Изоцианаты и полиизоцианатные отвердители: свойства и особенности

Отвердитель — химическое соединение, добавляемое к покрасочным материалам, которое преобразует краску в нерастворимый и неплавкий продукт. Отвердители обеспечивают корректное застывание и отверждение покрытий и материалов за счет упорядочивания молекулярных структур.  Вливаясь в структуру материала, оно наделяет ее стабильными свойствами. С добавлением отвердителя ЛКМ становятся устойчивыми к воздействию солнечных лучей, повышают износостойкость и срок службы, максимально быстро засыхают, в некоторых случаях приобретают глянцевый блеск и уже не требуют применения лака.

Одну из самых крупных и химически сложных групп отвердителей широкого и специального назначения производят на основе изоцианатов. Об этом мы и расскажем. Что такое изоцианаты? Изоцианаты — это ненасыщенные низкомолекулярные органические соединения, которые входят в состав промышленных материалов, известных под названием «полиуретаны», и применяются для их производства. Как правило, вторым компонентом реакции полимеризации служат диолы или полиолы, они же многоатомные спирты. Изоцианаты образуют группу нейтральных производных от первичных аминов с общей формулой R—N=C=O. В ней R может означать радикалы: алкил- (Alk), арил- (Ar), гетерил- (или остаток гетероароматических соединений). Соответственно различают алкилизоцианаты, арилизоцианаты и гетерилизоцианаты. Также применяются более редкие соединения: ацилизоцианаты вида R-C(O)N=C=О, сульфонилизоцианаты с формулой R-SO2N=C=O, а также элементоорганические изоцианаты, имеющие в составе атомы кремния, германия, фосфора и т.д., например (CH3)-3SiN=C=О. Изоцианатная группа обладает специфическим строением, которое с одной стороны полярно, с другой — линейно.

Длина двойной химической связи C=N равна 0,119 нанометра, а С=О — 0,118 нанометра. В инфракрасном диапазоне спектра все изоцианаты имеют отличительное светопоглощение в области от 2250 до 2270 см-1 (около 4,44 мкм), в ультрафиолетовом диапазоне – в области от 220 до 250 нанометра. Изоцианаты самопроизвольно вступают в реакцию с соединениями, содержащими активные атомы водорода, которые мигрируют к азоту. Соединения, в состав которых входят гидроксильные группы, самопроизвольно образуют сложные эфиры замещенной диоксида углерода или уретаны. Чаще всего в промышленности используются такие соединения: 2,4-толуилендиизоцианат; 2,6-толуилендиизоцианат; дифенилметан 4,4-диизоцианат (2,4-TDI); гексаметиленовый диизоцианат (2,6-TDI); Два первых наиболее востребованы, используются как смесь в соотношении 80:20 либо 65:35. Их производят за счет реакции конденсации анилина и формальдегида с участием кислотных катализаторов.

Изоцианат при нормальных условиях в зависимости от химических особенностей может быть как жидкостью, так и твердым веществом с низкой температурой плавления. В нашей индустрии это чаще всего жидкости со значительной вязкостью. При температуре +24 градусов этот показатель составляет от 150 до 250 Па*с. Цвет массы темный, коричневый, запах выраженный, довольно специфический. Вещества совершенно не растворяются в воде. Они могут содержать примеси других составов: кислот, соединений железа. Для хранения применяют бочки из металла, но стоит помнить, что изоцианаты вызывают коррозию алюминия, меди и ее сплавов. Оптимальная температура для переработки вещества +20…+25 градусов. Хранение допускается при +10-30 градусов. Важно защищать вещество от попадания влаги, иначе оно потеряет свои свойства, образует твердый осадок, поэтому емкости должны быть герметичными. Изоцианаты — горючие соединения.

В зависимости от сферы применения и химических свойств, изоцианаты (MDI) подразделяют на такие группы: чистый (мономерный кристаллический) MDI. Применяются для получения эластомерных волокнистых материалов, адгезивов, герметиков и термопластов; модифицированные полимерные MDI. Эти соединения используются при изготовлении пенополиуретана (ППУ) с микропорами, при получении изделий способом литья; жидкие полиизоцианаты купить. Востребованы при получении жестких ППУ, для формирования напольных покрытий; MDI высокой очистки. Они очень вязкие, используются для получения очень жесткой пены ППУ, которая обладает огнеупорными свойствами. Для получения материалов имеет большое значение степень чистоты компонента и его концентрация в смеси.

Чем больше в состав вводится изоцианатов, тем более жестким и плотными будет покрытие или материал. ППУ, полученный на основе изоцианатов, имеет заметные преимущества: значительная тепло-и звукоизоляция; легкость материала; устойчивость к воздействию влаги; возможность получения бесшовного покрытия; быстрый и удобный метод нанесения; длительный срок службы; адгезия с разными поверхностями; универсальность. При помощи жесткого ППУ выполняют утепление холодильных камер, жилых, промышленных и административных объектов, изоляцию трубопроводов. Пенополиуретан применяется для изготовления сэндвич-панелей, которые используются для обшивки быстровозводимых зданий. Кроме получения ППУ, изоцианаты применяются для: производства клеев для соединения вискозы, резиновых или нейлоновых элементов; изготовления полиуретановых лакокрасочных покрытий; покрытия цистерн, емкостей, труб; выполнять отделку напольных покрытий; смешивания отдельных видов бетона; изготовления древесных материалов — МДФ, ХДФ; производства искусственной кожи, искусственной древесины; изготовления автомобильных фильтров; синтеза пестицидов.

Получаемый с применением изоцианатов полиуретановый клей достаточно востребован. Его используют при формировании покрытий из резиновой крошки, которыми оформляют детские и спортивные площадки. Такие составы не боятся ультрафиолета, выдерживают влияние температуры от -50 до +80 градусов, отличаются высокой адгезией к различным поверхностям: металлу, тканям, дереву, пластику, стеклу. Изоцианаты можно использовать как компонент клеевых составов на основе каучука или полиуретана, а в некоторых случаях в чистом виде. Еще одно важное направление применения изоцианатов — получение герметиков. За счет своей эластичности и прочности такие средства используются в строительстве и при ремонтах, в автомобилестроении и авиации.