喷涂聚脲弹性体技术与应用

1 概述

喷涂聚脲弹性体技术是国外近十年来为适应环保需求而研制、开发的一种新型无溶剂、无污染的绿色施工技术，主要原料是端氨基聚氧化丙烯醚（端氨基聚醚）、液态胺扩链剂、颜料以及助剂组成的R组分和异氰酸酯与低聚物二元醇或三元醇反应制成的A组分。双组分通过专用设备按照1：1的比例喷涂或者浇注成为聚脲弹性体。该材料快速反应成型、原料体系不含溶剂、固化速度快、工艺简单，立面、曲面施工不流挂，广泛应用于防腐、防水、地坪涂装等工程中，是防腐防水领域的最佳选择之一。

2 喷涂聚氨酯、聚氨酯聚脲、聚脲的区别

早期对喷涂聚氨酯、聚氨酯聚脲、聚脲的定义比较模糊，即将树脂组分（简称R或B组分）中端氨基树脂和端氨基扩链剂含量在80％以上的体系称为聚脲，将R组分中端羟基树脂和端羟基扩链剂含量在80％以上的体系称为聚氨酯，介于两者之间的称聚氨酯聚脲或杂合体。

随着喷涂聚脲弹性体（SPUA）技术的发展，三者的定义也越来越清晰。最近美国聚脲协会对喷涂聚氨酯、聚氨酯聚脲、聚脲的定义如下：

（1）喷涂聚氨酯　由异氰酸酯组分（A组分）与树脂组分（R或B组分）反应生成的一种弹性体物质。异氰酸酯既可以是芳香族的，也可以是脂肪族的。其中A组分可以是单体、聚合体、异氰酸酯的衍生物、预聚物和半预聚物；预聚物和半预聚物是由端羟基化合物与异氰酸酯反应制得的。其中的R组分必须由石油端羟基树脂（例如二元醇、三元醇、多羟基聚合物多元醇等）和端羟基（芳香族或脂肪族）扩链剂组成，在端羟基树脂中，必须含有用于提高反应活性的催化剂。

（2）喷涂聚氨酯聚脲　也叫杂合物，它是由异氰酸酯组分（A组分）与树脂组分（R组分）反应生成的一种弹性体物质。异氰酸酯既可以是芳香族的，也可以是脂肪族的。其中A组分可以是单体、聚合体、异氰酸酯的衍生物、预聚物和半预聚物；预聚物和半预聚物是由端氨基或端羟基化合物与异氰酸酯反应制得的。其中的R组分既可以是端羟基树脂、也可以是由端氨基树脂和端氨基扩链剂组成，在树脂组成中，可以含有用于提高反应活性的催化剂。

（3）喷涂聚脲　是由异氰酸酯组分（A组分）与氨基化合物组分（R组分）反应生成的一种弹性体物质。异氰酸酯既可以是芳香族的，也可以是脂肪族的。其中A组分可以是单体、聚合体、异氰酸酯的衍生物、预聚物和半预聚物；预聚物和半预聚物是由端氨基或端羟基化合物与异氰酸酯反应制得的。其中的R组分必须是由端氨基树脂和端氨基扩链剂组成，在端氨基树脂中，不得含有任何羟基成分和催化剂，但可以含有便于颜料分散的助剂。

初期的喷涂聚氨酯弹性体（简称SPU）在施工时，体系容易与周围环境中的水分、湿气反应，产生二氧化碳，生成泡沫状弹性体，造成材料力学性能不稳定；聚氨酯聚脲在树脂组分中引人端氨基化合物，能有效地阻止异氰酸酯与水分、湿气的反应，材料力学性能得到了很大的改善，但没有从根本上解决体系的发泡问题；喷涂聚脲弹性体（简称SPUA）从根本上解决了困扰施工界的重大技术问题，得到了良好的发展。

3 喷涂聚脲弹性体技术的特点

（1）不含催化剂，快速固化，可在任意曲面、斜面及垂直面上喷涂成型，不产生流挂现象，5 s凝胶，1 min即可达到步行强度。

（2）对水分、湿气不敏感，施工时不受环境温度、湿气的影响。

（3）100％固含量，不含任何挥发性有机物（VOC），对环境友好。

（4）可按1：1体积比进行喷涂或浇注，一次施工的厚度范围可以从数百微米到数厘米，克服了以往多次施工的弊病。

（5）优异的理化性能，如拉伸强度、伸长率、柔韧性、耐磨性、耐老化、防腐蚀等。

（6）具有良好的热稳定性，可在120℃下长期使用，承受150℃的短时热冲击。

（7）可以像普通涂料一样，加入各种颜料、染料，制成不同颜色的产品。

（8）配方体系任意可调，手感从软橡皮（邵尔A30）到硬弹性体（邵尔D65）。

（9）原型再现性好，涂层连续、致密、无接缝、无针孔，美观实用。

（10）使用成套设备，施工方便，效率极高。

由此可见，SPUA技术是一种新型“万能”涂装技术，它集塑料、橡胶、涂料、玻璃等多种功能于一身，全面突破了传统环保型涂装技术的局限。

4 喷涂聚脲弹性体的主要性能

4．１ 力学性能

SPUA具有优异的力学性能，通过调节配方，可以达到：

（1）凝胶时间  5～30 s；

（2）拉伸强度 11．0～25．０ MPa；

（3）撕裂强度 30 kN／m；

（4）伸长率  40％～350％：

（5）硬度     邵A30～邵D65。

4．2 附着力

SPUA材料对钢、铝和混凝土等底材均有良好的附着力。当然，基材必须经过严格的工艺处理，否则附着力会受到严重影响。在混凝土上可达到2．2 MPa以上的附着力，钢材9．8 MPa以上，铝材4．5 MPa以上，木材3．5 MPa以上。

4．3 耐交变温度性能

经过－35℃冷冻12 h后，迅速置人75℃烘箱加热8 d，如此循环试验25次，喷涂有SPUA材料的试验板没有开裂、分层、脱落等现象。该试验证明，SPUA材料具有非常优异的弹性和低温柔韧性。

4．4 耐交变压力性能

采用SPUA技术，能够对形状复杂的泡沫芯材进行整体包覆，所形成的新型固体浮力材料，具有厚度均匀、外观光滑、强度高、韧性好、耐疲劳变形、封闭性能突出等特点。

4．5 耐磨性能

SPUA具有优异的耐磨性，其耐磨性能是碳钢的10倍，是环氧树脂的3～5倍。

4．6 其他主要性能

SPUA材料具有非常优异的抗冲击、抗疲劳破坏、耐水、耐疲劳冲击、耐腐蚀性能，并且能够在苛刻的海洋工作环境下，与钢板有良好的附着力。

4．7 耐介质性能

SPUA材料致密、连续、无接缝，其干燥、固化过程中，完全依靠化学反应，而不会像以往油漆、涂料的干燥过程中，需要向空气中挥发有机溶剂或者水分，因此就不会有针孔、气泡、缩孔等缺陷产生，实际上也就杜绝了外界腐蚀介质入侵的途径，所以防腐性能十分突出。同时，由于其优异的柔韧性，完全能够抵御昼夜、四季环境温度变化带来的热胀冷缩，不会产生开裂和脱落现象，使得SPUA材料表现出十分优异的耐化学介质性能（见表1），在材料保护领域具有广泛的应用前景。

表１SPUA耐化学介质性能试验结果

介质名称		浸泡结果	介质名称		浸泡结果
盐溶液	饱和盐水（130 000mg/L）	良好	有机溶剂	苯	变色,发泡
	硝酸铵	良好		甲苯	变色,发泡
	氯化钠	良好		二甲苯	良好,轻微变色
	磷酸钠	良好		正己烷	良好
	过磷酸钠	良好		异丙醇	良好
酸溶液	乙酸（10%）	良好		丙酮	变色,发泡
	醋（乙酸）	良好		三氯乙烷	变色,发泡
	盐酸（5%,10%）	良好		甲醇	变色,发泡
	硝酸（20%）	变色,发脆		丙烷	轻微起皱
	硫酸（5%,10%,20%）	良好		二甲基甲酰胺	变色,发脆
	硫酸（50%）	变色,发脆	其它溶剂	汽油	良好
	磷酸（10%）	良好		柴油	良好
	磷酸（50%）	变色,发脆		矿物油	良好
	氢氟酸	变色,发脆		液压油	良好
	柠檬酸	良好		防冻液（50%乙醇）	良好
	乳酸	良好,轻微变色		马达油	良好,轻微变色
	氯（在水中的浓度仅为2000mg/L）	轻微发脆		化肥	良好
碱溶液	氢氧化钠（5%,10%,20%）	良好		硬脂酸	良好
	氢氧化钠（50%）	良好,轻微变色		水	良好
	氢氧化钾（10%）	良好		铬酸砷（工作溶剂）	良好
	氢氧化钾（20%）	良好,轻微变色
	氨水（20%）	良好

4．8 其它性能

聚脲弹性体的耐水、耐油性能也十分突出，其耐油性可与丁腈橡胶相媲美．户外耐老化性能、耐核辐射性能、耐阴极剥离性能、耐低温性能、耐海洋环境性能都很优异。

5 应用领域

5．l 防腐领域

广泛应用于化工储罐、储罐围堰、管道防腐、跨海大桥、海岸钢结构等防腐工程，具有以下突出特点：

（1）固化快，立面连续喷涂不流淌；

（2）100％固含量，符合环保要求，特别适合各种结构的施工；

（3）耐介质性能十分突出，用途广泛；

（4）附着力好，长期使用不脱落、不空鼓；

（5）耐紫外光老化，在户外长期使用不粉化、不开裂。

5．2 建筑防水

a．屋面防水

从材料性能上看，SPUA的拉伸强度、使用寿命明显优于防水涂料，拉伸强度等指标接近I类合成高分子卷材。从施工角度看，SPUA的优势更加明显。由于采用专用设备整体喷涂工艺，SPUA防水结构整体性好、无接缝，避免了卷材接缝可能造成的渗漏，施工效率也明显提高；此外，该技术在生产、施工和使用过程中不使用溶剂，无有毒、有害物质释放，有利于环境保护。因此，与现有高档防水材料相比，SPUA技术性能更可靠、更高效、更环保。

b．防水保温体系

早在1995年，美国屋面工程协会（NRCA）就根据大量的实际使用情况得出结论，防水保温体系SPUA（喷涂聚脲弹性体）／SPUF（喷涂聚氨酯泡沫）复合结构是所有的防水保温体系里面唯一长期有效的体系。这种新型结构有着显著的优点：

（1）将防水和保温技术有机地结合起来，简化设计和施工，将传统屋面保温防水的找平、隔汽、保温、防水、保护等五道工序简化为底涂、保温、防水三道工序。

（2）涂层连续、致密、无接缝，防水性能突出，大大提高了工程的质量。

（3）导热率低，具有良好的隔热性能。在相同厚度下，热阻为传统隔热材料的10倍，可节约30％～40％的能源。

（4）施工速度快。单台设备的日施工面积可达1 000 ㎡，最大限度地减少了天气对工程进度的影响。

（5）材料柔韧性好，强度高，耐老化性能突出，使用寿命20～30 a。

（6）材料整体密度小、质量轻，在旧建筑物屋顶施工时，不需要把以前的防水层去掉，节省了由此产生的大量费用。

（7）附着力好，不存在一般卷材易于底材脱开翘起的问题，也不存在一般防水涂料易流挂、厚度不匀的问题。

（8）在施工和使用过程中，均无毒、无污染，被誉为“绿色材料、绿色技术”。

c．隧道防水

聚脲具有耐腐蚀、耐老化、附着力好、可低温施工且强度高、伸长率好、无接缝、不透水、施工快等优点，比传统的防水材料更适合在隧道等高难度工程中应用。著名的美国波士顿地铁隧道和中国香港地铁均使用了聚脲作为防水层。

5．3 工业地坪

作为地坪涂料可以在现场施工成型，具有经久耐用、防尘、防腐、装饰性强并易于维修等特点，克服了传统高级工业地坪环氧树脂体系柔韧性差、防滑性差、易粉化、施工速度慢等缺点。

6 前景展望

SPUA技术将聚氨酯反应注射成型（RIM）技术的优点和喷涂技术现场施工的特点有机地结合起来，使弹性体涂层的成型技术扩展到了一个全新的领域，极大地丰富了聚氨酯类材料在我国高性能施工领域的应用。

在我国，开发的SPUA系列材料已在青岛、烟台、北京、大连、上海、西安、广州、南京、无锡等城市和地区成功运用，特别是在中国大剧院、2008奥运工程的运动场馆等国家大型工程中的成功使用，对SPUA材料的推广，起到了推波助澜的作用。

SPUA技术在我国的研究和成功应用，无疑将带动我国新型涂层材料和涂装技术的迅速发展，将我国的高性能施工技术推上一个新台阶。SPUA技术广泛应用于长距离输送油（气、水）管道、跨海大桥、储罐围堰、屋面防水、垃圾填埋、影视道具以及军事工业等领域，取得了非常好的防护效果和经济、社会、环境效益，我们相信，SPUA技术必将为我国国民经济和国防建设做出巨大的贡献！

TC

学习了谢谢资料很好

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