Właściwości i zastosowanie polimoczników

Pierwsze wzmianki dotyczące polimoczników można znaleźć w czasopiśmie Journal of Polymer Science z 1948 r. Zestawiono w nim temperatury topnienia różnych polimerów, w tym również omawianego tworzywa. Od czasu testów laboratoryjnych do pierwszego komercyjnego zastosowania polimocznika mija ponad 30 lat.

W latach 80. XX wieku rozwój technologii wtrysku reaktywnego umożliwił wytwarzanie elementów dla przemysłu samochodowego. Pierwszym elementem były osłony zderzaków. Polimocznik w formie powłoki jest znany od 1988 r. Rozwój tej technologii był napędzany zapotrzebowaniem na bezrozpuszczalnikowe, odporne i szybkie w aplikacji warstwy ochronne. W 1989 r. zastosowano natrysk pierwszej komercyjnej powłoki jako hydroizolację dachu.

Polimocznik to produkt reakcji izocyjanianu z poliaminami. Najczęściej proces ten prowadzony jest dwuetapowo. Pierwszy etap polega na wytworzeniu prepolimeru, który posiada reaktywne grupy izocyjanianowe. Dzieje się to najczęściej u producenta. Drugi etap zachodzi w miejscu przetwórstwa i polega na reakcji prepolimeru z mieszaniną poliamin, napełniaczy oraz środków pomocniczych. Na RYS. przedstawiono ogólny wzór reakcji.

Różnicą miedzy polimocznikami a poliuretanami jest rodzaj grupy funkcyjnej biorącej udział w reakcji z izocyjanianami. W przypadku poliureanu jest to –OH, natomiast w przypadku polimoczników –NH₂.

Różnica ta wpływa znacząco na mechanizm reakcji, który w przypadku amin jest szybszy. Aromatyczna amina jest ok. 3 razy bardziej reaktywna niż alifatyczna grupa –OH. Co ważniejsze, grupy aminowe reagują z izocyjanianem dużo szybciej niż woda, dzięki czemu powłoki polimocznikowe odporne są na wilgotność podczas przetwarzania.

Czas żelowania pierwszych systemów wynosił ok. 2 s, a wyrób utwardzony był już po 10 s. Dziś systemy te są wolniejsze (odpowiednio ok. 6/15 s). Dzięki temu mieszanina cechuje się lepszą rozlewnością, co znacząco wpływa na gładkość powłoki. Polimocznik zaaplikowany na powierzchnię wody utwardzi się bez podpieniania i da szczelną powłokę. W przypadku poliuretanu taki natrysk nie da szczelnej i litej warstwy.

Systemy powstałe w wyniku reakcji obu omawianych grup funkcyjnych nazywa się hybrydowymi. Ich właściwości są gorsze niż w przypadku polimocznika, jednak wystarczają w zupełności do izolacji mniej wymagających elementów.

Aromatyczny czy alifatyczny

Rozróżnia się dwie podstawowe grupy polimoczników: aromatyczne i alifatyczne. Różnicą między tymi dwoma grupami jest obecność pierścienia aromatycznego.

Brak takiego pierścienia w łańcuchu polimeru wpływa na podwyższenie odporności UV. Poza tym jest on często mniej odporny na wysokie temperatury.

Reaktywność ugrupowań w związkach alifatycznych jest większa, co powoduje, że reakcja zachodzi szybciej. Ważnym aspektem może być również cena - decyzja o zastosowaniu powłoki alifatycznej będzie wiązała się ze znacznie wyższymi kosztami. W TAB. 1 zamieszczono porównanie innych właściwości.

Aplikacja

Podstawowym sprzętem wykorzystywanym przy nakładaniu polimocznika jest 2-komponentowy agregat wysokociśnieniowy. Aby otrzymać dobrej jakości powłokę, należy przestrzegać następujących zasad:

• po pierwsze, agregat powinien wytwarzać ciśnienie min. 160 barów, a wskazane jest nawet 200 barów;
• po drugie, przetwórstwo wymaga podgrzania obu komponentów do temp. ok. 70°C. W takiej temperaturze lepkość komponentów jest niewielka, przez co mieszanie w dyszy jest skuteczniejsze;
• po trzecie, równie istotne jak parametry przetwórstwa, jest przygotowanie powierzchni pod natrysk. Należy ją oczyścić z wszelkich luźnych elementów. W przypadku stali należy wykonać piaskowanie. Przy aplikacji na beton ważne jest odcięcie dostępu wilgoci od strony podłoża za pomocą primera. Wilgoć w podłożu będzie powodowała odspajanie się powłoki.
• Czwartym czynnikiem wpływającym na jakość izolacji jest monitorowanie warunków środowiskowych. Podczas aplikacji temperatura podłoża powinna być przynajmniej 3°C wyższa od punktu rosy.

Aby otrzymać szczegółowe informacje dotyczące polimocznika, warto skontaktować się z producentem systemu.

Istnieją również zestawy niskociśnieniowe, w których polimocznik sprzedawany jest w cartridge’ach. System taki musi mieć dłuższe czasy przetwórstwa, gdyż mieszanie odbywa się za pomocą miksera statycznego. Powłoki otrzymane tą metodą mają niższe parametry mechaniczne. Metoda ta jest wykorzystywana do natrysku małych powierzchni lub jako sposób naprawy uszkodzonych izolacji.

W przypadku poliasparginy, będącej również powłoką polimocznikową, możliwe jest nakładanie za pomocą pędzla lub wałka, jest to jednakże rozwiązanie nowe i kosztowne.

Właściwości

Polimocznik jest tworzywem elastomerowym, parametr wydłużenia jest tu zatem bardzo wysoki. Przy swej rozciągliwości tworzywo wykazuje wysoką wytrzymałość na rozerwanie.

Twardość polimocznika aromatycznego może być niewystarczająca dla niektórych zastosowań, jednak alifatyczna powłoka ma w tym temacie do zaoferowania trochę więcej. Warto wspomnieć o doskonałej przyczepności do wielu materiałów.

Innymi właściwościami, które wyróżniają polimocznik na tle innych izolacji, są bardzo dobra zdolność do mostkowania rys czy odporność na uderzenie. Dokładne wartości podstawowych parametrów zawarto w TAB. 2.

Zalety polimoczników to:

• system bezrozpuszczalnikowy,
• aplikacja w temp. od 5°C do 40°C, nawet przy dużej wilgotności,
• możliwość pracy w temp. od –25°C do 150°C,
• bardzo dobre właściwości mechaniczne,
• szybka aplikacja i bardzo krótki czas utwardzania,
• bardzo dobra odporność chemiczna,
• trwałość nawet do 30 lat,
• powłoka bezszwowa.

Polimocznik ma również także pewne wady. Chociaż jest odporny na wysoką wilgotność, to woda na natryskiwanej powierzchni może powodować powstanie pęcherzy lub otworów. Aromatyczny polimocznik ma mniejszą odporność chemiczną, promienie UV powodują jego żółknięcie. Nie powinien być stosowany w podwyższonych temperaturach, gdy narażony jest na działanie benzyny. Jego aplikacja wymaga też wiedzy, sprzętu i doświadczenia.

Zastosowania

Polimocznik sprawdza się w wielu zastosowaniach, takich jak:

• ochrona rur - polimocznik świetnie nadaje się do ochrony rur i rurociągów. Chroni przed korozją i czynnikami zewnętrznymi. Może być nakładany zarówno na stal, jak i na pianę poliuretanową będącą izolacją termiczną rurociągu;
• mosty i tunele - możliwość izolacji zarówno stali, jak i betonu oraz wysoka trwałość pozwalają zabezpieczyć konstrukcje bez konieczności renowacji przez długie lata (badania starzeniowe wskazują, że powłoka może spełniać swoją funkcję nawet 30 lat);
• ochrona zbiorników - zarówno w przypadku nowych zbiorników, jak i renowacji. Zbiornik można oddać ponownie do użycia w ciągu 48 godz. Zapewnia bardzo dobrą odporność chemiczną i mechaniczną;
• przemysł morski - zastosowania nie sprowadzają się jedynie do ochrony stali i laminatów: często polimocznik wykorzystuje się do wygłuszania kadłubów oraz okładzin ładowni;
• izolacja dachów - wytrzymałość mechaniczna, trwałość i szybkość aplikacji sprawia, że w niektórych aplikacjach polimocznik jest niezastąpiony. Coraz większą popularność zdobywają systemy ze zwiększoną zdolnością do odbicia promieniowania słonecznego, które zabezpieczają np. hale magazynowe przed nadmiernym nagrzewaniem się;
• kanalizacja i wodociągi - bardzo duże spektrum zastosowań: od pokrywania elementów studzienek, przez oczyszczalnie ścieków, aż do systemów naprawczych rurociągów. Bardzo ważny jest krótki czas wyłączania elementu z działania. Ciekawą technologią jest naprawa bezwykopowa rurociągów z użyciem polimocznika;
• przemysł motoryzacyjny - początkowo były to głównie warstwy ochronne na paki samochodowe, teraz są to powłoki całej karoserii chroniące przed korozją lub, w przypadku aut terenowych, przed uszkodzeniami mechanicznymi.

Oczywiście, są to tylko niektóre przykłady zastosowań. Dodatkowo, wśród mniej popularnych można wymienić: izolację akwariów, nawierzchnie sportowe, izolację fundamentów, pancerze, szkła kuloodporne czy powłoki na głośnikach.

Literatura

1. PN-EN ISO 527-1:2012, "Tworzywa sztuczne. Oznaczanie właściwości mechanicznych przy statycznym rozciąganiu. Część 1: Zasady ogólne".
2. PN-EN ISO 527-2:2012, "Tworzywa sztuczne. Oznaczanie właściwości mechanicznych przy statycznym rozciąganiu. Część 2: Warunki badań tworzyw sztucznych przeznaczonych do różnych technik formowania".
3. PN-EN ISO 527-3:1998, "Tworzywa sztuczne. Oznaczanie właściwości mechanicznych przy statycznym rozciąganiu. Warunki badań folii i płyt".
4. PN-EN ISO 527-4:2000, "Tworzywa sztuczne. Oznaczanie właściwości mechanicznych przy statycznym rozciąganiu. Warunki badań kompozytów tworzywowych izotropowych i ortotropowych wzmocnionych włóknami".
5. PN-EN ISO 527-5:2010, "Tworzywa sztuczne. Oznaczanie właściwości mechanicznych przy statycznym rozciąganiu. Część 5: Warunki badań kompozytów tworzywowych wzmocnionych włóknami jednokierunkowo".
6. PN-EN ISO 868:2005, "Tworzywa sztuczne i ebonit. Oznaczanie twardości metodą wciskania z zastosowaniem twardościomierza (twardość metodą Shore’a)".
7. PN-EN ISO 4624:2004, "Próba odrywania do oceny przyczepności".
8. PN-EN 1542:2000, "Wyroby i systemy do ochrony i napraw konstrukcji betonowych. Metody badań. Pomiar przyczepności przez oderwanie".

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!