浅析喷涂聚脲技术的发展及应用

    近年来，随着人们对环保意识的增强，我国就涂料中VOC(挥发性有机化合物)对环境的污染制定了各种限制法规，同时研究及采用新的涂料和施工技术，例如：粉末涂料、辐射固化(UV)涂料、水性涂料及喷涂聚脲弹性体(Spray Polyurea Elastomer以下简称SPUA)等。受喷涂以及固化设备的限制，粉末涂料和UV涂料用于现场施工，水性涂料的防腐性能有待改善，而SPUA则在防腐蚀性能和环境保护方面，显示了巨大的技术和市场优势。

    一、聚脲技术简介

    喷涂聚氨酯和聚脲技术是在反应注射成型技术（RIM）的基础上发展起来的，继承了RIM高压撞击混合的原理，实现了聚氨酯和聚脲的快速固化喷射成型。

    聚脲是由异氰酸酯组分与氨基化合物反应生成的一类化合物。异氰酸酯组分可以是单体、聚合物、异氰酸酯的衍生物、预聚物和半预聚物。聚脲可由二胺与二异氰酸酯或尿素聚合而成。

    聚亚壬基脲是代表性的聚脲高分子。由壬二胺与尿素缩合制备，其性质与聚酰胺（如耐纶6）相似，可以熔融纺丝，熔融温度230～235℃，密度较小（1.066克／厘米3），具有良好的耐热性、染色性和耐腐蚀性，纤维抗拉强度0.0441～0.0539牛顿／旦，伸长率23％，适宜制造渔网和针织品。

    喷涂聚脲弹性体（Spray Polyurea Elastomer，以下简称SPUA）技术是国外近十年来，继高固体份涂料、水性涂料、辐射固化涂料、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，它是在反应注射成型（RIM）技术的基础上发展起来的，其主要原料是美国Texaco/Huntsman公司首先开发的端氨基聚氧化丙烯醚（端氨基聚醚），商品牌号为Jeffamine。由端氨基聚醚、液态胺扩链剂、颜料、填料以及助剂组成色浆（R祖分），另一组分则由异氰酸酯与低聚物二或三反应制得（A组分）。A组分与R组分通过美国Gusmer生产的H系列主机和GX-7系列喷进行喷涂或浇注聚脲弹性体。该工艺属快速反应喷涂体系，原料体系不含溶剂、固化速度快、工艺简单，可很方便的在立面、曲面上喷涂十几毫米厚的涂层而不流挂。SPUA技术全面突破了传统环保型涂装技术的局限。因此，使得该技术一问世，便得到迅猛的发展。

    SPUA技术是一种新型的“万能”涂装技术，被誉为二十世纪末期涂料、图装技术领域最伟大的发现。它将新技术、新材料和新工艺结合起来，是传统施工技术的一次革命性飞跃。在北美等发达国家的应用已有十几年的历史，市场需求十分强劲。

    聚脲是由半预聚体、端氨基聚醚、胺扩链剂等原料现场喷涂而成。它疏水性即强，对环境湿度不敏感，甚至可以在水（或者冰）上喷涂成膜，在极端恶劣的环境条件下可正常施工，表现特别突出。聚脲的出现，完全打破了传统的防腐和防护观念，为材料保护行业树立了一个更高的标准。聚脲涂层柔韧有余、刚性十足、色彩丰富，它致密、连续、无接缝，完全隔绝空气中水分和氧气的渗入，防腐和防护性能无与伦比。它同时具有耐磨、防水、抗冲击、抗疲劳、耐老化、耐高温、耐核辐射等多种功能，因此应用领域十分广泛。

    二、喷涂聚脲技术的发展历程

    喷涂聚脲技术在国外的发展

    喷涂聚氨酯／聚脲弹性体材料是在反应注射成型(RIM)技术的基础上，于20世纪70年代中后期发展起来的。主要经历了纯聚氨酯(PU)、聚氨酯(PU)／聚脲(PUA)、纯聚脲(PUA)三个阶段，并都有各自的优缺点。

    德国最早开发喷涂聚氨酯以及聚氨酯／聚脲弹性体技术。80年代中期，化学家DudleyJ．PrimeauxⅡ率先研发成功喷涂聚脲弹性体(SPUA)技术，并于1989年首次发表研究论文，引起轰动。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，目前，北美地区正全面推广SPUA体系。在亚洲，日本、韩国也于1995年和1997年先后引进该技术，并投入商业应用。在欧洲，聚脲涂料市场近几年才开始发展，它主要应用于建筑工程、近海工程和密封材料等领域。在南美洲地区(尤其是巴西)，也已经引进聚脲技术。为了更好地推动SPUA技术在世界各地的蓬勃发展，及时交流信息，实现资源共享，2000年美国成立了“聚脲发展协会(Polyurea Development Association简称PDA)”。

    喷涂聚脲技术在国内的发展

    20世纪90年代，张全升等人使用Bayer公司的G31喷涂机开展喷涂聚氨酯弹性体技术的研究与开发，但是，由于技术和市场的原因，未能得到大规模的商业应用。1995年黄微波等人开展SPUA技术的前期探索研究,1997年引进了GUSMER公司的设备,研发出具有自主知识产权的SPUA体系。1999年，SPUA技术在我国投入了商业应用。2000年郁为铭等人也开发出了商品牌号为JUS的系列产品，并在关键原料端胺基聚醚的合成上完成了中试，得到了与Jerffamine D22000相当的ATPE产品，用于隧道防水、水闸防腐等工程。

    2001年贺光辉等人也开发出“优力”系列喷涂聚脲弹性体组合产品，主要用于皮卡车斗耐磨衬里，同年，李洪剑等人开发出聚胺酯喷涂弹性体，用于防水和防腐工程。

    SPUA技术优异的性能和施工工艺，在我国得到了材料界和工程界的高度评价。

  三、喷涂聚脲技术在工程上的应用

    由于聚脲材料的出色性能，在短短十几年里迅速应用到工业、民用、国防等众多领域。

    (1)工业重防腐：SPUA材料因在酸、碱、盐、油、水以及高寒、地下和海洋等恶劣环境条件下，表现出优异的超重防腐性能，加之其先进的施工工艺，使得该材料在化工储罐衬里、储罐围堰、管道防腐、酸洗槽、电镀槽等的防护、防腐、防渗漏领域，有着广阔的应用前景。

    (2)建筑领域：由于SPUA材料具有优异的理化性能、快速固化以及专业设备喷涂施工等特点，在建筑防水、防湿滑、防腐、耐磨、耐热及装饰等工程中有广阔的应用前景，可用于建筑屋面、外墙及地下防水，防水围堰以及污水处理池、游泳馆、隧道、巷道等的防水处理，以及渗漏治理和裂纹修补，适合防滑要求较高的运动场、游泳池及水(海)上动物表演馆等建筑的地面、通道、楼梯和防滑路面等工程部位使用，可在跨海大桥、海岸钢结构等工程中应用，还适用于道路路面、飞机跑道等耐磨工程，以及建筑装饰及抢修等工程。

    (3)军事领域：SPUA材料具有优良的防腐性能，可广泛用做舱内铺地材料、甲板防滑材料以及楼梯、机舱和舵板的防腐材料；可喷涂于冲锋舟底部起到耐磨、防划伤等作用，还可应用于军用车辆、军用地垫等。

    (4)其他领域：SPUA材料还广泛应用于冶金电镀，影视道具，人造景观，高温炉、反应罐等耐热工程，卡车耐磨衬里、矿山耐磨衬里等耐磨工程。

    四、结语及展望

    SPUA技术极大地丰富了聚氨酯材料在我国高性能施工技术领域的应用范围，但是也存在一系列的问题，例如，国内尚无法生产主要原料以及专用的喷涂设备，进口价格较高，所以成本会比同类产品贵。传统的涂料尽管有价格优势，但质量和使用寿命却受到限制。对于大型维护工程来说，SPUA材料性能优异和施工高效，从长期效益看，很容易弥补原料的高成本。另外，开发的产品品种规格单一，仍未形成规模产量，与国外在相关领域还有相当大的差距。

    通过上述对聚脲的了解我们可以得到以下结论：

    SPUA材料可以完全或部分替代传统的聚氨酯、聚氨酯／聚脲、环氧树脂等材料。毫无疑问，喷涂聚脲技术是一种值得研究和推广的新技术。