В.И. Наумов, главный технолог ООО “Эласт ПУ”

Эффективность защиты металлических, бетонных и других поверхностей, а также оборудования и изделий, эксплуатируемых в условиях различных газообразных реагентов, повышенной и пониженной температуры, атмосферных и механических воздействий, может быть достигнута только при правильном выборе защитных лакокрасочных материалов и покрытий.

Особенно важно в современных условиях при выборе защитного покрытия учитывать сочетание таких свойств, как качество покрытия, его себестоимость и технологичность при нанесении, в том числе, усилия и затраты по подготовке поверхности.

Наиболее применяемыми лакокрасочными, тонкопленочными покрытиями являются алкидные, уралалкидные, виниловые, эпоксидные, органосиликатные и полиуретановые. Мы не будем сейчас разбирать достоинства и недостатки всех названных покрытий. У каждого из них найдется много положительных свойств и достоинств, которых вы не найдете у других и наоборот. Поэтому в этой статье мы коснемся только однокомпонентных (их еще называют одноупаковочными) полиуретановых (ПУ) покрытий, которыми автор занимается уже более 14 лет, а полиуретанами - около 25 лет.

Пожалуй, самым интересным свойством однокомпонентных ПУ-покрытий является их универсальность применения. Они в одинаковой степени успешно могут применяться для зашиты как металлических, бетонных, пластмассовых,так и деревянных поверхностей, при этом они могут эксплуатироваться почти во всех климатических зонах, не теряют своих защитных свойств при пониженных и повышенных температурах, не требуют тщательной подготовки поверхности, обладают рядом сопутствующих свойств, в частности, прекрасной клеящей способностью и при этом обладают сравнительно низкой себестоимостью. Кроме того, часто один и тот же тип покрытия защищает поверхность от воздействия большинства агрессивных сред (жидкостей, газов) и при этом обладает очень хорошей износостойкостью.

Отечественные полиуретановые покрытия, в более или менее значительных количествах появились на российском рынке относительно недавно - в середине 90-х годов прошлого столетия. В СССР полиуретановые лаки были известны в основном под маркой УР или УРФ и обладали высокими эксплуатационными свойствами. Одной из современных марок Российских полиуретановых защитных лаков является марка “ЭЛАСТ” выпускаемая предприятием “Эласт-ПУ”, которое находится в колыбели отечественных полиуретановых технологий г. Владимире. Разработанные на этом предприятии полиуретановые пленкообразующие системы ЭЛАСТ-302П, ПМД-1000 и др. служат прекрасной основой для получения многих однокомпонентных полиуретановых покрытий и глубоко проникающих грунтовок.

К их числу относятся:

• ЭЛАСТ-302П-30 (глубоко проникающая грунтовка);
• ЭЛАСТ-302П-50 (защитное покрытие для бетонных, цементных и деревянных поверхностей);
• ЭЛАСТ-302П-60 (защитное покрытие для металлических поверхностей);
• ЭЛАСТ-302ПМ-70 (высокоэластичное защитное покрытие).

Пленкообразующие ЭЛАСТ-302П, ПМД-1000 представляют собой полиуретановые форполимеры многофункционального применения с концевыми NCO-группами. Форполимер ЭЛАСТ-302П, имея разветвленную структуру, позволяет синтезировать (в том числе в сочетании с другими ПУ-форполимерами) покрытия, которые после отверждения так же дают равлетвленную сетчатую структуру, что придает покрытиям очень высокие физико-механические и защитные свойства. В их числе:

• стойкость к истиранию (абразивостойкость);
• твердость, в сочетании с эластичностью;
• стойкость к маслам, растворителям и химическая стойкость;
• водостойкость;
• погодоустойчивость;
• газонепроницаемость.

Полиуретановое пленкообразующее ПМД-1000 позволяет получать морозоустойчивые, эластичные ПУ-покрытия, в том числе со 100% -ным сухим остатком.

Лаки и покрытия на основе пленкообразующих марки ЭЛАСТ представляют собой однокомпонентные составы, что не требует предварительного смешения ингредиентов (как в случае 2-х компонентных), и поэтому лаки в течении гарантийного срока, при соблюдении элементарных правил хранения всегда готовы к применению.

В двухкомпонентных полиуретановых системах, так называемый “сшиватель” вводится дополнительно перед применением и способствует образованию высокомолекулярного и пространственно-сшитого полимера, обладающего высокими эксплуатационными свойствами. При отверждении лаков и покрытий ЭЛАСТ роль второго компонента (сшивателя) играют содержащиеся в воздухе молекулы воды (влага воздуха) при этом так же получается высокомолекулярный, пространственно-сшитый полимер, обладающий физико-механическими и эксплуатационными свойствами ничуть не уступающими двухкомпонентным системам.

В табл. 1 и 2 приведены основные физико-механические характеристики лаков на основе ПУ-пленкообразующих ЭЛАСТ-302П и ПМД-1000.

ТАБЛИЦА 1. Основные характеристики неотвержденных лаковых покрытий

ТАБЛИЦА 2. Основные физико-механические характеристики отвержденных лаковых покрытий

Не анализируя подробно данные табл. 2, позволю себе обратить внимание специалистов на показатель “Относительное удлинение при растяжении, %” покрытия ЭЛАСТ-302П-60. Этот показатель имеет значение не менее 80% при твердости 97 у.е., тогда как у других предлагаемых покрытий подобного рода данный показатель составляет всего 12% при аналогичной твердости.

Помимо высоких прочностных свойств однокомпонентные ПУ-покрытия марки ЭЛАСТ обладают очень хорошей адгезией, в том числе к влажным подложкам, высокой водостойкостью, стойкостью к агрессивным средам и растворителям.

Величина адгезии к влажным подложкам определяется прежде всего пористостью и непосредственно степенью влажности подложки. Так, бетоны с высокой впитываемостью марок М-200 и ниже могут иметь остаточную влажность до 8% тогда как более плотные бетоны необходимо просушивать до остаточной влажности не более 4%. Что касается металлических подложек (в том числе старые железные крыши) то допустимая влажность ржавых поверхностей должна быть не более 4-6%, а поверхность свободная от ржавчины может иметь влажность до 3-4%.

Антикоррозионные свойства полиуретановых лаков типа ЭЛАСТ определяются в первую очередь высокой водо- и газонепроницаемостью полимерных пленок, образующих защитное покрытие после отверждения. Однако еще более высокую антикоррозионную защиту, в частности, металлических поверхностей работающих в жестких атмосферных условиях, например, днища судов, конструкции мостов и т.п. можно обеспечить, если перед применением защитных лаков использовать грунтовку ЭЛАСТ-302П-30 со специальными пастами.

Предприятие “Эласт-ПУ” разработало и выпускает специальные красящие пигментные пасты для однокомпонентных ПУ-композиций, содержащих концевые NCO-группы. В их число входят так же пасты на основе специальных противокоррозионных пигментов и цинконаполненные пасты. Высоконаполненная такой цинкосодержащей пастой (ЭЛАСТ-Цинк) грунтовка ЭЛАСТ-302П-30 образует при попадании воды электропары, в которых цинк является анодом, а покрываемая сталь катодом, цинк переходит в ионное состояние - корродирует, а сталь при этом не подвергается коррозии. Ионы цинка, отлагаясь на поверхности, образуют соли, дополнительно предохраняющие сталь от коррозии

Так же в недалеком будущем предприятие “Эласт-ПУ” планирует выпускать антикоррозионные пасты, наполненные фосфатами металлов (хрома, цинка, железа и др.). Механизм антикоррозионного действия таких пигментов включает их диссоциацию под действием воды, проникающей в покрытие и образование комплексной кислоты [2]:

Zn (PO₄)₂ ∙ 4H₂O = [Zn (PO₄) (H₂O)₂ (OH)₂]^2- + 2H⁺

Комплексная кислота или ее комплексы с пленкообразователем реагируют с ионами железа на микроанодных участках коррозионной ячейки с образованием стабильного ингибитора коррозии:

[Zn (PO₄)₂ (H₂O)₂ (OH)(COO)]Fe

‌ ‌

R R

Хочется лишний раз отметить, что наполненные противокоррозионными пастами лаки ЭЛАСТ-302П-50 и ЭЛАСТ-302П-60, кроме химического антикоррозионного механизма, обладают очень высокими прочностными свойствами (табл.2), а недавно специалистами “Эласт-ПУ” был разработан лак ЭЛАСТ-302ПК-60 с еще более высокими показателями по износо-хим- и теплостойкости позволяющий защищать поверхности, работающие в условиях повышенного абразивного износа (например, на горно-обогатительных комбинатах) и повышенного воздействия агрессивных сред в сочетании с высокими (до 130°С) температурами (например, гальванические производства или аналогичные им).

ТАБЛИЦА 3. Показатели химстойкости ПУ-покрытий марок ЭЛАСТ при воздействии некоторых сред в течении одного года.

Среда воздействия	Результаты воздействия	Оценка
Вода морская	Без изменений	++
Вода водопроводная	Без изменений	++
Соляная кислота 12%	Без изменений	++
Серная кислота 10%	Без изменений	++
Уксусная кислота 12%	Без изменений	++
Гидроксид натрия, раствор 25%	Без изменений	++
Перекись водорода 10%	Без изменений	++
Поваренная соль, раствор 12%	Без изменений	++
Сахар, раствор 30%	Без изменений	++
Мыло, раствор	Без изменений	++
Бензин	Без изменений	++
Ацетон	Без изменений	++
Дизтопливо	Без изменений	++
Метиленхлорид	Не стоек	−

ТАБЛИЦА 4. Сравнительные оценки некоторых марок защитных покрытий

Если внимательно посмотреть на данные табл. 2 и 4, то можно сделать вывод, что для металлических конструкций, претерпевающих большие температурные деформации в качестве защитного покрытия, лучше использовать лаки с повышенной эластичностью ЭЛАСТ-302ПМ-70 или ПМД-1000. Если же конструкции подвергаются дополнительным механическим нагрузкам или длительному воздействию агрессивных сред, то лучше использовать лак ЭЛАСТ-302ПК-60.

Высокие эксплуатационные качества основного продукта лака ЭЛАСТ-302П-60 позволяют с успехом применять его для противокоррозионной защиты стальных, бетонных и железобетонных строительных конструкций эксплуатируемых в условиях умеренного и холодного климата. Температурный интервал эксплуатации от минус 50° до плюс 100°С, кратковременно до 130°С. Кроме того, Санкт-Петербургским ЗАО “Испытательный центр ВНИИГС” этот продукт рекомендован для противокоррозионной защиты поверхностей строительных, санитарно-технических сооружений и конструкций из стали, бетона и железобетона (в том числе стальных трубопроводов), работающих в условиях агрессивных сред и может защищать сооружения от воздействия газов, растворов солей кислот и щелочей со слабой степенью агрессивности, определенной СНиП 2.03.11-85 в интервале температур от -30°С до +60 °С в нефте - и газодобывающей, химической промышленностях, сельском хозяйстве с гарантийным сроком не менее 5 лет.

Естественно, что любое покрытие должно наноситься на заранее подготовленную поверхность. Подготовка поверхности, как правило, входит в общую технологию нанесения покрытия и от того, как вы отнесетесь к этой важнейшей операции, зависит и долговечность покрытия и заявленные изготовителем эксплуатационные свойства. Если вы решили использовать защитный лак ЭЛАСТ, то подготовка поверхности в одних случаях может быть сведена к минимуму (простая очистка от грязи), в других случаях - должна быть не только загрунтована, но и прошла пескоструйную или дробеструйную обработку. Глубина подготовки зависит от “важности” поверхности. Рассмотрим несколько стандартных схем нанесения покрытий марки ЭЛАСТ на металлические поверхности.

ТАБЛИЦА 5. Примерные схемы нанесения покрытия па металлические поверхности

Хочется отметить некоторую сложность нанесения покрытий на “свежие” металлоконструкции (прокат). Иногда после нанесения лака на поверхности не- вылежавшегося металла образуются небольшие проплешины, поэтому такие места рекомендуется слегка обработать наждачной бумагой и нанести второй слой лака. Второе, может быть более широкое, применение лаков марки ЭЛАСТ это пропитка, упрочнение бетонных и цементных поверхностей и создание тонкослойного износо-химстойкого декоративного покрытия. На сегодняшний день можно однозначно сказать, что однокомпонентные защитные лаки все больше и больше находят свое применение в качестве покрытий полов производственных помещений, складов, стоянок, гаражей составляя серьезную конкуренцию разного рода двухкомпонентным составам.

Основные преимущества однокомпонентных полиуретановых покрытий, к которым относится и композиция ЭЛАСТ-302П-50, это простота нанесения без каких либо дополнительных затрат, технологичность нанесения и сравнительно низкая себестоимость квадратного метра обработанной поверхности. Кроме выше -перечисленных свойств, полиуретановые покрытия на основе лака ЭЛАСТ-302П-50 обладают следующими преимуществами:

• Легкость использования (нанесения) однокомпонентного покрытия.
• Быстрота отверждения и высыхания даже при пониженных температурах.
• Высокая износостойкость и абразивная стойкость покрытия.
• Экологическая и гигиеническая безопасность покрытия после полного высыхания.
• Высокие механические свойств.
• Хорошая адгезия к строительным поверхностям.
• Устойчивость к воздействию температуры и агрессивных сред.
• Возможность получения антискользящего покрытия за счет добавления песка.

Одно из распространенных назначений полиуретановых лаков в строительной сфере это быстрое и эффективное обеспыливание бетонных и цементных оснований. Обладая большой текучестью, композиции ЭЛАСТ глубоко проникают в поры защищаемого основания, заполняют мелкие трещины и, как следствие, после отверждения упрочняют бетонные основания, увеличивая их прочность. Кроме того, если в бетоном основании содержится небольшое количество воды, то содержащиеся в лаках ЭЛАСТ концевые изоцианатные группы, вступив в реакцию с водой, нейтрализуют ее действие и тем самым предотвращают разрушение поверхности в случае широкого перепада температур. Особенно сильной впитывающей способностью обладает грунтовка ЭЛАСТ-302П-30, способная проникать в основания до 30мм в глубину.

Высокая проникающая способность полиуретановых лаков позволяет упрочнять бетоны марок М-200 и ниже, а также старые рыхлые основания. В случае рыхлых оснований грунтовка ЭЛАСТ-302П-30 или лак ЭЛАСТ-302П-50, проникая между частичками основания, обволакивают их, связывая между собой и тем самым, создавая прочный, наполненный композиционный материал, напоминающий по свойствам полимербетон.

Если взять в качестве примера технологию формирования напольного покрытия, то следующей стадией после грунтования идет стадия нанесения промежуточных слоев бесцветным лаком ЭЛАСТ-302П-50. Промежуточные слои наносятся с целью нарастить на поверхности слой покрытия, придающий ей большую гидролитическую стойкость и обеспечивающий основную защиту поверхности от механических и химических повреждений. После промежуточных слоев, как правило, наносится декоративный последний слой (как правило наносится два цветных слоя). Декоративный слой можно наносить цветным лаком, как приготовленным на месте применения путем замешивания в лак специальной цветной пасты ЭЛАСТ, так и готовым к употреблению цветным лаком. Боюсь показаться навязчивым, но напоминаю, что разработанные недавно цветные пасты ЭЛАСТ-Б специально изготавливаются для однокомпонентных полиуретановых композиций, не имеют аналогов в России и не сокращают после замешивания в лак срок его хранения. Декоративный слой может быть как глянцевым, так и матовым, а также может формироваться цветными чипсами.

ТАБЛИЦА 6. Некоторые типы пигментных паст ЭЛАСТ выпускаемых специально для полиуретановых лаков.

№	Цвет		RAL
1	Светло-серый	Light grey	7035
2	Салатовый	May green	6017
3	Зеленый	Leaf green	6002
4	Сурик	Red brown	8012
5	Черный	Graphite black	9011

Приготовление цветных лаков непосредственно перед применением позволяет минимизировать номенклатуру используемых цветных покрытий и готовить именно столько композиции определенного цвета, сколько необходимо для обработки конкретной площади или для нанесения той или иной цветной разметки.

Одной из слабых сторон тонкослойных покрытий является то, что после нанесения они не могут скрыть дефектов поверхности (ямы, выбоины, трещины). Поэтому внешний вид будущего покрытия напрямую зависит от качества подготовки бетонного или цементного основания. Для получения идеально ровной поверхности основание лучше всего подвергнуть шлифовке, а затем убрать пыль при помощи промышленного пылесоса. В случае, если поверхность имеет небольшие выбоины, то их можно заделать, приготовив шпаклевку на основе лака ЭЛАСТ 302П-50 и песка. Приготовленная шпаклевка должна иметь консистенцию густой сметаны, и наноситься шпателем после обработки пола первым грунтовочным слоем лака.

Кроме вышеизложенного, пожалуй, самым значимым положительным свойством лаковых покрытий ЭЛАСТ является их невысокая, по сравнению с аналогами, цена. В табл. 7 дана себестоимость сырья (лака), затраченного на один квадратный метр покрытия некоторых поверхностей.

ТАБЛИЦА 7 *)

*) - расчет затрат произведен исходя из цен сложившихся на 2 апреля 2005 г.

Также легко сформировать при помощи полиуретановых лаков антискользящую поверхность. Особенно такие поверхности важны для предприятий пищевой промышленности, где по оценке органов здравоохранения происходит 40% производственных травм. Эта неприятная статистика в значительной мере определяется качеством поверхности полов. Большое количество воды, а так же масел и жиров обуславливает повышенную скользкость, что приводит к падениям и, как следствие, к ушибам и травмам работников и соответственно необоснованным материальным затратам на выплату компенсаций. Сформировать антискользящее покрытие можно несколькими способами, рассмотрим два основных:

1. Простое антискользящее покрытие.

На непросохший первый промежуточный слой лака рассеивается сухой песок. Поверхности дают просохнуть и после этого сверху кладут финишный (укрепляющий) слой или два слоя лакового покрытия, последний слой может быть цветным. Такой пол обладает повышенной износо- и химической стойкостью, препятствует скольжению и хорошо моется.

2. Толстослойное покрытие с очень большой прочностью.

Конечно, защита металлических поверхностей и бетонных полов не являются единственными применениями данных лаков. У предприятия Эласт-ПУ имеется опыт использования их в качестве пропитки, а также в качестве влагозащитного покрытия бетонных конструкций (потолков) в цехах с постоянной повышенной влажностью, например на заводах, производящих железобетонные блоки и конструкции. Обработка внутренней части крыши (потолков) лаком ЭЛАСТ-302П-50 позволяет гидроизолировать поверхность бетона, исключить проникновение в полость конструкции через микротрещины паров воды, скапливающихся в верхней части цехового пространства, и тем самым предотвратить разрушение конструкций во время сезонных перепадов температур.

Хорошая впитываемость полиуретановых лаков позволяет получать конструкционные материалы с повышенными физико-механическими свойствами. Например, пропитанные вышеназванными композициями такие материалы, как стеклоткань, нетканый материал, брезент и другие после отверждения создают водонепроницаемую, износо- и химстокую конструкцию с очень большой прочностью. Такой конструкцией можно гидроизолировать тоннели или, например, можно заменить дорогостоящую металлическую защиту теплоизоляции наружных и подземных трубопроводов, или защитить сами трубопроводы. На рисунке приведен пример такой конструкции.

РИС.1

1. жесткие пенополиуретановые теплоизолирующие сегменты (скорлупы);
2. защитный покровный слой-обмотка из самоклеящегося стекловолокна пропитанного ЭЛАСТ-302-П50;
3. промазка (окраска) ЭЛАСТ-302-П60 с “серебрянкой” или “цинком”.

Срок службы такой защиты до 25 лет с периодическим через 8-10 лет обновлением окраски продуктом ЭЛАСТ –302-П-60 или ему подобным.

• Приготовленный для пропитки материал нарезают лентами необходимой ширины и длины. Размеры заготавливаемых лент подбирают в зависимости от размеров защищаемого трубопровода (или другой конструкции). Рекомендуемая ширина ленты 20-50 см. Длина ленты произвольная, но в свернутом состоянии она должна свободно входить в емкость с пропитывающим составом.
• В железную или пластиковую емкость вместимостью 3-20 литров наливают композицию ЭЛАСТ-302П-50 из расчета 300-400 м² ленты. Емкость герметично закрывают, несколько раз переворачивают и оставляют до полной пропитки стеклоткани. В качестве емкостей можно использовать металлические или пластмассовые ведра с широкой герметично закрывающейся крышкой.
• После пропитки рулона избытку композиции ЭЛАСТ-302П-50 дают стечь, и ленту наматывают на защищаемую поверхность под углом, обеспечивающим наложение слоя на слой до 5 см. Пропитанная ЭЛАСТ –302П-50 стеклоткань работает как покровный, самоклеящейся слой.
• После отверждения полученную конструкцию можно покрасить лаком ЭЛАСТ-302П-60 или ЭЛАСТ-302П-50 с алюминиевой пудрой (или другим подходящим красителем), что придаст ей хороший внешний вид и дополнительные защитные свойства.

Простота и удобство работы с такой конструкцией заключается еще и в том, что ей можно защищать изгибающиеся участки трубопроводов (углы, отводы) и трубопроводную арматуру, не используя при этом никаких сложных конструкций (пропитанный материал просто наматывается на изгиб).Подобным образом можно упрочнять, защищать и ремонтировать также и бетонные конструкции.

Характеристика	Показатель
Твердость по Шору А	не менее 92 у.е.
Прочность конструкции при растяжении	не менее 100 МПа
Относительное удлинение при растяжении	не менее 12 %

Есть опыт применения композиции ЭЛАСТ-302П-50 в качестве лака для деревянных конструкций (полов). В этом случае поверхность пола зашкуривается, обрабатывается пропиткой типа Пинотекс или лаком Эласт-302П-50 который при первом нанесении играет роль грунта. Поверхности дают просохнуть, снова защкуривают и покрывают одним или двумя слоями того же лака.

В последнее время специалисты ООО “ЭЛАСТ-ПУ” занимаются разработкой однокомпонентных, стойких к ультрафиолету полиуретановых лаков, использование которых в комплексе с вышеописанными композициями позволит не только защитить поверхность, но придать ей отличные декоративные свойства.

Литература

1. Рейбман А.И. Защитные лакокрасочные покрытия. И. “ХИМИЯ”, Ленинградское отделение,1982
2. Индейкин Е.А;. Лейбзон Л.Н.; Толмачев И.А. Пигментирование лакокрасочных материалов, И. “ХИМИЯ”, Ленинградское отделение, 1986