонние организации по тестированию, как правило, придерживаются более последовательной практики, и их следует запрашивать.
Более точный способ сравнения данных - ссылка на конкретный протокол. В кровле это:
Эти стандарты материалов включают специальные методы испытаний: они определяют способ проведения испытания, способ отверждения образца, его толщину и другие параметры, позволяющие использовать данные для коммерческих сравнений.
Еще одна суровая правда о тестировании заключается в том, что оно часто не требует больших затрат. Во многих случаях процедуры выполняются без сравнения с каким-либо типом контроля или с неблагоприятными условиями; следовательно, они вряд ли будут работать до отказа. Например, вполне вероятно, что уретан будет выдерживать разрыв при растяжении D412 13,8 МПа (2000 фунтов на кв. Дюйм). Тот же самый продукт, испытанный после погружения в воду на 28 дней, мог иметь предел прочности только 2758 кПа (400 фунтов на квадратный дюйм), но это не будет указано в TDS. К сожалению, значение натяжения после погружения является более подходящим для покрытия настила. Другой продукт может иметь значение 6895 кПа (1000 фунтов на квадратный дюйм), но может иметь значение 8274 кПа (1200 фунтов на квадратный дюйм) после 28 дней погружения. Короче говоря, традиционные испытания краски не позволяют прогнозировать срок службы.
Больше всего беспокоит то, как эти данные используются в торговле. Заявка на покупку 0,20 доллара может быть проиграна из расчета 30 долларов за галлон, что составляет менее одного процента от общей суммы. Этот процесс основан на предположении, что значения тестирования являются наиболее важным фактором, и они позволяют проводить прямое сравнение между различными продуктами. Тесты не так точны, как учет, и, что еще хуже, тесты обычно не выполняются одинаково. Если продукт описан только как «полиуретан», велики шансы, что вы выберете продукт только на основе значения прочности на растяжение в соответствии с ASTM D412, Стандартные методы испытаний вулканизированной резины и термопластичных эластомеров .
Есть много других важных атрибутов продукта, которые необходимо учитывать помимо этого ограниченного представления, например, ASTM D471, Стандартный метод испытания свойств резины: влияние жидкостей , который проверяет влияние воды, особенно полезен. Важно помнить, что любое число без контекста не обязательно является хорошей информацией, а низкое тестовое значение не является достаточной причиной для отказа от продукта с длительным опытом работы. Замена «или равных» в спецификациях на полиуретаны по сути рискованна.
Строительная документация должна быть улучшена для этой группы продуктов. Использование теста ASTM D412 на растяжение / удлинение в качестве примера вместо принятия:
ASTM D412> 23,8 Н / мм (2000 фунтов на кв. Дюйм)
следует призывать:
ASTM D412 Начальное растяжение и после 1000 часов атмосферного воздействия ASTM D4798 при 0,35 Вт / м 2 при 340 нм.
Часть стандарта материала может быть вызвана, даже если он не совсем подходит, например, ASTM D6497. Когда приложение является критическим, следует указать коэффициент, а не минимальное значение. В этом примере к методу тестирования добавляются определенные параметры, а также соотношение:
менее 30% потери первоначального значения при работе в соответствии с ASTM D-6497.
Другой подход - добавление базового химического описания, например:
алифатический полиуретан с использованием полимочевины, IPDI и химии полиэфиров в соответствии с ASTM D6497.
Заключение
Полиуретаны - полезная и необходимая часть технологии покрытий, но их часто неправильно понимают - путаница в конечном итоге может привести к неудачам. Определение полиуретана по его химическому составу является наиболее важным и необходимым шагом для обеспечения выбора правильного продукта для работы.
Перед тем, как выбрать продукт, разработчики должны спросить себя, что ему действительно нужно делать, где эти продукты выходят из строя или как они выходят из строя, и действительно ли сообщается о свойствах, которые влияют на эти отказы?
Знание того, какие тесты и стандартизованные методы или коэффициенты тестирования использовать для конкретного приложения, может дать такое же преимущество: спецификация, которая связывает послужной список и ожидаемый срок службы с конкретными параметрами, необходимыми для приложения. Однако лучший подход - это не длинный список методов случайного тестирования, а скорее конкретные протоколы тестирования, такие как те, что цитируются в этой статье, которые дают тип сопоставимых данных, необходимых для использования в открытых торгах.
By accepting you will be accessing a service provided by a third-party external to https://colours.kz/
