1 前言

近年來，隨著人們對(duì)環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，我國(guó)就涂料中VOC(揮發(fā)性有機(jī)化合物)對(duì)環(huán)境的污染制定了各種限制法規(guī)，同時(shí)研究及采用新的涂料和施工技術(shù)，例如：粉末涂料、輻射固化(UV)涂料、水性涂料及噴涂聚脲彈性體(Spray Polyurea Elastomer以下簡(jiǎn)稱SPUA)等。受噴涂以及固化設(shè)備的限制，粉末涂料和UV涂料用于現(xiàn)場(chǎng)施工，水性涂料的防腐性能有待改善，而SPUA則在防腐蝕性能和環(huán)境保護(hù)方面，顯示了巨大的技術(shù)和市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)。

2 聚脲的定義與特點(diǎn)

SPUA是國(guó)外近10年來剛剛興起的一種新型環(huán)保材料。美國(guó)“聚脲發(fā)展協(xié)會(huì)”對(duì)聚脲的定義是由異氰酸酯封端的預(yù)聚物(簡(jiǎn)稱A組分)與氨基化合物組分(簡(jiǎn)稱R組分)反應(yīng)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(huán)保涂料相比，不論是材料本身還是從施工技術(shù)上來說都具有突出的性能。

SPUA具有優(yōu)異的綜合力學(xué)性能，拉伸強(qiáng)度最高可達(dá)2715MPa，伸長(zhǎng)率最高可達(dá)1000％，硬度可以從(邵)A30連續(xù)變化到(邵)D65；SPUA材料的耐介質(zhì)性能十分突出，耐候性好，耐冷、熱沖擊，對(duì)濕度和溫度不敏感，在戶外長(zhǎng)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(duì)材料進(jìn)行增強(qiáng)；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(xù)噴涂成型，不產(chǎn)生流掛現(xiàn)象，5s凝膠，1rain后便可達(dá)到步行強(qiáng)度。

SPUA技術(shù)足將聚脲的優(yōu)異性能和快速噴涂、現(xiàn)場(chǎng)固化的施工技術(shù)有機(jī)地結(jié)合在一起，使其在工程應(yīng)用中顯示出無可比擬的優(yōu)越性。SPUA材料在我國(guó)的研制成功，將提高現(xiàn)場(chǎng)噴涂技術(shù)的水平，推動(dòng)我國(guó)環(huán)保建筑材料的發(fā)展。

3 聚脲技術(shù)的發(fā)展歷程

3.1 國(guó)外的發(fā)展

噴涂聚氨酯／聚脲彈性體材料是在反應(yīng)注射成型(RIM)技術(shù)的基礎(chǔ)上，于20世紀(jì)70年代中后期發(fā)展起來的。主要經(jīng)歷了純聚氨酯(PU)、聚氨酯(PU)／聚脲(PUA)、純聚脲(PUA)三個(gè)階段，并都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。

德國(guó)最早開發(fā)噴涂聚氨酯以及聚氨酯／聚脲彈性體技術(shù)。80年代中期，化學(xué)家DudleyJ．PrimeauxⅡ率先研發(fā)成功噴涂聚脲彈性體(SPUA)技術(shù)，并于1989年首次發(fā)表研究論文，引起轟動(dòng)。1991年該技術(shù)在北美地區(qū)投入商業(yè)應(yīng)用，立即顯示出其優(yōu)異的綜合性能，目前，北美地區(qū)正全面推廣SPUA體系。在亞洲，日本、韓國(guó)也于1995年和1997年先后引進(jìn)該技術(shù)，并投入商業(yè)應(yīng)用。在歐洲，聚脲涂料市場(chǎng)近幾年才開始發(fā)展，它主要應(yīng)用于建筑工程、近海工程和密封材料等領(lǐng)域。在南美洲地區(qū)(尤其是巴西)，也已經(jīng)引進(jìn)聚脲技術(shù)。為了更好地推動(dòng)SPUA技術(shù)在世界各地的蓬勃發(fā)展，及時(shí)交流信息，實(shí)現(xiàn)資源共享，2000年美國(guó)成立了“聚脲發(fā)展協(xié)會(huì)(Polyurea Development Association簡(jiǎn)稱PDA)”。總部設(shè)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(guī)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(fā)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(shù)的研究。在芳香族A料中，軟段是羥基聚醚，硬段足反應(yīng)活性很高的DI；B組分主要由端氨基聚和液體胺類擴(kuò)鏈劑(例如：DMTDA)組成。

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

90年代初期，國(guó)外開始研制開發(fā)第二代產(chǎn)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(kuò)鏈劑組成。Dudley J.PrimeauxU曾經(jīng)系統(tǒng)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(xiàn)山優(yōu)異的耐老化性能，經(jīng)試驗(yàn)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(huán)己二胺、異佛爾酮二胺作為擴(kuò)鏈劑對(duì)提高脂肪族SPUA材料的強(qiáng)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(kuò)鏈劑，以減緩反應(yīng)速度，這能明顯地延長(zhǎng)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(yīng)速度方面取得了不少的進(jìn)展,大使離人們期待的理想施工時(shí)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(yè)領(lǐng)域出現(xiàn)的一種新型脂肪族、慢反應(yīng)、高性能涂層材料，被稱為第三代聚脲。聚天門冬氨酸酯實(shí)際上是一種脂肪族仲胺，它最早于1990年由Zwiener[9]等人發(fā)現(xiàn)可以用做溶劑型居聚氨酯涂料的反應(yīng)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(yīng)時(shí)，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(xiàn)在：聚天門冬氨酸酯粘度低，與IIDI三聚體的反應(yīng)速度可以通過不同的取代基團(tuán)，凝膠時(shí)間從5min延長(zhǎng)至120min；施工壽命可以從5rain拓寬到2h以上；噴涂一道就可達(dá)到0.6mm；涂層表面無氣孔產(chǎn)生；配方體系的可調(diào)節(jié)范圍很寬；對(duì)紫外線有很好的耐受性，光澤持久、色彩穩(wěn)定、不泛黃；噴涂時(shí)的材料損耗久固體含量可以從70％調(diào)節(jié)到100％。聚天門冬氨酸酯最大的優(yōu)勢(shì)足可以通過人為增加聚天門冬氨酸酯分子中空間冠狀結(jié)構(gòu)的位阻密度，就能夠合成出降低反應(yīng)活性、延長(zhǎng)凝膠時(shí)間的“定時(shí)”化合物。它與HDI三聚體的反應(yīng)活性遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于以往的脂肪族、芳香族擴(kuò)鏈劑。因此，人們可以按照施工季節(jié)的戶外環(huán)境溫度，確定B料的組成，從而有效地掌握施工節(jié)奏和進(jìn)度，大大提高施工效率，節(jié)約材料和費(fèi)用。

3.2 國(guó)內(nèi)的發(fā)展

20世紀(jì)90年代，張全升[11]等人使用Bayer公司的G31噴涂機(jī)開展噴涂聚氨酯彈性體技術(shù)的研究與開發(fā)，但是，由于技術(shù)和市場(chǎng)的原因，未能得到大規(guī)模的商業(yè)應(yīng)用。1995年黃微波[12]等人開展SPUA技術(shù)的前期探索研究,1997年引進(jìn)了GUSMER公司的設(shè)備,研發(fā)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的SPUA配方體系。1999年，SPUA技術(shù)在我國(guó)投入了商業(yè)應(yīng)用。2000年郁為銘[13]等人也開發(fā)出了商品牌號(hào)為JUS的系列產(chǎn)品，并在關(guān)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(dāng)?shù)腁TPE產(chǎn)品，用于隧道防水、水閘防腐等工程。

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

SPUA技術(shù)優(yōu)異的性能和施工工藝，在我國(guó)得到了材料界和工程界的高度評(píng)價(jià)。

4 工程應(yīng)

由于聚脲材料的出色性能，在短短十幾年里迅速應(yīng)用到工業(yè)、民用、國(guó)防等眾多領(lǐng)域。

(2)建筑領(lǐng)域：由于SPUA材料具有優(yōu)異的理化性能、快速固化以及專業(yè)設(shè)備噴涂施工等特點(diǎn)，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(yīng)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(bǔ)，適合防滑要求較高的運(yùn)動(dòng)場(chǎng)、游泳池及水(海)上動(dòng)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(jié)構(gòu)等工程中應(yīng)用，還適用于道路路面、飛機(jī)跑道等耐磨工程，以及建筑裝飾及搶修等工程。

3)軍事領(lǐng)域：SPUA材料具有優(yōu)良的防腐性能，可廣泛用做艙內(nèi)鋪地材料、甲板防滑材料以及樓梯、機(jī)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(yīng)用于軍用車輛、軍用地墊等。

(4)其他領(lǐng)域：SPUA材料還廣泛應(yīng)用于冶金電鍍，影視道具，人造景觀，高溫爐、反應(yīng)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(jié)語及展望

SPUA技術(shù)極大地豐富了聚氨酯材料在我國(guó)高性能施工技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用范圍，但是也存在一系列的問題，例如，國(guó)內(nèi)尚無法生產(chǎn)主要原料以及專用的噴涂設(shè)備，進(jìn)口價(jià)格較高，所以成本會(huì)比同類產(chǎn)品貴。傳統(tǒng)的涂料盡管有價(jià)格優(yōu)勢(shì)，但質(zhì)量和使用壽命卻受到限制。對(duì)于大型維護(hù)工程來說，SPUA材料性能優(yōu)異和施工高效，從長(zhǎng)期效益看，很容易彌補(bǔ)原料的高成本。另外，開發(fā)的產(chǎn)品品種規(guī)格單一，仍未形成規(guī)模產(chǎn)量，與國(guó)外在相關(guān)領(lǐng)域還有相當(dāng)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(jié)論：

由于芳香族聚脲在戶外會(huì)出現(xiàn)黃變現(xiàn)象，一般適用于室內(nèi)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(wěn)定性非常好，因此它常被用于戶外工程以及顏色穩(wěn)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(yīng)活性低、低溫固化、厚膜型和提高附著力等特性。它優(yōu)異的材料性能，使其比脂肪族SPUA具有更好的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

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