Nowe techniki pokryć integralnych pianek poliuretanowych

Prezentujemy omówienie jednej z konferencji, które odbyły się podczas ostatnich targów Plastpol w Kielcach. Konferencja "Postęp w przetwórstwie tworzyw polimerowych" została zorganizowana przez była zorganizowana przez Instytut Inżynierii Materiałów Polimerowych i Barwników. Jej pracownicy Marzena Nowicka - Nowak oraz Helena Kuczyńska omówiły nowe techniki pokryć integralnych pianek poliuretanowych.

Poliuretany (PUR) to polimery powstające w wyniku addycyjnej polimeryzacji wielofunkcyjnych izocyjanianów do amin i alkoholi. Zawierają w łańcuchach głównych ugrupowania uretanowe. Surowcami do otrzymywania pianek PUR są izocyjaniany - prawie wyłącznie aromatyczne, oligomery z grupami hydroksylowymi oraz środki porotwórcze. Jeśli chodzi natomiast o podział pianek ze względu na wzajemny stosunek i rodzaj użytych komponentów, to kształtuje się następująco: pianki miękkie (elastyczne) o małej gęstości usieciowania, pianki półsztywne (półelastyczne) o pośredniej gęstości usieciowania, pianki twarde (sztywne) o dużej gęstości usieciowania oraz pianki integralne (strukturalne).

Ostatnie z wymienionych, czyli pianki integralne są tworzywami składającymi się z zagęszczonej litej powłoki zewnętrznej tzw. naskórka o dużej wytrzymałości mechanicznej i porowatego rdzenia.

Jeśli chodzi o instalację służącą do wytwarzania pianek poliuretanowych, to pianki tego typu są otrzymywane w wysokociśnieniowym urządzeniu w procesie mieszania, a następnie w procesie spieniania mieszaniny polioli oraz izocyjanianów przy współudziale środków poroforowych i aktywatorów.

Kolejnym etapem jest malowanie tworzyw sztucznych.

Powierzchnię tworzyw sztucznych pokrywa się organicznymi systemami powłokowymi w celu uzyskania wymaganych właściwości użytkowych. Te właściwości to: odporność chemiczna, odporność na działanie warunków atmosferycznych, zwiększenie odporności na ścieranie i zarysowanie oraz zabezpieczenie przed migracją plastyfikatorów zawartych w tworzywie sztucznym.

W tym zakresie dokłada się również wszelkich starań, tak aby uzyskać pożądane walory dekoracyjne, m.in.: otrzymanie barwy, która nie jest możliwa do osiągnięcia poprzez barwienie tworzywa; nadawanie wymaganych i specyficznych właściwości powierzchni tworzywa np. antystatycznych; pokrycie drobnych wad powierzchni tworzywa; nadanie efektów dekoracyjnych, np. specjalnej struktury, wysokiego połysku; nadanie efektu tzw. "miękkiego dotyku" (soft-feel); konieczność renowacji powierzchni, czy wreszcie chęć zmiany dotychczasowej kolorystyki.

W tym miejscu warto bliżej przyjrzeć się technice nakładania farb metodą IMC ("in-mould coating"). Jest to technika malowania elementów, które są otrzymywane metodą wtryskiwania bezpośrednio w formach elementów. Obejmuje kilka następujących po sobie faz: natrysk farby bezpośrednio na powierzchnię formy, wytworzenie powłoki po krótkim czasie, zamknięcie formy, wprowadzenie systemu poliuretanowego z dodatkiem środków spieniających, otwarcie formy po wymaganym czasie, wyjęcie pomalowanego elementu z formy.

Jednym z głównych powodów, dla którego technologia ta stają się coraz popularniejsza jest rosnące zapotrzebowanie na produkty wielofunkcyjne oraz dekoracyjne.

Przykładem wykorzystania pianki poliuretanowej są choćby materace chirurgiczne z pianki PUR z trwałą powłoką antystatyczną . Są one otrzymywane z integralnej pianki poliuretanowej, która składa się ze spienionego rdzenia i litej warstwy wierzchniej. Cel stosowania tego pokrycia to zabezpieczanie przed gromadzeniem się na powierzchni ładunków elektryczności statycznej poprzez zastosowanie wysokojakościowego i specjalistycznego wyrobu lakierowego.

Farba antystatyczna spełnia wymagania dotyczące produkcji i stosowania materacy chirurgicznych wykonanych z integralnej pianki poliuretanowej. Zapewnia również uzyskanie właściwości aplikacyjnych oraz parametrów w zakresie wytrzymałości mechanicznej, odporności chemicznej i antystatyczności.

Należy też pamiętać o zagrożeniach związanych z występowaniem elektryczności statycznej. Chodzi tu głownie o niebezpieczeństwo wybuchu i pożaru przy wytwarzaniu, przetwarzaniu, gromadzeniu i gospodarce cieczami palnymi, gazami oraz materiałami sypkimi i włóknami np. w szpitalach na salach operacyjnych i w laboratoriach. Dzieje się to wszystko ze względu na zastosowanie i używanie materiałów oraz przedmiotów wykonanych z tworzyw sztucznych i gumy, materiałów niehigroskopijnych i łatwo elektryzujących się. Zagrożenie, o którym mowa rośnie przy niskiej wilgotności względnej w pomieszczeniu, a także wtedy gdy powietrze jest zjonizowane przez lampy bakteriobójcze i zawiera opary środków dezynfekujących.

Rozwiązaniem mogą być Pianki poliuretanowe z trwałą powłoką antystatyczną. Otrzymywanie powłoki antystatycznej odbywa się tu w procesie IMC. Na wewnętrzne powierzchnie formy nakłada się metodą natrysku pneumatycznego równomierną warstewkę antystatycznej farby.

Zalety takiej farby antystatycznej są bardzo szerokie. Wymienić trzeba tu wysoki stopień rezystywności powierzchniowej powłoki, odporność na alkoholowe środki dezynfekcyjne, elastyczność, odporność na promieniowanie UV, brak oddziaływań alergicznych i drażniących na człowieka, wysoką zawartość części stałych ograniczającą o 25 proc. emisję lotnych związków organicznych przy jej aplikacji.

Podsumowując należy przyznać, że stosowanie technologii nanoszenia opracowanej farby pozwala na wytwarzanie wyrobów i elementów dotychczas wykonywanych metodą obszywania. Możliwe jest też zmniejszenie emisji lotnych substancji organicznych (VOC oraz kosztów ponoszonych przez jednostki służby zdrowia na środki dezynfekcyjne w wyniku możliwości stosowania do dezynfekcji tańszych preparatów alkoholowych.

Jak przyznano podczas konferencji zastosowanie w opracowanej farbie antystatycznej specjalnie dobranych składników pozwoliło na uzyskanie wyjątkowej kompozycji łączącej dobre właściwości antystatyczne z wytrzymałością mechaniczną i odpornością chemiczną.

Instytut Inżynierii Materiałów Polimerowych i Barwników to dawny Instytut Przetwórstwa Tworzyw Sztucznych Metalchem. Przedmiotem jego funkcjonowania są badania naukowe, ekspertyzy, opinie oraz opracowywanie technologii i jej wdrażanie. Zakres działalności to m.in. inżynieria i technologia wytwarzania, przetwarzania i stosowania materiałów polimerowych, żywic, farb i barwników, a także konstruowanie maszyn, urządzeń i linii technologicznych do wytwarzania materiałów polimerowych, żywic, farb i lakierów.