Двухкомпонентные полиуретановые лаки для дерева 

  Двухкомпонентные полиуретановые лаки для дерева дороги, очень требовательны к соблюдению технологии, не склонны прощать ошибок. Но именно они остаются самыми востребованными лакокрасочными материалами (ЛКМ) в профессиональной среде. В последние десятилетия 2-компонентные полиуретановые (ПУ) системы удерживают статус абсолютного лидера по объему использования, опережая водные ЛКМ примерно на 40 % и УФ/ЭИ отверждаемые — на 50 %.

   В этой публикации мы поясним, на чем основано это лидерство, почему мы тоже работаем с 2-компонентными полиуретановыми системами, хотя есть варианты дешевле и проще в применении. Можете считать это нашим отзывом. Традиционно сначала о двухкомпонентном ПУ лаке для дерева как он есть.

2-компонентные полиуретановые лакокрасочные системы (лаки, грунтовки)

   Состав «классических» 2-компонентных полиуретановых лаков (грунтов) по основным видам компонентов принципиально не отличается от других лакокрасочных систем. Примерный состав смотрите ниже в таблице.

   Двухкомпонентные ПУ лакокрасочные системы поставляются в виде двух «самостоятельных» составов (А — основа (пленкообразователь) и Б — отвердитель), которые смешивают друг с другом непосредственно перед применением. Мы не хотели бы вдаваться в химию, но пару моментов считаем необходимым пояснить — это пригодится вам для оценки некоторых «маркетинговых ходов» производителей ЛКМ.

   После соединения компонентов полиуретановой лакокрасочной системы в объеме смеси происходит несколько химических реакций:

·         изоцианат и полиэфир = полиуретан;

·         изоцианат и амины = мочевина;

·         изоцианат и вода = углекислый газ и мочевина;

·         изоцианат и мочевина (уретан) = аллофанаты (карбоксиломочевины) и биурет (амид аллофановой кислоты).

   То есть для получения классического полиуретанового лакового покрытия для дерева вода является негативным фактором. Запомним, а пока вернемся к составным частям, это тоже пригодится.

   Как мы упоминали, самые распространенные пленкообразователи для 2К ПУ систем — полиэфиры и полиакрилаты. В таблице мы привели особенности ПУ лаков на их основе. 

   Для улучшения технологических свойств и качества готового покрытия в рецептуру двухкомпонентных полиуретановых лаков для дерева вводят композиционные пленкообразователи. Например, в системы на алифатических отвердителях можно вводить нитроцеллюлозу, но при добавлении в рецепты с ароматическими отвердителями получаются желтеющие со временем покрытия. Применяют также ПВА-ПВХ полимеры, поливинилбутираль, поливинилацетат.

   Мы уже сказали, что в качестве отвердителей в 2К ПУ ЛКМ могут использоваться ароматические и алифатические изоцианаты. Ароматические изоцианаты обеспечивают очень быстрое отверждение пленки и стоят несколько дешевле, но имеют неприятное свойство — покрытия малоустойчивы к УФ излучению и быстро желтеют на свету, что является сигналом их старения. Впрочем, внутри помещений это не особо критично. Алифатические изоцианаты обеспечивают достаточно медленное отверждение пленки, однако покрытия отличает высокая светостойкость.

   Особенности покрытий из двухкомпонентных полиуретановых лаков для дерева

   По эстетическим характеристикам покрытия из двухкомпонентных полиуретановых лаков для дерева превосходят все другие типы лакокрасочных систем, начиная с КИ и НЦ ЛКМ, заканчивая УФ/ЭИ отверждаемыми и водными. Благодаря разнообразию вариантов можно получать матовые покрытия с мягким переливом, которые принято называть визуально шелковистым или глянцевые с разной степенью блеска. А можно придавать древесине оттенки, добавляя в состав пигменты.

   Мы уже отмечали в публикации о безопасности лакокрасочных материалов для дерева, что безвредность лакокрасочного покрытия (ЛКП) определяется не только экологичностью исходного состава ЛКМ, но и эксплуатационными характеристиками готовой пленки. А по ним с двухкомпонентными полиуретановыми ЛКП могут сравниться разве что УФ отверждаемые.

   2-компонентные ПУ лаки для дерева отличаются долговечностью, стойкостью к абразивному износу, бытовым растворителям (воде, спиртам, растворам кислот и т.д.), перепадам температуры, огнестойкостью. Проще говоря, если вы прольете даже что-то агрессивное и горячее (разумеется, без фанатизма) на обработанное таким лаком изделие, ему ничего не будет. Покрытие не расползется, не помутнеет, не потрескается, не даст проникнуть раствору к древесине.

   Именно стойкость готовых покрытий сделала ПУ ЛКМ системы столь востребованными в среде профессионалов. Мы используем эти лаки «по бейцам (морилкам)» при изготовлении мебели и «столярки».

Технология нанесения и возможности двухкомпонентных полиуретановых лаков по дереву

   Полиуретановые двухкомпонентные лаки после смешивания наносят на обрабатываемую поверхность методом распыла. В идеале смешивание осуществляется прямо в головке пистолета-распылителя безвоздушной установки ВД. В реальности такой способ применяют при обработке древесины в промышленных масштабах. Для работ небольших объемов используют установки воздушного распыления.

   Идеальные условия для использования 2-компонентных ПУ ЛКМ — влажность воздуха не выше 50 %, температура не ниже 15 ° C и отсутствие пыли не только на обрабатываемой поверхности, но и в воздухе. Поэтому на выходе из компрессора ставят фильтры, очищающие воздух от пылевых частиц и отсекающие часть атмосферной влаги. Что будет, если оставить пыль, понятно. Если же работать при высокой влажности, можно получить в нанесенной пленке газовые пузырьки (изоцианат + вода = СО₂). Конечно, частично о них позаботятся аэраторы, но лишь частично.

   2-компонентные ПУ лаки по дереву весьма «гибкие» в плане получения нужных характеристик готового покрытия. Изменяя рецептуру, можно добиться повышенной химической, абразивной, влагостойкости или найти оптимальный баланс всех требуемых свойств. При этом необходимо помнить:

·         пигменты должны быть максимально сухими — вода не нужна;

·         нельзя использовать пигменты на основе цинка, свинца или других металлов, обладающих реакционной способностью к изоцианатам — снижается долговечность покрытия;

·         нельзя снижать долю отвердителя ниже минимально возможной — снижается адгезия пленки к поверхности, само покрытие получается «нежизнеспособным» (растрескивание);

·         период между нанесениями слоев ПУ лака (или грунтовки) должен составлять не более 24 часов — в противном случае потребуется дополнительная обработка предыдущего слоя;

·         нельзя превышать долю отвердителя выше максимально допустимой — покрытие тоже получается хрупким, кроме того (мы об этом уже писали в безопасности ЛКМ) растворитель не успевает в таких условиях испариться, и будет выделяться в атмосферу дольше;

·         помните (мы и об этом говорили), что отсутствие запаха не означает завершения процесса полимеризации ПУ и испарения всего растворителя. Для полиуретановых систем время полной готовности покрытия составляет порядка 7-10 суток.

   Интересный факт: стойкость к царапинам готового покрытия из ПУ лака по дереву во многом зависит от свойств подложки (обрабатываемой поверхности). Чем она тверже, тем устойчивее будет и лаковое покрытие.

   2К ПУ лакокрасочные системы обладают высокой степенью универсальности. Например, содержащиеся в древесине дубильные вещества, смолы и другие активные компоненты порой препятствуют процессам окрашивания, из-за чего возникают различного рода дефекты — отслойка покрытия, пятнистость и т.п. ПУ составы сами способны блокировать действие этих веществ.

   Эта же способность определяет тот факт, что именно полиуретановые грунтовки для дерева используют в качестве барьерных покрытий при необходимости «совместить несовместимое». Это лучший вариант, когда «ну очень надо» нанести поверх существующего слоя ЛКМ другой, который по определению несовместим с предыдущим слоем. Составы обладают прекрасной заполняющей способностью, «умеют» скрывать неровности, закрывать поры, и это делает ПУ грунтовки идеальным материалом для покрытия МДФ. Разумеется, с предварительным шпатлеванием поверхности (как правило, для этого используются ПЭ шпатлевки).

   Интересно то, что, благодаря возможности варьировать соотношение пленкообразователя и отвердителя в широких пределах, в разных макрорегионах подходят к использованию ПУ ЛКМ по-своему. Где-то предпочитают «классическую» схему покрытия, т.е. полиуретановый грунт для дерева + полиуретановый лак. А где-то упрощенную, т.е. ПУ лак используют сначала в качестве грунтовки, а затем его же — в качестве собственно лака. При соблюдении технологии обе вариации обеспечивают равнозначное качество покрытия.

Водный полиуретановый лак для дерева

Или «полиуретановый» не всегда полиуретановый 

   А теперь, наверное, самое интересное и неоднозначное: водный полиуретановый лак для дерева. Если вы помните, мы писали выше о нелюбви реакционной смеси ПУ к наличию даже большого количество пара в воздухе, не говоря уже о свободной влаге. И зададимся вопросом: как этот факт соотносится с имеющимися на рынке водоразбавляемыми полиуретановыми ЛКМ? Сказать по правде, мы надолго «зависли», ну не химики. И попытались развеять мрак.

   В работе мы сами неоднократно сталкивались с такими системами, и по факту они оказывались акриловыми (акрил-уретановыми). Таким образом, можно прийти к выводу, что отнесение многих водных ЛКМ к полиуретановым — всего лишь маркетинговый ход. А его источником послужило как раз то, что ПУ покрытия отличаются великолепными характеристиками. Но мы не остановились и просмотрели несколько научных работ на тему водных пенополиуретановых лаков. Делимся с вами результатами.

   Так называемые полиуретановые водоразбавляемые ЛКМ при ближайшем рассмотрении оказываются водными дисперсиями полиуретанмочевин или поли(акрил-уретанов). Чувствуете разницу? В классических органоразбавляемых 2-компонентных полиуретановых лакокрасочных системах побочные реакции изоцианатов являются нежелательными. А вот как происходит получение т.н. водных ПУ лаков.

   Производители жеманно заявляют, что получают устойчивые водные дисперсные системы с ПУ, удлиняя цепь полимера с уретановой группой. И может показаться, что это удлинение происходит за счет волшебного присоединения новых уретановых групп к первичной цепи. Но суть заключается в том, что изоцианаты реагируют с водой медленно, а с аминами быстро. В результате реакции изоцианат + амины получается… мочевина. То есть мы имеем дело не с классическим полиуретановым, а с полиуретанмочивинным лаком. И уже упомянутый второй вариант «полиуретановых водных лаков» — поли(акрил-уретан). «Поли» означает полимер, а вот то, что в скобках — состав полимерной цепочки.

   Впрочем, если полиуретанами считать все составы, в макромолекуле которых есть уретановая группа, то да, водные ПУ имеют место быть. Но это НЕ классические 2-компонентные ПУ лаки для дерева.

   Но это еще не все. Производители, представляя водные ПУ дисперсии, упирают на экологичность. И… вероятно, сильно лукавят, если не сказать больше. Мы снова напоминаем, что экологичность продукта оценивается на всем жизненном цикле, начиная с производства. И вот тут нас ждет сюрприз.

   В упомянутых работах указано, что предполимеры для полиуретановых водных дисперсий получают вполне себе классическим способом: синтезируют ПУ предполимер реакцией полиолов и полиизоционатов. Да-да, так же, как делаем мы в процессе лакирования древесины. А уже пото-о-о-ом «дробят» (диспергируют) предполимер в воде, удлиняя цепочки по реакции полиизоцианата с полиаминами в водной среде с получением полиуретан-мочевин.

   Разумеется, синтез предполимеров требует очень большого расхода тех самых органических растворителей, об отсутствии которых в водных полиуретановых лаках для дерева рапортуют производители. Самое интересное, что при использовании в синтезе в качестве растворителя того же N-метилпирролидона до 30 % его на самом деле остается в готовом продукте. А вот если используется метилэтилкетон или ацетон, то конечный продукт действительно получается высокой чистоты по органорастворителям — их удаляют возгонкой. В любом случае, экологичными в полном понимании этого слова такие ЛКМ назвать нельзя.

   Но да, некоторые из них безопаснее для человека во время нанесения на древесину и сушки. Еще один плюс, конечно, заключается в возможности правильно утилизировать отогнанные в процессе производитва водных ПУ ЛКМ органических растворителей. Последний момент безусловно важен.

   Что касается эксплуатационных свойств покрытий из двухкомпонентных полиуретановых лаков на водной основе, пока можно ориентироваться разве что на заявления производителей. У нас нет, к сожалению, достойных внимания положительных отзывов по подобным продуктам. Что касается поли(акрил-уретановых) составов, уверяем вас: классическая 2-компонентная ПУ система лучше. Пока что все водоразбавляемые (водные) ЛКМ уступают органоразбавляемым по характеристикам готового покрытия.