2 聚脲的定義與特點

　　SPUA是國外近10年來剛剛興起的一種新型環保材料。美國“聚脲發展協會”對聚脲的定義是由異氰酸酯封端的預聚物(簡稱A組分)與氨基化合物組分(簡稱R組分)反應生成的高聚物。采用噴涂工藝施工的聚脲稱為SPUA。

　　SPUA與其他新型環保涂料相比，不論是材料本身還是從施工技術上來說都具有突出的性能。

　　SPUA具有優異的綜合力學性能，拉伸強度最高可達2715MPa，伸長率最高可達1000％，硬度可以從(邵)A30連續變化到(邵)D65；SPUA材料的耐介質性能十分突出，耐候性好，耐冷、熱沖擊，對濕度和溫度不敏感，在戶外長期使用不粉化、不開裂、不脫落；它還可以加入各種顏料制成不同顏色的制品，可摻入其它填料如短玻璃絲纖維等對材料進行增強；SPUA快速固化特性使其可在任意曲面、斜面、垂直面及頂面連續噴涂成型，不產生流掛現象，5s凝膠，1rain后便可達到步行強度。

　　SPUA技術足將聚脲的優異性能和快速噴涂、現場固化的施工技術有機地結合在一起，使其在工程應用中顯示出無可比擬的優越性。SPUA材料在我國的研制成功，將提高現場噴涂技術的水平，推動我國環保建筑材料的發展。

　　3 聚脲技術的發展歷程

　　3.1 國外的發展

　　噴涂聚氨酯／聚脲彈性體材料是在反應注射成型(RIM)技術的基礎上，于20世紀70年代中后期發展起來的。主要經歷了純聚氨酯(PU)、聚氨酯(PU)／聚脲(PUA)、純聚脲(PUA)三個階段，并都有各自的優缺點。

　　德國最早開發噴涂聚氨酯以及聚氨酯／聚脲彈性體技術。80年代中期，化學家DudleyJ．PrimeauxⅡ率先研發成功噴涂聚脲彈性體(SPUA)技術，并于1989年首次發表研究論文，引起轟動。1991年該技術在北美地區投入商業應用，立即顯示出其優異的綜合性能，目前，北美地區正全面推廣SPUA體系。在亞洲，日本、韓國也于1995年和1997年先后引進該技術，并投入商業應用。在歐洲，聚脲涂料市場近幾年才開始發展，它主要應用于建筑工程、近海工程和密封材料等領域。在南美洲地區(尤其是巴西)，也已經引進聚脲技術。為了更好地推動SPUA技術在世界各地的蓬勃發展，及時交流信息，實現資源共享，2000年美國成立了“聚脲發展協會(Polyurea Development Association簡稱PDA)”。總部設在密蘇里州的堪薩斯城。

　　聚脲由A、B雙組分組成，分為芳香族聚脲、常規脂肪族聚脲和新型脂肪族——聚天門冬氨酸酯脂肪族3大類。芳香族聚脲是最早開發使用并且也是用量最大的品種，刊。80年代后期，DudleyJ．PrimeauxⅡ等人開始了芳香族SPUA技術的研究。在芳香族A料中，軟段是羥基聚醚，硬段足反應活性很高的DI；B組分主要由端氨基聚和液體胺類擴鏈劑(例如：DMTDA)組成。

　　由于芳香族聚脲存在戶外使用時易泛黃和褪色,反應速度過快,通常凝膠時間(3-5)s,對底材的潤濕能力弱，附著力差，適用期過短，凝膠時間短，必須采用專用設備施工，給施工增加了難度等一系列問題。

　　90年代初期，國外開始研制開發第二代產品——脂肪族聚脲。在脂肪族A料中，軟段是端氨基聚醚，硬段是脂肪族異氰酸酯；R組分主要由不同分子量的端氨基聚醚和脂肪胺類擴鏈劑組成。Dudley J.PrimeauxU曾經系統地研究過該體系，它的耐溫性比脂肪族SPUA材料要好。由于不含催化劑，它也表現山優異的耐老化性能，經試驗證明，在5()C、5280h人工紫外線加速老化后，材料不變色，說明它更適合戶外使用。雖然1，4-環己二胺、異佛爾酮二胺作為擴鏈劑對提高脂肪族SPUA材料的強度和硬度有所幫助，但是它的高反活性使得在噴涂過程中很難得到光滑的涂層表面效果。1994年，IIouse[8]不等人在聚脲、聚氨酯彈性體中首次采用脂肪二胺作為擴鏈劑，以減緩反應速度，這能明顯地延長涂料的凝膠日十間，從而得到光滑的涂層表面。

　　芳香族、脂肪族SPUA材料,雖然在降低反應速度方面取得了不少的進展,大使離人們期待的理想施工時間還有一定的差距。聚天門冬氨酸酯SPUA材料是近5年來，在聚脲工業領域出現的一種新型脂肪族、慢反應、高性能涂層材料，被稱為第三代聚脲。聚天門冬氨酸酯實際上是一種脂肪族仲胺，它最早于1990年由Zwiener[9]等人發現可以用做溶劑型居聚氨酯涂料的反應型稀釋劑、能夠與普通含有羥基的聚酯、聚丙烯酸酯共聚物混溶，從而它與同是脂肪族的HDI三聚體反應時，能夠得到耐候性非常好的新型脂肪族SPUA材料[10]。其具體表現在：聚天門冬氨酸酯粘度低，與IIDI三聚體的反應速度可以通過不同的取代基團，凝膠時間從5min延長至120min；施工壽命可以從5rain拓寬到2h以上；噴涂一道就可達到0.6mm；涂層表面無氣孔產生；配方體系的可調節范圍很寬；對紫外線有很好的耐受性，光澤持久、色彩穩定、不泛黃；噴涂時的材料損耗久固體含量可以從70％調節到100％。聚天門冬氨酸酯最大的優勢足可以通過人為增加聚天門冬氨酸酯分子中空間冠狀結構的位阻密度，就能夠合成出降低反應活性、延長凝膠時間的“定時”化合物。它與HDI三聚體的反應活性遠遠低于以往的脂肪族、芳香族擴鏈劑。因此，人們可以按照施工季節的戶外環境溫度，確定B料的組成，從而有效地掌握施工節奏和進度，大大提高施工效率，節約材料和費用。

　　3.2 國內的發展

　　20世紀90年代，張全升[11]等人使用Bayer公司的G31噴涂機開展噴涂聚氨酯彈性體技術的研究與開發，但是，由于技術和市場的原因，未能得到大規模的商業應用。1995年黃微波[12]等人開展SPUA技術的前期探索研究,1997年引進了GUSMER公司的設備,研發出具有自主知識產權的SPUA配方體系。1999年，SPUA技術在我國投入了商業應用。2000年郁為銘[13]等人也開發出了商品牌號為JUS的系列產品，并在關鍵原料端胺基聚醚的合成上完成了中試，得到了與Jerffamine D22000相當的ATPE產品，用于隧道防水、水閘防腐等工程。

　　2001年賀光輝等人也開發出“優力”系列噴涂聚脲彈性體組合產品，主要用于皮卡車斗耐磨襯里，同年，李洪劍等人開發出聚胺酯噴涂彈性體，用于防水和防腐工程。

　　SPUA技術優異的性能和施工工藝，在我國得到了材料界和工程界的高度評價.

　　由于聚脲材料的出色性能，在短短十幾年里迅速應用到工業、民用、國防等眾多領域。

　　(1)工業重防腐：SPUA材料因在酸、堿、鹽、油、水以及高寒、地下和海洋等惡劣環境條件下，表現出優異的超重防腐性能，加之其先進的施工工藝，使得該材料在化工儲罐襯里、儲罐圍堰、管道防腐、酸洗槽、電鍍槽等的防護、防腐、防滲漏領域，有著廣闊的應用前景。

　　(2)建筑領域：由于SPUA材料具有優異的理化性能、快速固化以及專業設備噴涂施工等特點，在建筑防水、防濕滑、防腐、耐磨、耐熱及裝飾等工程中有廣闊的應用前景，可用于建筑屋面、外墻及地下防水，防水圍堰以及污水處理池、游泳館、隧道、巷道等的防水處理，以及滲漏治理和裂紋修補，適合防滑要求較高的運動場、游泳池及水(海)上動物表演館等建筑的地面、通道、樓梯和防滑路面等工程部位使用，可在跨海大橋、海岸鋼結構等工程中應用，還適用于道路路面、飛機跑道等耐磨工程，以及建筑裝飾及搶修等工程。

　　(3)軍事領域：SPUA材料具有優良的防腐性能，可廣泛用做艙內鋪地材料、甲板防滑材料以及樓梯、機艙和舵板的防腐材料；可噴涂于沖鋒舟底部起到耐磨、防劃傷等作用，還可應用于軍用車輛、軍用地墊等。

　　(4)其他領域：SPUA材料還廣泛應用于冶金電鍍，影視道具，人造景觀，高溫爐、反應罐等耐熱工程，卡車耐磨襯里、礦山耐磨襯里等耐磨工程。

　　5 結語及展望

　　SPUA技術極大地豐富了聚氨酯材料在我國高性能施工技術領域的應用范圍，但是也存在一系列的問題，例如，國內尚無法生產主要原料以及專用的噴涂設備，進口價格較高，所以成本會比同類產品貴。傳統的涂料盡管有價格優勢，但質量和使用壽命卻受到限制。對于大型維護工程來說，SPUA材料性能優異和施工高效，從長期效益看，很容易彌補原料的高成本。另外，開發的產品品種規格單一，仍未形成規模產量，與國外在相關領域還有相當大的差距。

　　通過上述介紹可以了解聚脲的概念及其材料、施工特性以及聚脲的分類，并且可以得到以下結論：

　　由于芳香族聚脲在戶外會出現黃變現象，一般適用于室內工程、襯里或地下工程等。脂肪族SPUA材料雖然比較貴，但它的抗紫外線能力和顏色穩定性非常好，因此它常被用于戶外工程以及顏色穩定性要求高的工程。

　　由聚天門冬氨酸酯制得的聚脲體系具有反應活性低、低溫固化、厚膜型和提高附著力等特性。它優異的材料性能，使其比脂肪族SPUA具有更好的發展潛力。

　　SPUA材料可以完全或部分替代傳統的聚氨酯、聚氨酯／聚脲、環氧樹脂等材料。毫無疑問，噴涂聚脲技術是一種值得研究和推廣的新技術。
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