聚氨酯喷涂聚脲工程质量问题浅析

阐明了低劣的原料品质和缺乏专业的施工技术是聚脲工程质量事故多发的两大主要原因；并对聚脲A组分必须是异氰酸酯预聚体而非单体、预聚的复杂性和重要性等试加说明。
关键词：聚脲定义；预聚体；聚氨酯；施工技术

摘要：阐明了低劣的原料品质和缺乏专业的施工技术是聚脲工程质量事故多发的两大主要原因；并对聚脲A组分必须是异氰酸酯预聚体而非单体、预聚的复杂性和重要性等试加说明。
关键词：聚脲定义；预聚体；聚氨酯；施工技术


0前言
喷涂聚脲作为一种卓越的新颖涂膜材料及工程技术，已引起人们的普遍关注并获得日益广泛的应用。与此同时，聚脲工程也正面临诸多问题，突出反映在2个方面：一是质量事故多。据我们初步调查和统计，质量问题工程所占比例之高颇为罕见；二是质量差距大。部分聚脲工程施工稳定．使用良好，但为数不少的工程却在施工中频频发生各种质量事故、即使勉强投入使用，也很快会出现气泡、开裂、泛锈甚至整体脱落等严重问题。就如高铁这样的重大工程，实际上也明显存在较多质量隐患，这就不能不引起重视。  


1喷涂聚脲质量事故原因
我们对喷涂聚脲工程的应用及质量事故进行调查统计己有多年，其中虽不排除个别属环境适用性问题，但聚脲原材料的品质差和施工技术低下仍是造成事故的2个主要原因。
1．1喷涂聚脲原料品质的影响
原料质量问题是导致喷涂聚脲工程质量事故的重要原因，其中尤以使用部分国产原料的问题工程所占比例为高，这足不争的事实近几年来，受业主委托，我公司就承建了多个仅经短期使用就需完全清除重做的类似工程。
部分国产料的主要问题是质量不稳定、成膜强度低、表观粗糙、对施工环境（例如低温、相对潮湿）适应性差、易产生气泡、喷涂时刺激性气味大等等。
1．2喷涂聚脲施工技术的重要性
虽然，喷涂聚脲技术是比较特殊的新工艺；但仍需以可靠的涂装技术为基础。有些工程事故完全属缺乏基本涂装技术所致。例如我们受委托为之彻底重做的一个聚脲工程，原本要求喷涂1．5 mm，但剥离后发现薄处在0．5 mm以下，厚处高达4mm以上，甚至局部涂层的底层由粘性和脆性等多种材料堆积粘连，总厚度达6 mm，厚度差高达l0倍，施工技术素质之低下显而易见。
另外，喷涂聚脲毕竟有其非常特殊的技术要求，如气温对物料平衡的影响、基层状态的特殊要求、原料质量识别、对一些工艺参数的准确控制等，仅有传统的涂装技术还远远不够，这就是一些专业防水单位同样做不好喷涂聚脲工程的重要原因。


2喷涂聚脲原料的质量问题
2．1区别聚脲和聚氨酯
聚氨酯是一个已有几十年历史的老产品，由于聚氨酯化学的复杂性，赋予了聚氨酯产品的多样性，有人称聚氨酯是一种“可以缝制的高分子材料”。但因此也给一些厂商提供了炒作的空间，例如在产品命名上标新立异已是司空见惯，现在聚脲又有了以不同形式被裹挟其中的倾向。
聚脲可谓是一种特殊的聚氨酯，但聚氨酯不是聚脲。受喷涂聚脲商机和利益的驱使，一些似是而非的产品，在命名上尽量与“聚脲”扯上关系，或冠以“纯聚脲”之名的劣质产品等，正以貌似的价格优势拥向市场，而对聚脲定位的有意无意地模糊化，也给一些厂商提供了更多方便，结果将导致聚脲品质标准、价格定位等方面的市场混乱，并最终损害用户利益。针对聚脲市场的这些不良动向，我们有必要试就区别聚脲和聚氨酯的必要性进行一些探讨。
聚氨酯是聚氨基甲酸酯的简称，是异氰酸酯（R—NCO）与带有活性氢原子化合物反应的产物，重要的基本化学反应如下：
与有机胺类化合物（R—NH[sub]2[/sub]）反应生成脲类化合物：
R—NCO＋R′—NH[sub]2[/sub]—→RNHCONHR′
与羟基化合物（R—OH）反应生成氨基甲酸酯：
R—NCO＋R′—OH—→RNHCOOR′
与氨基甲酸酯进一步反应生成脲基甲酸酯：
R－NCO十RNHCOO R′—→RNHCOOR′
｜
CONHR
在一定条件下与脲基化合物反应生成缩二脲：
R′—NCO＋RNHCONHR —→ R′NCONH
｜
CONHR
与酰胺基化合物（R—CO NH[sub]2[/sub]）反应生成酰基脲：
R—NC0＋R′—CO NH[sub]2[/sub]—→ R NHCONHCO R′
与硫醇基化合物（R—SH）反应生成硫代氨基甲酸酯：
R—NC0＋R′—SH—→RI＼HCOS R′
与水（H[sub]2[/sub]O）反应生成脲基化合物：
R′－NCO＋H[sub]2[/sub]O —→ RNHCOOH —→ RNH[sub]2[/sub]＋C0[sub]2[/sub]↑
R′－NCO十RN’H[sub]2[/sub]＋ R′NHCONHR
与其他胺基化合物（如联胺）反应生成相应的脲基化合物：
R—NCO＋H2N—NH R′—→RNHCONHNH R′
此外异氰酸酯的重要反应还有其自身的二聚和三聚反应等。
从聚氨酯的基本化学反应可见，不同条件下聚氨酯形成过程中包含较多的成脲基反应或含脲基产物，但只要产物是以连续氨酯键为主要结构特征，它就只是聚氨酯的不同产品，而非被一些厂商强拉硬扯的“聚氨酯（脲）”甚至“聚脲”。由于它们在喷涂施工中加热、加压等工艺条件均有很大差别，如果以假乱真，不加区别或难以区别则必将严重影响正常施工，影响工程质量。
2．2关于国标编制中对聚脲定义的讨论
我们有幸参加了几次关于喷涂聚脲防水涂料国标编制研讨会，并曾就聚脲、聚氨酯（脲）等的定义提出异议，但很遗憾未能取得共识，实际上这已非纯技术意义上的分歧。
我们注意到了美国的有关定义（曾被采用于“国标”初稿），从聚脲形成的化学原理而言，该定义是广义的，无可厚非，但聚脲作为一种工业产品，有其使用功能及工艺的可行性（例无毒）等特殊要求和条件限制，是“狭义”的，两者有本质的区别。
例如将聚脲A组分定义为可以是异氰酸酯的单体，但如果使用异氰酸酯单体，首先喷涂聚脲显然就不能达到无污染、无公害施工。也不能保证聚脲涂层的安全卫生使用。其次与使用异氰酸酯预聚体所获得聚脲涂层的性能比较，也必然会导致很大落差。


3异氰酸酯预聚的必要性

3．1预聚的重要意义
A组分应为异氰酸酯预聚体而非单体，这在喷涂聚脲工艺条件下是完全必要的。异氰酸酯组分预聚的目的至少有3个重要方面：一是降低异氰酸酯的毒性．以使聚脲实现名符其实的安全无污染施工，成为真正的环保型产品；二是在保证预聚体足够的官能度和反应活性的前提下提高产品的稳定性，未经预聚的二苯甲烷二异氰酸酯一MDI，在无任何催化剂的常温条下也能逐渐二聚化，从而发生凝胶；三是获得与聚醚相类似的结构，有利于提高A、R两组分的混溶性。
仅以第一条降低毒性而言，即便在聚氨酯制漆过程中，多异氰酸酯不仅需经预聚，而且预聚体需经充分提纯，以保证二异氰酸酯单体含量在0．7％以下（加溶剂后应小于0．5％）。而喷涂聚脲施工，更是在高温下以高压对冲式混合，实现充分雾化为必要条件，可想而知聚脲的A组分不仅应经预聚，而且预聚体中异氰酸酯单体含量应有更严格的限制。
另外异氰酸酯预聚体有利于改善成膜过程的支链化倾向，增加交联点间的相对分子质量，调整交联密度，保证成膜物的高弹性、高抗裂性等物理机械性能。
我公司曾试用的部分国产料（包括某些国外品牌的国产化原料），喷涂过程中产生强烈的刺激性气味正是该类原料存在的重大问题之一。
3．2预聚体生产技术的复杂性
无论是端氨基聚醚（R组分）还是异氰酸酯（A组分）的预聚体均有许多限制性条件，因此其生产技术比较复杂。
例如产品既需保证适合喷涂的相对较低粘度（<2 000 M Pa·s），而且两组分的粘度需相对平衡（粘度差≤200 MPa·s），由于不同聚合物加热后对粘度的影响不同，必需保证作业条件下A、R料的粘度平衡。
为降低A组分的粘度不能简单地依赖添加稀释剂，如果添加过量的活性稀释剂则会增加支链化倾向，过高的交联密度或过度的体形结构将影响聚脲涂层弹性等重要物理性能。但如果使用非活性稀释剂，则因这些有机物仅以机械式混合于涂层中，尤如在一般涂料或塑料中加入外增塑剂，不可避免地会影响聚脲涂层的稳定性和长效性，因此预聚体的粘度应通过预聚过程的工艺技术来实现，而非简单地加以稀释。
另外又如预聚体需有较好的稳定性、要保证2个组分的相容性；配方中既要保证1.05～1.10的异氰酸酯数，同时还必须保证两组分以1：1的体积比输出等等，而且其中每一项指标的影响因素较多，有些更是相互矛盾的，例如聚醚羟值愈高，生产的端氨基聚醚的支链化倾向愈大、粘度就更高；扩链剂的作用有利、弊两重性，其选型及配合比不当，均会影响成膜物的物理机械性能等等。
据有关资料介绍，由于聚脲原料生产的复杂性、高代价和高技术要求，有些国家（如澳大利亚及东南亚一些国家）不自行生产聚脲原料而采取直接进口的办法。
另一个例子是美国的Huntsman公司对一种异氰酸酯预聚体产品的研制，前后达7年之久才开始商业化，预聚体生产的复杂性和重要性也由此可见一斑。
随着聚脲技术及其应用的不断发展，聚脲原料逐步国产化是一个必然趋势，但必须是科学的、渐进的。急功近利、假冒伪劣必将使喷涂聚脲面目全非，损害聚脲市场健康有序地发展。


4喷涂聚脲施工有关技术问题

4．1喷涂聚脲施工的高技术要求
聚脲是全新概念的特殊材料，因其潜在的商机不仅使原料生产厂商趋之若鹜，众多施工单位也应运而生。但是喷涂聚脲技术毕竟不是最初人们所理解的那样简单，以为只要有了设备和原料就万事俱各，恰恰相反，大量工程质量事故证明了喷涂聚脲的高技术要求。
实际上喷涂聚脲仍必须以足够的涂装技术为基础，例如基层的表面处理、不同基层及不同表面状态对底涂层及施工技术的不同要求、喷涂操作技术等，均与传统的涂装技术有关。某些聚脲问题工程能够说明，发生的质量问题正是由于缺乏基本的涂装技术。
除此之外，喷涂聚脲更需要足够的与聚脲相关的专业技术，例如需对聚脲的基本化学知识、聚脲喷涂工艺及成膜原理、喷涂聚脲设备的工作原理等有必要了解；掌握原料品质识别、气温等施工环境、基层表面状态等对施工的特殊影响、相关方案的预期及处理技术等。如果缺乏这些基本的专业素质，就很难控制工程质量，为此，对喷涂聚脲作业人员进行基本的技术培训是完全必要的。
4．2喷涂聚脲的工艺特性
聚脲喷涂使用专用设备，在设定的高温高压下依靠对冲式机械混合，使双组分充分雾化以实现喷涂。因此送料的压力平衡，在作业温度条件下A、R组分的粘度平衡，保证两组分以1：1体积比充分混合是质量保证的前提条件，而其中关键是物料的粘度平衡。
喷涂聚脲涂层的发泡倾向则是工程质量事故多发现象，也是影响与基层粘接力的重要因素，这与原料品质有关，也在于施工过程中对环境及基层表面状态的掌控。
发泡倾向严重时表现为涂层气泡，不明显时隐蔽为对涂层结合力有不同程度的影响，其原理与聚氨酯喷涂发泡技术相类似。在喷涂发泡中，发泡体与基层的结合力取决于与基层粘接界面的发泡体比重，比重小（发泡相对更充分）粘接力低，重要原因之一是由于发泡，形成理论粘接面积和实际粘接面积之差。因此在喷涂聚脲工程中，涂层任何程度的气泡，即便是轻微的泡沫化倾向，都将影响涂层结合力，这就对原料质量及施工技术提出了特殊要求，这是喷涂聚脲典型特性之一，也正是聚脲工程质量事故多发和常见现象。
⒋3喷涂聚脲工程技术的两个误区
大多宣传聚脲的优点之一是：“聚脲是一种高疏水性材料，因此聚脲施工不受潮湿气候或潮湿表面影响”。这显然是错误的。实际上正好相反，任何涂层在潮湿环境条件下施工，保证与基层结合力的必备条件是涂料具有良好的湿固性，而具湿固性必然是高亲水性涂料。
“聚脲可以在任何低温条件下施工”则是另一个误导。任何液体涂料与基层的粘接力均以低粘度、高流平性为基本要素，但在低温下涂层的粘度将提高，流平性则降低，均不利于与基层的结合力。防水、防腐涂层的结合力都遵循同样的胶粘理论和原理，无论是胶粘的吸附论、静电论扩散理论等，低温都是影响粘结力的最敏感因素，而聚脲的高粘度、快速反应成膜、几乎无流平性等，是影响粘结的天然不利因素，在低温下这些特性将进一步恶化，因此所谓可以在任何低温条件下施工是误导。
这种误导性宣传，对一些缺乏基本技术素质的施工单位有较大影响，促使一些喷涂聚脲工程盲目施工，是导致质量事故的重要诱因。
5结语
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我们以从事多年的防腐工程为基础，并作为国内率先从事聚脲工程技术开发的专业施工单位之一，在历年来承建的喷涂聚脲工程中．有幸至今尚未发生一起重大质量事故，仅得益于对聚脲原料的严格把关以及从一开始就从喷涂聚脲的大量试验入手，重视喷涂聚脲的技术特性，不断进行工程技术总结，从中积累经验并指导施工。但喷涂聚脲技术毕竟是一项与众不同的、发展中的新技术，无论原料生产还是丁程技术与美欧等国外比较尚有很大差距，这毋庸置疑，本文仅为经验之谈，错误之处在所难免。
无疑，聚脲是一项高性价比的全新技术，但却不能忽视目前聚脲工程质量事故多发的现实，借此特别提醒用户的是，相当一部分事故工程是低价恶性竞争的产物，只有货真价实的聚脲，才能真正带给您一份全新的感受和良好的效益享受。

值得关注的话题，工程质量是施工企业的根本，然而因诸多原因，真正关注的少之又少。

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施工是关键

貌似前途很明朗的东西！

聚脲原料一般人也做不出来，伪劣原料可能性比较小

文章写的很好，其实我做了也不少年聚脲了，现在不做了，我的感觉就是如果大家都不偷工减料，一切事故会很少，质量跟整个大环境有关的

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谢谢楼主分享

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