聚脲涂料介绍
聚脲涂料介绍
聚脲涂料1发展历程喷涂聚脲弹性体技术是在聚氨酯RIM技术的基础上发展起来的，正如聚氨酯RIM 技术的发展经历了纯聚氨酯、聚氨酯（脲）到聚脲三个阶段一样，喷涂聚脲弹性体技术也经历了三个阶段。
在美国，Texaco （现属Huntsman）公司的Dudley J.Primeaux U率先研发成功喷涂聚脲弹性体技术，1989年首次发表研究论文。
1991年该技术在北美地区投入商业应用，立即显示出其优异的综合性能，受到用户欢迎。
开发喷涂聚脲体系的公司还有Hun tsman En viro Chem、Speciality Products Inc Sig nature Lining、Mobile Enterprise和Madison Chemical Industries Inc等。
澳大利亚于1993 年引进该技术，日本于1995年引进该技术，韩国于1997年引进该技术，并相继投入商业应用。
在我国，青岛海洋化工研究院于1995年开始喷涂聚脲技术的前期探索应用，1997年从国外购进了最新的喷涂设备。
湖南省德谦新材料有限公司从美国引进该技术，经过消化吸收，从2002年开始已在皮卡车厢耐磨、电力建设、石油石化防腐、建筑防水等领域大规模的推广应用。
自京津城际高速铁路建设开始我国的新建高速铁路包括国家规划的四纵四横高速铁路的混泥土桥梁面均设计使用聚脲作为防水层，这是聚脲诞生以来全世界范围内用量最大的工程，把聚脲的发展推向一个新高潮。
同时由于有高铁项目的支撑，聚脲从原材料，配方，施工设备及施工工艺等方面均得到了极大的提高和发展，有力推动聚脲在其他行业如：电力，交通，石油等行业的应用和发展。
2涂料特点在聚氨酯体系中，为了提高反应活性，必须加入催化剂，催化剂在催化羟基与异氰酸酯反应的同时也催化异氰酸酯与水发生反应，产生气，导致材料性能急剧下降；聚脲体系则完全不同，它使用了端胺基聚醚和胺扩链剂作为活性氢组分，与异氰酸酯组分的反应活性极高，无须任何催化剂，即可在室温(甚至0C以下)瞬间完成反应。
聚脲涂料的成膜机理
聚脲涂料的成膜机理
聚脲涂料是一种常用于金属、混凝土等基材表面的保护涂料。
其成膜机理可以从以下几个方面来解释：
1. 聚脲涂料的分子结构：聚脲涂料的主要成分是聚脲树脂，其分子结构中含有许多酰胺键和异氰酸酯基团。
这些基团可以在涂料固化时相互反应，形成大分子聚合体，从而实现涂层的固化和成膜。
2. 反应机理：在涂料固化的过程中，聚脲树脂中的异氰酸酯基团与表面带有活性羟基的基材表面反应，形成交联结构。
这种交联结构能够有效地提高涂层的附着力和耐磨性。
3. 成膜方式：聚脲涂料是通过挥发性有机溶剂将涂料施加在基材表面，随后通过固化反应形成涂层。
在涂料固化的过程中，涂料中的溶剂挥发，而聚脲树脂中的异氰酸酯基团与基材表面的羟基反应，形成交联结构，最终形成坚固的涂层。
总之，聚脲涂料的成膜机理主要是通过聚脲树脂中的异氰酸酯基团和基材表面的羟基反应形成交联结构，从而实现涂层的固化和成膜。
关于聚脲涂料的一点基本知识
纪， 开发 出了许多其他材料 ， 包括环氧 、 乙烯基酯。
聚 脲是 最新 开发 的涂 料 技术 。这种 于 上世 纪 ８ ０ 年代后 期 为汽车 工业 开发 的材料 ， 如今 已广 泛地 应用 于其他 各个 领域 。 由于该材 料 固化快 、 耐腐 、 耐磨 ， 应
用于工 程 防水 ， 在 过去 １ ０年有 了飞跃 的发展 。
工。一般装备的是双组分系统 ， 氨基树脂混合物和异
氰 酸 盐材 料 分装 在 ５ ０加 仑桶 内 。工地 上 施 工 时 ， 从 ５ ０加 仑桶 分 送 到喷 涂设 备 的罐体 里 ，并 加 热 至适 当
有 些制 造商 出售 移动 式成 套 喷涂装 置 ， 包 括 所有 的工具 和设 备 ， 装 在拖 车 或货 车车厢 上 。
为１ ： １ 。
涂料项 目 几乎都与聚脲本身无关 ， 而是由不适 当或很
差 的表 面处 理 引起 的。
施 工
聚脲 的 固化 时 间 以秒 计 ， 因而 这些化 学 物质 只有 在 离 开喷枪 前 的瞬 间才能 混合 ， 否 则会在 喷 枪 内 固化
变硬。
用 作 防水 的大 多 数 聚脲 采 用 多组 分 喷 涂设 备 施
快好几倍 ， 这样业主就能重新使用设施 ， 从而减少因
停 工 造成 的损失 。
用作 防水涂料的材料 ， 可以列出一长 串名单。连
续好 几个 世 纪 ， 能选 择 的都是 沥青 基产 品 ， 到了２ ０世
聚 脲 涂 料 一 次 施 工 的厚 度 可 以从 ０ ． ５ ｍｍ直 至
１ ２ ． ７ ｍ ｍ， 固化 时 间从 瞬 间至 约 ２ ｍ ｉ ｎ ， 有 利 于迅 速 达
聚脲有 两种 常见 的类 型 ， 芳香 族 聚脲用 得更 多一
聚脲介绍
环保型施工技术比较
类别 项目
高固体份 涂料
水性涂料
UV涂料
粉末涂料
VOC含量 （g/L）
50～150
0～150
0
0
施工方法 常规
常规
新型
新型
防腐性能
好
一般
一般
优秀
适用底材 不限
不限 木材为主 金属
施工环境 0℃ 以上 5℃ 以上 厂房内 厂房内
一次成膜 厚度
<150μm <100μm
<50μm
<800μm
破坏形式
/MPa
1
表面清洁 2.4
从底材脱开
钢 喷砂
9.8
涂层剥离，粘合剂破坏
涂底漆 13.8
涂层剥离，粘合剂破坏
2
表面清洁 1.4
从底材剥离
铝 喷砂
4.5
局部从底材剥离
涂底漆 5.2
局部从底材剥离
3
表面清洁 2.2
混凝土破坏
混凝土 喷砂
1.4
从底材剥离
涂底漆 2.6
混凝土破坏
4
木材
表面清洁 1.7 涂底漆 3.5
C
二醌亚胺
O NCO
脂肪族聚脲
开链烃及除芳香族化合物以外的环状烃类及其衍生物的 总称Ａ组分是脂肪族异氰酸酯，如二环己基甲烷二异氰酸酯 HMDI,四甲基苯二亚甲基二异氰酸酯 TMXDI等 B组分含脂肪胺扩链剂，如IPDA, CLEARLINK1000等
OCN
CH2
NH2
CNO
H3C H3C
CH3 CH2NH 2
木材破坏 木材破坏
SPUA的性能
耐磨性能: SPUA被称为“耐磨橡胶”，具有优异 的耐磨性能，是碳钢的10倍，环氧树脂的3～5倍。适 合于经常有人走、车辆活动的工业重载地坪，加之其良 好的伸长率，使用寿命比环氧更长，还可用于车辆底盘、 货车车斗等。
聚脲类材料的优劣
聚脲类材料的优劣聚脲是由异氰酸酯组分与氨基化合物组分反应生成的一种弹性体物质，被视为继高固体分涂料、水性涂料、光固化涂料、粉末涂料之后的一种新型无溶剂涂料，主要用于防渗、防水、防腐、耐磨等领域。
与传统涂料相比，具有优异的物理力学性能，适用于机械、石油化工、矿山、防水、防腐工程、道具制作、车间地坪、体育设施工程等领域，是目前国内外最受关注的涂料之一，具有广阔的应用前景。
1 聚脲材料概述1.1 聚脲是什么？聚氨酯、聚氨酯/聚脲、聚脲都是由异氰酸酯组分（简称A组分）和树脂组分（简称B组分）反应生成的弹性体物质。
早期人们对于这三者的定义比较含混，即将B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；将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；介于两者之间的称为聚氨酯/聚脲或称半聚脲。
随着喷涂聚脲弹性体技术的发展，其定义也越来越清晰。
根据最近美国"聚脲发展协会"对聚脲的定义是：喷涂聚脲：是由异氰酸酯组分（简称A组分）与氨基化合物组分（简称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。
其中的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者端羟基化合物与异氰酸酯反应制得。
其中的B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。
喷涂聚氨酯和喷涂聚氨酯/聚脲与喷涂聚脲的区别在于：对于喷涂聚氨酯，其中的B组份必须是由端羟基树脂（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；而对于喷涂聚氨酯/聚脲，其中的B组分既可以是端羟基树脂，也可以是端氨基树脂；扩链剂在树脂组分中，可以含有用于提高反应活性的催化剂。
正由于喷涂聚脲B组分的端氨基化合物与异氰酸酯组分的反应活性极高, 无需任何催化剂，即可在室温或低温下瞬间完成反应，从而有效地克服了聚氨酯在施工过程中，因环境温度和湿度的影响而发泡，造成材料性能急剧下降的缺点，因而逐渐替代了喷涂聚氨酯和喷涂聚氨酯/聚脲，成为目前研究的热点。
聚脲防水涂料是什么
聚脲防水涂料是聚氨酯防水涂料家族中的一员，是对聚氨酯的改革和创新。
我们在一些厂房建筑或者是铁路桥梁中经常使用到它，因其具有防水、防腐、耐磨的特点被认可。
也许很多人并不认识它，那么这里就带您一起了解一下。
对于聚脲防水涂料可以采用两种施工方式：料可刮涂和喷涂成膜，特别是喷涂最佳，聚脲防水涂料采用一次性涂覆工艺，不管有多大面积都不存在链接缝，而且还是一种无尘材料聚脲涂料，具有施工简便，快速固化的优点。
聚脲防水涂料的应用为美化城市环境、改善生活质量，屋顶花园、城市广场景观绿化等环境工程提供了良好的支撑。
采用专用聚脲能有效防止植物根系的生长刺穿，杜绝漏水现象的产生，在世界各地的种植屋面工程中广泛应用。
聚脲防水涂料适用于国家重点工程项目建筑物之所有混凝土表面、金属罐体和管道内外表面“两防一耐”（防水、防腐、耐磨）分项工程，已广泛应用于城市地铁、高速铁路、隧道桥梁、水利机电、石油化工、海洋钻探、军民两用等工程领域。
具体的特点有：
1.100%固含量，无溶剂环保产品；
2.超速固化，可在任意曲面连续喷涂不流挂，一次喷涂即可达到厚度要求；
3.涂层整体致密、连续、无接缝，有效解决卷材类防水材料拼接通病；
4.涂膜强度极高、韧性十足，抗冲击、耐撕裂、耐腐蚀、耐磨损、耐穿刺、耐老化，是永久性的阻水防护层，可外露使用；
5.施工效率极高，二人单机每天可施工1000平方米，涂层当日即可投入使用
聚脲防水涂料成膜时需要采用特殊专业施工机械喷涂成型，其优异的理化性能指标、便捷的施工工艺、防水防腐系统的整体性，以及环保性是其他任何一种传统防护材料及技术无法企及，被广泛地用于城市地铁、高速铁路、隧道桥梁、水利机电、海洋化工、军民两用项目之防水、防腐、耐磨“两防一耐”工程。
聚脲简介
耐水、酸 碱、油、 盐水、耐 盐雾性能 好
应用指导
弹性聚脲地坪涂料 聚脲防腐蚀涂料
防石击聚脲涂料
弹性聚脲地坪涂料
表干 实干 柔韧性/mm 耐冲击性/cm 耐磨性（1000g/200r）mg 附着力 铅笔硬度 拉伸强度/Mpa 断裂伸长率 耐水性(25℃) 3个月 耐酸(5% H2SO4,25℃) 10天 耐碱(5% NaOH,25℃) 10天 耐10%盐水 3个月 耐煤油 3个月 2h 24h 1 50 <40 0级 F >2.5 >100% 无异常 无异常 无异常 无异常 无异常
聚脲的发展阶段
阶段 异氰酸酯 主要树脂组分 主要优缺点
第一代
MDI
端氨基聚醚
反应速度过快 附着力、耐黄变性不好 反应速度过快 价格过高 反应速度可调节 附着力、耐候性能极佳 价格适中
第二代
IPDI
端氨基聚醚
第三代*
HDI衍生物 MDI、TDI衍生物
新型端氨基聚 醚
聚脲和其他涂料的对比
项目 VOC/g•L-1 高固体份涂料 50~150 水性涂料 0~150 UV涂料 0 粉末涂料 0 聚脲 0
聚脲涂料简介
上海涂料有限公司
什么是聚脲涂料
带有NCO的异氰酸酯组分与带有 NH2的氨基组分形成的一种无溶剂的， 弹性与刚性可调节的涂料。
聚脲涂料的发展简介
喷涂聚脲弹性体(Spray Polyurea Elastomer,简 称SPUA)技术是国外十多年来,继高固体分涂料、水 性涂料、光固化(UV)涂料、粉末涂料等低(无)污染 涂装技术之后,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。该技术自 1999年在我国投入商业应用以来，已经在钢结构防 腐、建筑物防水、影视道具制作等领域，得到了广 泛的应用。
聚脲涂料的研究与应用
聚脲涂料的研究与应用张文毓 （中国船舶重工集团公司第七二五研究所，河南洛阳 471023）摘 要：聚脲涂料是一种无溶剂、无污染的高性能环保材料。
综述了聚脲涂料的发展历程及其现有产品的应用形式，介绍了聚脲涂料在各领域的应用与研究现状，并对其发展提出了展望。
关键词：聚脲涂料；防护涂料；防腐涂料中图分类号：TQ 630.7 文献标志码：A 文章编号：1009-1696（2020）01-0034-06[收稿日期] 2019-09-20[作者简介] 张文毓（1968—），女，高级工程师，现主要从事情报研究工作。
专论综述0 引言聚脲涂料是继高固体分涂料、水性涂料、光固化涂料、粉末涂料等低（无）污染涂装材料之后，又一种新型无溶剂、无污染的绿色涂料。
它是最新一代环境友好型高性能产品之一，其固体分高、黏度低、干燥速度快，具有极佳的耐候性，同时其涂膜既具有极高的表面硬度又具有良好的柔韧性和耐磨性。
由于具有施工固体分高、快干免烘等特点，有效地减少了对环境的危害，同时提高了施工效率，节省了人员、时间和能源成本，聚脲涂料现已广泛应用于汽车车架及零部件防腐、玻璃钢等非金属防护，以及混凝土地坪等领域。
1 概述喷涂聚脲弹性体技术（SPUA）是美国Texaco 化学公司于1991年开发成功的一种新型无溶剂、无污染的绿色施工技术，是在聚氨酯反应注射成型（RIM）技术的基础上发展起来的，结合了聚脲树脂的反应特性和RIM 技术快速混合、快速成型的特点，可在各类复杂形状的表面形成连续的整体涂层。
聚脲树脂是由异氰酸酯组分（A 组分）与胺基组分（R 组分）反应得到的高聚物，其分子主链中包含重复的脲基链段。
其中，A 组分可以是异氰酸酯的单体也可以是异氰酸酯的衍生物；R 组分必须是端氨基树脂。
聚脲涂料可以分为纯聚脲和聚氨酯/聚脲两类，它具有如下性能特点：（1）对湿气、温度不敏感，施工时不受环境温度、湿度的影响。
（2）双组分，高固含量，对环境友好，无施工污染。
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聚脲涂料
1 发展历程
喷涂聚脲弹性体技术是在聚氨酯RIM技术的基础上发展起来的，正如聚氨酯RIM技术的发展经历了纯聚氨酯、聚氨酯（脲）到聚脲三个阶段一样，喷涂聚脲弹性体技术也经历了三个阶段。
表1 喷涂聚脲弹性体技术的发展阶段
在美国，Texaco（现属Huntsman）公司的Dudley J.PrimeauxⅡ率先研发成功喷涂聚脲弹性体技术，1989年首次发表研究论文。
1991年该技术在北美地区投入商业应用，立即显示出其优异的综合性能，受到用户欢迎。
开发喷涂聚脲体系的公司还有Huntsman、Enviro Chem、Speciality Products Inc、Signature Lining、Mobile Enterprise和Madison Chemical Industries Inc等。
澳大利亚于1993年引进该技术，日本于1995年引进该技术，韩国于1997年引进该技术，并相继投入商业应用。
在我国，青岛海洋化工研究院于1995年开始喷涂聚脲技术的前期探索应用，1997年从国外购进了最新的喷涂设备。
湖南省德谦新材料有限公司从美国引进该技术，经过消化吸收，从2002年开始已在皮卡车厢耐磨、电力建设、石油石化防腐、建筑防水等领域大规模的推广应用。
自京津城际高速铁路建设开始我国的新建高速铁路包括国家规划的四纵四横高速铁路的混泥土桥梁面均设计使用聚脲作为防水层，这是聚脲诞生以来全世界范围内用量最大的工程，把聚脲的发展推向一个新高潮。
同时由于有高铁项目的支撑，聚脲从原材料，配方，施工设备及施工工艺等方面均得到了极大的提高和发展，有力推动聚脲在其他行业如：电力，交通，石油等行业的应用和发展。
2 涂料特点
在聚氨酯体系中，为了提高反应活性，必须加入催化剂，催化剂在催化羟基
与异氰酸酯反应的同时也催化异氰酸酯与水发生反应，产生气，导致材料性能急剧下降；聚脲体系则完全不同，它使用了端胺基聚醚和胺扩链剂作为活性氢组分，与异氰酸酯组分的反应活性极高，无须任何催化剂，即可在室温（甚至0℃以下）瞬间完成反应。
各反应的化学方程式如下：
聚氨酯反应：R-NCO + R′OH catalyst RHNCOOR′
聚脲反应：R-NCO + R′NH2 RNHCONHR′
异氰酸酯与水的反应：R-NCO + H2O catalyst RNHCOOH
RNHCOOH RNH2 + CO2↑(气体)
喷涂聚脲弹性体涂料通常具有以下特点：
（1）不含催化剂，快速固化，可在任意曲面、斜面及垂直上喷涂成型，不产生流挂现象，5秒钟凝胶，1分钟即可达到步行强度。
（2）对湿气、温度不敏感，施工时不受环境温度、湿度的影响（可在-28℃下施工；可在冰面上喷涂固化）。
（3）双组分，100%固含量，不含任何挥发性有机物（VOC），对环境友好，无污染施工，卫生施工无害使用。
（4）热喷涂，一次施工厚度范围可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，极高的抗张抗冲击强度、防腐蚀、耐磨性、防湿滑、耐老化等。
（6）具有良好的热稳定性，可在120℃下长期使用，可承受350℃的短时热冲击。
（7）原形再现性好，涂层连续、致密，无接缝，无针孔，美观实用耐久。
（8）使用成套设备施工，效率极高；一次施工即可达到设计厚度要求，设备配有多种切换模式，既可喷涂，也可浇佳。
并可通过施工工艺控制接达到防滑效果。
（9）具有良好的粘结力，可在钢材、木材、混凝土等底材上喷涂成型。
3 施工工艺
喷涂聚脲设备的工作原理为A(异氰酸酯组分)、R（活性氢组分）两种物料分别经由各自的抽料泵从料桶输送至主机进行计量，加压，升温，然后输送至喷枪，在喷枪混合后喷出。
计量输送和混合系统是喷涂设备的两个主要系统。
因此，喷涂聚脲设备必须具有：平稳的物料输送系统，精确的物料计量系统，均匀的物料混合系统，良好的物料雾化系统及方便的物料清洗系统。
3.1 喷涂设备
3.1.1 H20/35聚脲喷涂机
设备简介：该设备是美国GUSMER生产的经典聚脲喷涂设备，现GUSMER 已被GRACO收购。
图1 H20/35聚脲喷涂机
设备参数：
最大输出量：10.8公斤/分钟
最大额定压力：240巴（3500psi）
原料粘度：250-1500cps
重量：260公斤
外形尺寸：H=119cm,W=102cm,D=56cm
电源：40安培，3×380V，50Hz，20.5千瓦
3.1.2 Reactor H-XP3 型液压驱动聚脲喷涂机
图2 ReactorH-XP3聚脲喷涂机
设备简介：该设备是美国GRACO生产的新一代聚脲喷涂。
综合了原有GUSMER以及GRACO特点。
最大流体工作压力：3500PSI（24.1MPa 241Bar）
最高流体温度：88℃（190°F）
最大输出：2.8加仑/分钟（10.6升/分钟）
每周的泵出量：0.042加仑（0.16升）
软管最大长度：310英尺(125米)
电源：380 伏，35 安培，20400瓦
重量：597磅（271千克）
管道最大长度：125M
3.2 聚脲喷涂机系统示意图
图3 聚脲喷涂机系统示意图
3.3 聚脲喷涂工艺
喷涂聚脲涂料的施工工艺分为：底材处理、聚脲涂料喷涂、后处理、密封胶施工、面漆施工（非必选项）。
底材处理是保证施工质量的关键，可分为金属底材和混凝土底材。
金属底材处理，首先将底材喷砂处理至Sa2.5级，对于焊缝等缺陷部位，用环氧腻子找平，使整个底材能够平滑过渡，待环氧腻子固化后用角磨机磨平。
然后清洁底材，辊涂或刷涂两道配套底漆。
混凝土底材处理，对混凝土预制件进行抛丸处理，或者用角磨机、高压水枪等清除表面的灰尘、浮渣。
待底材完全干燥后，用堵缝料进行表面找平，需堵缝部位待堵缝料固化后用角磨机磨平。
然后清除掉表面的污物，刷涂或辊涂一道配套底漆，待用。
底漆重涂间隔最长为24小时，最短为3小时。
聚脲涂料喷涂，聚脲涂层的喷涂应在底漆施工后3～168小时内进行，如果间隔超过168小时，在喷涂聚脲涂层前一天应重新施工一道底漆，然后再施工聚脲层。
在喷涂之前，应用干燥的高压空气吹掉表面的浮尘。
喷涂前应考虑周围环境情况，用塑料薄膜将周围可能被污染的物品遮蔽，做好周围环境的保护工作。
喷涂设备施工参数如下：
主加热器温度：A料70℃ R料75℃
长管保温温度：70℃
提料泵压力：A料80～90psi R料80～90psi
空气压力: 80～90psi
动态压力：A料2200psi R料2200psi
4 技术指标
随着聚脲弹性体涂料的不断发展，为了规范聚脲发展市场，我国于2006年建立了《HG/T3831－2006喷涂聚脲防护材料》化工行业标准，2009年建立了
《GB/T23446－2009喷涂聚脲防水涂料》国家标准，《喷涂聚脲防水工程技术规范》标准正在建立过程中。
为适应高速铁路桥梁防水建设的需要，铁道部科技司先后分别于2006年8月和2009年6月发布了《京津城际轨道交通工程混泥土桥面喷涂聚脲防水层技术条件和验收标准》和《京沪高速铁路混泥土桥面喷涂聚脲防水层暂行技术条件》。
为配合国家规划的四纵四横高速铁路的快速建设铁道部科技司紧接着于同年十月发布了《客运专线铁路桥梁混凝土桥面喷涂聚脲防水层暂行技术条件》随着聚脲涂料的蓬勃发展，国内聚脲行业的同仁们正在积极筹备准备建立聚脲涂料防腐领域的国家标准以及在电力，油汽输送管道上应用等行业标准。
表2 HG/T3831－2006喷涂聚脲防护材料技术指标。