Механизмы сушки полиуретановых лакокрасочных покрытий

Физическое высыхание лакокрасочных покрытий происходит за счет испарения среды, в которой лакокрасочный материал растворен.

Полимеры, образующие пленку только по механизму физического высыхания, применяют при изготовлении пластмасс и тканей. К таким полимерам относят полиуретаны и полиуретанмочевины, растворенные в органических соединениях.

Физически сохнущие покрытия в виде водных дисперсий используют в рецептурах бытовых материалов для строительства (грунтовки). Однако физически сохнущие системы не образуют пространственно сшитых покрытий: после нанесения материала вода и другие летучие вещества испаряются из пленки, формирование твердых пленок осуществляется ассоциативным взаимодействием между молекулярными цепями. Поэтому они способны к повторному растворению или набуханию в растворителях, моющих средствах.

Использование физически высыхающих высокомолекулярных полиуретановых дисперсий в качестве связующих не обеспечивает получение покрытий, удовлетворяющих требованиям по стойкости и механическим свойствам. Необходимых параметров добиваются последующим сшиванием полимера на поверхности субстрата (т.е. химическим высыханием).

При химическом высыхании формирование пленки происходит путем протекания химических реакций на поверхности субстрата.

Например, существуют однокомпонентные полиуретановые системы, сшивающиеся взаимодействием изоцианатных групп с водой в виде атмосферной влаги – это влагоотверждаемые лакокрасочные покрытия.

Скорость высыхания лакокрасочной пленки зависит от влажности воздуха, температуры, реакционной способности изоцианатных групп, толщины пленки, гидрофильности материала покрытия, степени разветвления (функциональности) полимера, молекулярной массы полимера, природы и количества используемого катализатора.

Лакокрасочные материалы естественной сушки – это однокомпонентные покрытия, отверждающиеся при комнатной температуре, включающие в себя полиненасыщенные углеводородные цепи, сшиваемые кислородом воздуха. Их получают путем введения в структуру полиуретанового полимера соответствующих жирных кислот и спиртов. При добавлении сиккативов (катализаторов для ЛКМ) на основе солей кобальта, свинца и марганца – основные сиккативы, и магния, цинка, кальция и стронция – вспомогательные сиккативы, такие материалы способны к образованию на воздухе пространственно сшитых структур.

Двухкомпонентные лакокрасочные материалы сшиваются реакцией интегрирования изоцианатных и гидроксильных групп с образованием уреатановой группы. Их превосходство перед однокомпонентными материалами заключается в отсутствии пузырьков при отверждение толстых лакокрасочных пленок.

Двухкомпонентные системы высыхают сравнительно быстро без нагревания из-за реакционноспособных NCO-групп. Однако эти системы дополнительно подвергают ускоренной сушке при 80^оС или горячей сушке при 120^оС и выше. Повышенные температуры уменьшают время отверждения, сокращают производственный цикл и повышают эффективность использования оборудования.

Чаще всего в процессе сушки оба механизма высыхания перекрываются. Например, водные полиуретановые покрытия с химическим и физическим механизмами высыхания применяются в финишных покрытиях для автомобилей, в покрытиях для металлов, древесины, пластмасс, а также для окрашивания тканей, стекла и бумаги.

Органоразбавляемые однокомпонентные полиуретановые покрытия (влагоотверждаемые или горячей сушки) используются для окраски паркета, рулонного металла, в качестве вторичной грунтовки при заводском окрашивании автомобилей, для окраски пластмасс.

Радиационное отверждение – застывание покрытий с использованием энергии ускоренных электронов с диапазоном энергии от 90 до 250 кэВ или ультрафиолетового излучения с длинами волн от 240 до 420 нм.

Большинство радиационно-отверждаемых лакокрасочных материалов основано на химии акрилатов (уретанакрилаты, эпоксиакрилаты, сложные и простые эфиракрилаты), которые сшиваются за счет радикальной полимеризации.

Широко распространены УФ-отверждаемые полиуретановые дисперсии для получения напыляемых покрытий для древесины, мебели и пластмасс. Главные задачи в области технологии порошковых красок – уменьшение тепловой нагрузки на окрашиваемые изделия, сокращение времени переработки, разделение этапов растекания и сшивания пленки – удалось решить путем введения метода радиационного отверждения. Новая технология УФ-отверждаемых порошковых покрытий используется для окрашивания мебели из ДВП.

Технология двойного отверждения – это комбинация двух химически отличающихся механизмов сшивания.

Например, изоцианатсодержащие уретанакрилаты используют в лакокрасочных системах, которые сшиваются путем фотоинициированной радикальной полимеризации, а также реакцией с участием изоцианатных групп.

Преимущества технологии двойного отверждения в сравнении с технологией получения покрытий, отверждаемых только УФ:

1. повышение адгезии благодаря взаимодействию изоцианатных групп с субстратом;
2. снижение геометрических ограничений, т.к. отверждение происходит даже в местах, скрытых от излучения;
3. для пигментированных материалов более качественное отверждение в глубоких слоях пленки, куда излучение не проникает.