В наибольшей степени, перечисленным выше требованиям соответствуют полиуретановые ЛКМ, внедрение в промышленность которых состоялось более 30 лет назад. Уже тогда, их применяли для окраски самолетов, автомобилей, мостов, химических установок, мебели, бытовых электроприборов и т.д. За прошедшее время, ассортимент полиуретановых ЛКМ значительно расширился и в настоящее время охватывает большое количество рецептур, начиная от традиционных лаков и эмалей и кончая современными экологически благоприятными системами.
Они образуют покрытия с высокой абразивостойкостью, хорошими декоративными свойствами, атмосферо- и влагостойкостью, стойкостью к действию растворителей и различных химических реагентов. Полиуретановые покрытия обладают хорошей адгезией к черным и цветным металлам, дереву, коже, пластмассам, бетону, штукатурке, характеризуются высокими диэлектрическими показателями.
Полиуретановые эмали используют (несмотря на высокую стоимость и сложности при применении) для создания декоративных антикоррозионных покрытий с длительным периодом эксплуатации – окраски железнодорожных вагонов и самолетов, объектов городского транспорта. Для отделки мебели, лакирования полов применяют полиуретановые лаки.
Выпускается широкий ассортимент полиуретановых лаков, эмалей, грунтовок для различных отраслей промышленности, для транспорта, строительства, быта. Образование полиуретановых покрытий происходит при взаимодействии гидроксилсодержащих насыщенных полиэфиров и изоцианатов на холоду, при нагревании, под действием влаги воздуха, в присутствии катализаторов и без них.
Поскольку изоцианаты отличаются высокой химической активностью при взаимодействии с полиэфирами (даже на холоду), их вводят в лакокрасочный материал перед применением. Если же использовать блокированные изоцианаты (форполимеры изоцианатов с полиолами), то они (ЛКМ) однокомпонентны. Полиуретановые материалы включают, также, и уралкиды.
Лакокрасочные материалы на основе полиуретановых пленкообразователей подразделяются:
- на двухкомпонентные, отверждаемые на холоду и при нагревании;
- на однокомпонентные, отверждаемые при нагревании;
- на однокомпонентные, отверждаемые под действием влаги воздуха;
- на уралкидные холодной сушки;
- на водорастворимые уралкидные горячей сушки.
Двухкомпонентные полиуретановые лакокрасочные материалы состоят из полуфабрикатного лака или эмали и изоцианата. Полуфабрикатный лак – это раствор гидроксилсодержащего насыщенного полиэфира (на основе адипиновой, фталевой кислот и многоатомных спиртов – гликолей, глицерина, триметилолпропана и др.) в растворителе (циклогексаноне); он содержит также катализаторы, другие добавки для создания матовости, улучшения разлива и других свойств. Эмаль дополнительно содержит пигменты, не содержащие реакционноспособных (по отношению к изоцианатным) групп. Не используются пигменты, содержащие цинк и свинец. Пигменты контролируются также на минимальное содержание влаги.
Жизнеспособность лакокрасочных материалов зависит от концентрации пленкообразующего вещества, температуры хранения, типа растворителя и после введения в композицию изоцианатных соединений составляет около 24 ч.Получение двухкомпонентных полиуретановых лаков включает синтез полиэфира, составление на его основе лака и комплектацию с соответствующим изоцианатным соединением. Для получения полуфабрикатного лака к раствору полиэфира добавляют предварительно приготовленные и очищенные растворы фенолформальдегидной смолы, ацетобутирата целлюлозы и катализаторов в циклогексаноне. Затем лак типизируют по вязкости и содержанию нелетучих веществ и очищают. После расфасовки полуфабрикатный лак комплектуется соответствующим полиизоцианатом.
Двухкомпонентные полиуретановые эмали получают диспергированием пигментов в полиэфирном лаке и последующим смешением пигментной пасты с остальными компонентами эмали. Диспергируют пигменты в шаровой или бисерной мельнице, а смешивают компоненты с последующей типизацией в вертикальном смесителе с якорной или рамной мешалкой. После очистки эмаль комплектуют соответствующим полиизоцианатом.Однокомпонентные полиуретановые лакокрасочные материалы, отверждаемые при нагревании, получают из гидроксилсодержащих насыщенных полиэфиров и блокированных изоцианатов с добавлением фенолформальдегидных смол и винилфлекса.
Однокомпонентные полиуретановые лаки и эмали, отверждаемые влагой воздуха, содержат форполимеры (продукты взаимодействия переэтерификата касторового масла с избытком толуилендиизоцианата), которые после нанесения тонким слоем на подложку взаимодействуют с влагой воздуха и подложки, превращаясь в нерастворимое твердое покрытие, содержащее уретановые и карбамидные группы. При получении эмалей используют специально обработанные пигменты, не содержащие влаги, поскольку она приводит к загустеванию и желатинизации эмали.
Получение однокомпонентных эмалей включает диспергирование на бисерной мельнице пигментов в лаке и последующее составление эмали в смесителе после добавления остального количества лака, пигментной пасты, толуола.Недостатки этих материалов: низкая эластичность покрытия и сложности при получении пигментированных материалов.
Уралкидные лакокрасочные материалы получают на основе алкидных смол, в которых фталевый ангидрид частично заменен изоцианатом. По технологическим свойствам уралкидные материалы аналогичны алкидным – не чувствительны к влаге, имеют неограниченную жизнеспособность, высыхают в обычных условиях.По сравнению с алкидными, уралкидные покрытия характеризуются более высокими твердостью и химической стойкостью, однако они уступают алкидным покрытиям по атмосферостойкости.