Polyharnstoff – Eigenschaften und Anwendungen
Polyharnstoff- Anfänge
Obwohl die Polyharnstoffe nach wie vor als moderne Stoffe anerkannt werden, sind sie schon fast seit 70 Jahren bekannt. Erstmals wurde der Stoff in Journal of Polymer Science im 1948 erwähnt.Dort wurden die Schmelzpunkte verschiedener Polymere, inklusive des gegenständlichen Stoffes, aufgestellt. Zwischen den Labortests und der ersten kommerziellen Anwendung des Polyharnstoffs sind mehr als 30 Jahre vergangen.. Die Entwicklung der reaktiven Einspritztechnik in den 1980er Jahren hat ermöglicht Automotivelemente herzustellen, wobei der Stoßstangenschutz von Pontiac Fiero das erste Element war. Polyharnstoff in Form von Beschichtung ist seit dem 1988 bekannt. Der Entwicklung dieser Technologie lag die Nachfrage nach lösungsmittelfreien Beschichtungen, die widerstandsfähig sind und sich zu Beschichtungen schnell verarbeiten lassen, zu Grunde. Im Jahre 1989 wurde die erste kommerzielle Beschichtung als hydro-dichte Dachisolierung im Spritzverfahren ausgeführt.
Wie das funktioniert?
Der Polyharnstoff entsteht durch Reaktion des Isocyantes und der Polyamine. Meistens verläuft der Prozess in zwei Schritten. Der erste Schritt findet normalerweise bei dem Produzenten statt und beruht auf Herstellung des Prepolymers, der reaktive Isocyanatgruppen hat. Der zweite Schritt erfolgt in der Verarbeitungsstätte und beruht auf Reaktion des Prepolimers mit der Mischung von Poliaminen, Füllstoffen und Additiven. Die allgemeine Formel der Reaktion ist nachstehend aufgeführt:
Die Polyharnstoffe unterscheiden sich von Polyurethanen je nach Art der funktionellen in die Reaktion mit Isocyanaten involvierten Gruppe. Bei dem Polyurethan ist es –OH und bei Polyharnstoffen –NH2 . Der Unterschied wirkt sich auf das Mechanismus der Reaktion wesentlich aus, das bei den Aminen schneller ist. Das aromatische Amin ist etwa 3-mal mehr reaktiv als die aliphatische Gruppe –OH. Und was noch wichtiger ist, reagieren die Aminogruppen mit dem Isozyanat wesentlich schneller als Wasser, sodass Polyharnstoffüberzüge während der Verarbeitung feuchtbeständig sind. Die Gelierzeit der ersten Systeme betrug etwa 2 Sekunden, und das Produkt war schon nach 10 Sekunden gehärtet. Heute sind die Systeme schon langsamer (mit der Gelierzeit von ca. 6 und Härtezeit von ca 15 Sekunden). Dadurch sind die Verlaufseigenschaften des Gemisches besser, was die Oberflächengüte der Beschichtung wesentlich beeinflusst. Der auf die Wasseroberfläche aufgetragene Polyharnstoff härtet ohne anzuschäumen und gibt einen dichten Überzug. Wird der Polyurethan aufgespritzt so bekommt man keine dichte und massive Beschichtung. Die in Folge der Reaktion von beiden oben angeführten funktionellen Gruppen mit Isozyanatgruppen entstandenen Systeme werden als Hybrid-Systeme bezeichnet. Wenn auch die Eigenschaften des Polyharnstoffes etwas besser ausfallen, so können sie durch Hybrid- Beschichtungen bei der Isolierung von weniger anspruchsvollen Elementen völlig ersetzt werden.
Aromatischer oder aliphatischer Polyharnstoff?
Wir unterscheiden zwischen zwei Hauptgruppen von Polyharnstoffen: aromatische und aliphatische Polyharnstoffe. Der Unterschied zwischen den beiden Gruppen besteht im Vorhandensein des aromatischen Ringes. Fehlt solcher Ring in der Polymerkette, so wird dadurch die Erhöhung der UV-Beständigkeit beeinflust. Darüber hinaus ist sie oft weniger hochtemperaturbeständig. Die Reaktivität von Gruppen in aliphatischen Verbindungen ist größer, was zur Folge hat, dass die Reaktion schneller verläuft. Auch der Preis kann hier ein wichtiger Aspekt sein- die Entscheidung über den Einsatz des aliphatischen Überzuges wird mit wesentlich höheren Kosten verbunden. In der nachstehenden Tabelle ist der Vergleich der anderen Eigenschaften aufgeführt.
Verarbeitung
Für die Beschichtung mit dem Polyharnstoff gilt ein 2k- Hochdruckaggregat als Grundausrüstung. Die folgenden Grundsätze sollen stets eingehalten werden, um einen Überzug in guter Qualität zu bekommen. Erstens soll das Aggregat den Druck von midenstens 160, und sogar wird 200 bar empfohlen, erzeugen. Zweitens, bei der Verarbeitung sind die beiden Komponenten bis auf ca. 70 ºC zu erwärmen.Bei der Temperataur ist die Viskosität der Komponenten niedrig, wodurch das Mischen in der Düse effektiver wird. Drittens, ist die Vorbereitung der Fläche für Spritzen ebenso wichtig wie die Parameter der Verarbeitung. Die Fläche muss von allen lockeren Partikeln frei sein. Bei der Stahlfläche ist Sandstrahlen anzuwenden. Bei der Beschichtung des Betons ist es wichtig die Eindringung der Feuchtigkeit von dem Untergrund mit einem Primer abzusperren, weil diese das Lösen der Beschichtung verursachen wird. Der vierte die Qualität der Isolierung beeinflussende Faktor ist die Überwachung der Umweltbedingungen. Während der Auftragung soll die Temperatur des Untergrundes mindestens um > 3 ºC höher als Taupunkt sein. Um ausführliche Informationen über den Polyharnstoff zu bekommen, bitte den Produzenten des Systems zu kontaktieren.
Eigenschaften
Der Polyharnstoff ist ein Elastomerwerkstoff, somit ist der Dehnungsparameter hier sehr hoch. Bei seiner Dehnbarkeit zeigt der Werkstoff eine hohe Zerreisfestigkeit auf. Die Härte des aromatischen Polyharnstoffes kann zwar für bestimmte Anwendungen unzureichend sein, aber hier bietet der aliphatische Überzug etwas mehr an. Die hervortragende Haftung auf vielen Stoffen ist auch erwähnenswert. Unter anderen Eigenschaften, die den Polyharnstoff von anderen gleichartigen Isolierstoffen deutlich unterscheiden, haben wir sehr gute Überbrückung von Rissen und auch Stoßbeständigkeit. Die genauen Werte für die Eckwerte sind in der Tabelle dargestellt:
Anwendungen
Schutz von Rohren – der Polyharnstoff eignet sich perfekt für den Schutz von Rohren und Rohrleitungen. Er schützt gegen Korrosion und äußere Faktoren. Er kann sowohl auf Stahluntergrund als auch auf Pur-Schaum, die thermische Isolierung der Rohrleiung sind, aufgetragen werden.
Brücken und Tunnel – die Möglichkeit sowohl Stahl als uch Beton zu isolieren sowie die hohe Haltbarkeit erlauben die Konstruktionen für mehrere Jahre, ohne Renovierung, gut abzusichern (aus den Prüfungen auf Älterungsbeständigkeit geht hervor, dass der Überzug seine Funktion sogar 30 Jahre lang erfüllen kann).
Schutz der Behälter – sowohl der neuen wie auch der Behälter nach Renovierung. Der Behälter kann innerhalb von 48 Stunden erneut zur Anwendung bereitgestellt werden. Er sichert sehr gute chemische und mechanische Beständigkeit.
Maritime Industie – hier bedeuten die Anwendungen nicht nur Schutz von Stahl und Laminaten: der Polyharnstoff wird oft für die Schalldämmung von Schiffskörpern und die Verkleidung der Laderäume benutzt.
Dachisolierung – mechanische Festigkeit, Nachhaltigkeit und schnelle Anwendung dazu führen, dass der Polyharnstoff bei bestimmten Anwendungen unverzichtbar ist. Die Systeme mit der größeren Fähigkeit die Sonneneinstrahlung zurückzuwerfen , welche z.B. die Lagerhallen vor einer Überwärmung schützen, verbreiten sich immer mehr.
Wasser- und Abwassersysteme – hier gibt es ein weites Spektrum von Anwendungen. Von Kanalabdeckungen, über Kläranlagen bis auf Systeme für Rohrleitungensanierung. Hier wichtig ist auch die Stillegung für kurze Zeit des jeweiligen Elementes. Eine wirklich interessante Technik bietet die grabenlose Kanalsanierung mit Polyharnstoff an.
Autoindustrie – am Anfang hatte man hier hauptsächlich Schutzschichten für Ladekasten, jetzt sind das korrosionsbeständige Beschichtungen für Fahrzeugaufbau oder bei den Geländewagen die Beschichtungen, welche gegen mechanische Beschädigungen schützen.
Natürlich sind das nur einige Beispiele für bestimmte Anwendungen. Zusätzlich, unter weniger populärer Anwendungen haben wir Isolierung von Aquarien, Sportbödensysteme, Isolierung von Fundamenten, Stahlmantel, Kugelsichere Gläser oder Schalen auf Lautsprechern.
