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噴涂聚脲彈性體技術與應用
發布時間：2014-08-09
摘要：對噴涂聚脲彈性體防水涂料的技術、性能及應用進行了闡述，包括聚脲產品的性能、發展歷程、應用領域、工程設計施工和前景展望等方面的內容。關鍵詞：噴涂聚脲；性能；應用
1 概述
噴涂聚脲彈性體技術是國外近十年來為適應環保需求而研制、開發的一種新型無溶劑、無污染的綠色施工技術，主要原料是端氨基聚氧化丙烯醚（端氨基聚醚）、液態胺擴鏈劑、顏料以及助劑組成的R組分和異氰酸酯與低聚物二元醇或三元醇反應制成的A組分。雙組分通過專用設備按照1：1的比例噴涂或者澆注成為聚脲彈性體。該材料快速反應成型、原料體系不含溶劑、固化速度快、工藝簡單，立面、曲面施工不流掛，廣泛應用于防腐、防水、地坪涂裝等工程中，是防腐防水領域的最佳選擇之一。
2 噴涂聚氨酯、聚氨酯聚脲、聚脲的區別
早期對噴涂聚氨酯、聚氨酯聚脲、聚脲的定義比較模糊，即將樹脂組分（簡稱R或B組分）中端氨基樹脂和端氨基擴鏈劑含量在80％以上的體系稱為聚脲，將R組分中端羥基樹脂和端羥基擴鏈劑含量在80％以上的體系稱為聚氨酯，介于兩者之間的稱聚氨酯聚脲或雜合體。
隨著噴涂聚脲彈性體（SPUA）技術的發展，三者的定義也越來越清晰。最近美國聚脲協會對噴涂聚氨酯、聚氨酯聚脲、聚脲的定義如下：
（1）噴涂聚氨酯 由異氰酸酯組分（A組分）與樹脂組分（R或B組分）反應生成的一種彈性體物質。異氰酸酯既可以是芳香族的，也可以是脂肪族的。其中A組分可以是單體、聚合體、異氰酸酯的衍生物、預聚物和半預聚物；預聚物和半預聚物是由端羥基化合物與異氰酸酯反應制得的。其中的R組分必須由石油端羥基樹脂（例如二元醇、三元醇、多羥基聚合物多元醇等）和端羥基（芳香族或脂肪族）擴鏈劑組成，在端羥基樹脂中，必須含有用于提高反應活性的催化劑。
（2）噴涂聚氨酯聚脲 也叫雜合物，它是由異氰酸酯組分（A組分）與樹脂組分（R組分）反應生成的一種彈性體物質。異氰酸酯既可以是芳香族的，也可以是脂肪族的。其中A組分可以是單體、聚合體、異氰酸酯的衍生物、預聚物和半預聚物；預聚物和半預聚物是由端氨基或端羥基化合物與異氰酸酯反應制得的。其中的R組分既可以是端羥基樹脂、也可以是由端氨基樹脂和端氨基擴鏈劑組成，在樹脂組成中，可以含有用于提高反應活性的催化劑。
（3）噴涂聚脲 是由異氰酸酯組分（A組分）與氨基化合物組分（R組分）反應生成的一種彈性體物質。異氰酸酯既可以是芳香族的，也可以是脂肪族的。其中A組分可以是單體、聚合體、異氰酸酯的衍生物、預聚物和半預聚物；預聚物和半預聚物是由端氨基或端羥基化合物與異氰酸酯反應制得的。其中的R組分必須是由端氨基樹脂和端氨基擴鏈劑組成，在端氨基樹脂中，不得含有任何羥基成分和催化劑，但可以含有便于顏料分散的助劑。
初期的噴涂聚氨酯彈性體（簡稱SPU）在施工時，體系容易與周圍環境中的水分、濕氣反應，產生二氧化碳，生成泡沫狀彈性體，造成材料力學性能不穩定；聚氨酯聚脲在樹脂組分中引人端氨基化合物，能有效地阻止異氰酸酯與水分、濕氣的反應，材料力學性能得到了很大的改善，但沒有從根本上解決體系的發泡問題；噴涂聚脲彈性體（簡稱SPUA）從根本上解決了困擾施工界的重大技術問題，得到了良好的發展。
3 噴涂聚脲彈性體技術的特點
（1）不含催化劑，快速固化，可在任意曲面、斜面及垂直面上噴涂成型，不產生流掛現象，5 s凝膠，1 min即可達到步行強度。
（2）對水分、濕氣不敏感，施工時不受環境溫度、濕氣的影響。
（3）100％固含量，不含任何揮發性有機物（VOC），對環境友好。
（4）可按1：1體積比進行噴涂或澆注，一次施工的厚度范圍可以從數百微米到數厘米，克服了以往多次施工的弊病。
（5）優異的理化性能，如拉伸強度、伸長率、柔韌性、耐磨性、耐老化、防腐蝕等。
（6）具有良好的熱穩定性，可在120℃下長期使用，承受150℃的短時熱沖擊。
（7）可以像普通涂料一樣，加入各種顏料、染料，制成不同顏色的產品。
（8）配方體系任意可調，手感從軟橡皮（邵爾A30）到硬彈性體（邵爾D65）。
（9）原型再現性好，涂層連續、致密、無接縫、無針孔，美觀實用。
（10）使用成套設備，施工方便，效率極高。
由此可見，SPUA技術是一種新型“萬能”涂裝技術，它集塑料、橡膠、涂料、玻璃等多種功能于一身，全面突破了傳統環保型涂裝技術的局限。
4 噴涂聚脲彈性體的主要性能
4．１ 力學性能
SPUA具有優異的力學性能，通過調節配方，可以達到：
（1）凝膠時間 5～30 s；
（2）拉伸強度 11．0～25．０ MPa；
（3）撕裂強度 30 kN／m；
（4）伸長率 40％～350％：
（5）硬度 邵A30～邵D65。
4．2 附著力
SPUA材料對鋼、鋁和混凝土等底材均有良好的附著力。當然，基材必須經過嚴格的工藝處理，否則附著力會受到嚴重影響。在混凝土上可達到2．2 MPa以上的附著力，鋼材9．8 MPa以上，鋁材4．5 MPa以上，木材3．5 MPa以上。
4．3 耐交變溫度性能
經過－35℃冷凍12 h后，迅速置人75℃烘箱加熱8 d，如此循環試驗25次，噴涂有SPUA材料的試驗板沒有開裂、分層、脫落等現象。該試驗證明，SPUA材料具有非常優異的彈性和低溫柔韌性。
4．4 耐交變壓力性能
采用SPUA技術，能夠對形狀復雜的泡沫芯材進行整體包覆，所形成的新型固體浮力材料，具有厚度均勻、外觀光滑、強度高、韌性好、耐疲勞變形、封閉性能突出等特點。
4．5 耐磨性能
SPUA具有優異的耐磨性，其耐磨性能是碳鋼的10倍，是環氧樹脂的3～5倍。
4．6 其他主要性能
SPUA材料具有非常優異的抗沖擊、抗疲勞破壞、耐水、耐疲勞沖擊、耐腐蝕性能，并且能夠在苛刻的海洋工作環境下，與鋼板有良好的附著力。
4．7 耐介質性能
SPUA材料致密、連續、無接縫，其干燥、固化過程中，完全依靠化學反應，而不會像以往油漆、涂料的干燥過程中，需要向空氣中揮發有機溶劑或者水分，因此就不會有針孔、氣泡、縮孔等缺陷產生，實際上也就杜絕了外界腐蝕介質入侵的途徑，所以防腐性能十分突出。同時，由于其優異的柔韌性，完全能夠抵御晝夜、四季環境溫度變化帶來的熱脹冷縮，不會產生開裂和脫落現象，使得SPUA材料表現出十分優異的耐化學介質性能（見表1），在材料保護領域具有廣泛的應用前景。
4．8 其它性能
聚脲彈性體的耐水、耐油性能也十分突出，其耐油性可與丁腈橡膠相媲美．戶外耐老化性能、耐核輻射性能、耐陰極剝離性能、耐低溫性能、耐海洋環境性能都很優異。
5 應用領域
5．l 防腐領域
廣泛應用于化工儲罐、儲罐圍堰、管道防腐、跨海大橋、海岸鋼結構等防腐工程，具有以下突出特點：
（1）固化快，立面連續噴涂不流淌；
（2）100％固含量，符合環保要求，特別適合各種結構的施工；
（3）耐介質性能十分突出，用途廣泛；
（4）附著力好，長期使用不脫落、不空鼓；
（5）耐紫外光老化，在戶外長期使用不粉化、不開裂。
5．2 建筑防水
a．屋面防水
從材料性能上看，SPUA的拉伸強度、使用壽命明顯優于防水涂料，拉伸強度等指標接近I類合成高分子卷材。從施工角度看，SPUA的優勢更加明顯。由于采用專用設備整體噴涂工藝，SPUA防水結構整體性好、無接縫，避免了卷材接縫可能造成的滲漏，施工效率也明顯提高；此外，該技術在生產、施工和使用過程中不使用溶劑，無有毒、有害物質釋放，有利于環境保護。因此，與現有高檔防水材料相比，SPUA技術性能更可靠、更高效、更環保。
b．防水保溫體系
早在1995年，美國屋面工程協會（NRCA）就根據大量的實際使用情況得出結論，防水保溫體系SPUA（噴涂聚脲彈性體）／SPUF（噴涂聚氨酯泡沫）復合結構是所有的防水保溫體系里面唯一長期有效的體系。這種新型結構有著顯著的優點：
（1）將防水和保溫技術有機地結合起來，簡化設計和施工，將傳統屋面保溫防水的找平、隔汽、保溫、防水、保護等五道工序簡化為底涂、保溫、防水三道工序。
（2）涂層連續、致密、無接縫，防水性能突出，大大提高了工程的質量。
（3）導熱率低，具有良好的隔熱性能。在相同厚度下，熱阻為傳統隔熱材料的10倍，可節約30％～40％的能源。
（4）施工速度快。單臺設備的日施工面積可達1 000
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