弹性体——单组分聚脲技术

单组分聚脲（One--part PUA）。
   本文所定义单组分聚脲为异氰酸酯封端物质与特殊叔胺基类封端物质或者酮亚胺（或醛亚胺）混合的组合物。封端胺基或酮亚胺暴露于空气中后，在水份中质子酸作用下，形成仲胺基团物质，仲胺基团与异氰酸酯形成脲基，反应过程无催化剂，也没有羟基物质与NCO反应。组合物中，NCO和封闭仲胺基团或酮亚胺基团，当量比按约1：1左右设计。通常状态下，异氰酸酯与解除封闭的仲胺基HNR—与NCO形成脲基－NR－CO－NH－交联点。这种单组分聚脲可以称之为一类特殊的聚氨酯，也可以称之为高力学性能聚氨酯。尽管其可手涂也可喷涂，但其完全不同于（双组分）喷涂聚脲弹性体。




通常所说（双组分）喷涂聚脲弹性体，简称（或口头语称）聚脲；但聚脲不只有（双组分）喷涂聚脲弹性体，它还包括单组分聚脲和聚脲密封胶，聚脲胶粘剂。德国某公司在生产聚脲密封胶，其表干时间可长达2-3小时。另有公司在生产单组分聚脲涂膜。（双组分）喷涂聚脲弹性体表干速度非常快。那是因为我们都知道伯胺类树脂（或物质）与NCO反应非常快。但我们应去研究一下仲胺、叔胺与NCO反应速度。

——NCO＋NH2——         —— NH—COO—NH——（伯胺  非常快）

——NHR＋NCO－               ——NRCONH—— （仲胺   较快或较慢）

    R1R2NR3 ＋ NCO－            不反应   （叔胺   不反应）

    叔胺是不会与NCO反应的，而仲胺－NHR与NCO－反应也快，但与伯胺－NH2相比则慢多了。如果在分子设计上引入一些位阻基团，则仲胺反应速度可适度慢下来。在实际操作中，凝胶时间可以延缓到30分钟以上。如果在仲胺和叔胺之间建立一种转换关系，或选用酮亚胺，则可以制作成单组分聚脲。有效的途径可以用伯胺与羰基物质生产酮亚胺或醛亚胺并蒸去水份。首先应做成有一定NCO含量的预聚体或半聚体，然后采用适当的方法将端胺基封闭成环状含叔胺基团的结构。亚稳定状态的分子链两端含特殊叔胺类物质，或酮亚胺。其在水份和质子酸作用下，生成两端含有仲胺基（二官能团或三官能团）物质；没有二氧化碳和气体物资产生。
    封端的胺类物质与预聚体或半聚体按一定比例在真空状态下相混，加入特种功能性助剂，在高度密闭并填充有惰性气体的容器中保存，此为一亚稳定状态。在分子设计时，按分子官能团当量比NCO/NH应为1.05－1.00之间，当量比低于1.0时，涂膜固化后性能受到大的影响。单组分聚脲一旦开桶，涂布到基材上，双环类叔胺物质逐步转换为含有仲胺基物质，然后与NCO作用则形成脲基。
仲胺基物资与NCO端反应，

        -----NHR1＋NCO--           -----NR1CONH----- （聚脲橡胶）
    从叔胺基解封，转换成仲胺基，最后形成脲基，此过程比伯胺直接与NCO－反应慢多了，但其固化机理与狭义意义上的单组分聚氨酯显然不一样。单组分聚脲因此对基层材料有足够长的浸润（wetting）时间，可达一个小时以上，其对基层粘附力大大增加了。单组分聚脲在（双组分）喷涂聚脲弹性体完全固化后的表面上粘接，不需要底涂剂，粘接十分牢固。这种单组分聚脲也可称之为一种特殊的聚氨酯，或者称为一种高力学性能的聚氨酯。
    单组分聚脲的力学性能明显优于普通单组分聚氨酯力学性能。某公司生产并在市场上销售的暴露型单组分聚脲SJK590经北京城建－中关村建设项目部在奥运会运动场（五棵松棒球场看台表面防水耐磨一体化工程）抽检，由中国建筑科学院国家化学建材监督检测中心检测结果如下：
表2：SJK590暴露型单组分聚脲

组分	单组分
密度，g/ml	1.10
表干时间，h	5
低温弯折性，℃（－30℃，5h）	无裂纹
固化速率，mm/24h	1.0
拉伸强度，Mpa,GB/T528	19.7
断裂伸长率，%,GB/T528	561.3
潮湿基面粘结强度，Mpa	2.1
不透水性，0.3Mpa,30min	无渗漏
硬度，Shore A	86
人工气候老化  拉伸强度保持率/%               断裂伸长率，％	88.5 771.7

   该暴露型单组分聚脲有较高的强度19.7Mpa，高的延伸率561.3％，有良好的人工气候耐老化性能，这说明暴露型单组分聚脲用于室外有较好的防水耐久性。其用于室外无需保护层，并可调制成浅颜色，如灰白色，白色，蓝色，红色，黄色等，在阳光下暴晒，十年以上不发生颜色改变。并可耐重型车辆碾压。五棵松棒球场看台表面使用浅灰色SJK590单组分聚脲，经过一年暴露后，没有发现颜色改变现象。