标题：聚脲涂料
喷涂聚脲弹性体涂料的发展历程
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
阶段第一代第二代第三代体系聚氨酯聚氨酯（脲）聚脲异氰酸酯组份MDI基MDI基MDI基活性氢组份伯羟基多元醇、二醇扩链剂、催化剂伯羟基多元醇、芳香族二胺扩链剂、催化剂端氨基聚醚、二胺扩链剂主要优/缺点优点：价廉
缺点：对水敏感，极易发泡；力学性能差等优点：价格适中
缺点：发泡、力学性能一般优点：对温度及湿度不敏感，力学性能好，耐老化性能突出
缺点：成本较高在美国，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。
喷涂聚脲弹性体涂料的特点
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。
喷涂设备及施工工艺
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2ReactorH-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 
3．1．3、聚脲喷涂机系统示意图 
图3 聚脲喷涂机系统示意图 
  3.2、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
聚脲的标准以及典型技术指标
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 
项目指标弹性涂料刚性材料通用型防水型外 观A组分为无色、黄色或棕色透明液体，B组分为各色液体固体含量/% ≥95凝胶时间/s ≤4530干燥时间（表干）/min ≤105硬度 邵A 
邵D75～95 
－－ 
55～75耐冲击性/kg.m ≥－1.5耐阴极剥离性[1.5V,(65±5)℃，48h]－无起泡，剥离距离≤15mm拉伸强度/MPa ≥10820断裂伸长率/% ≥15030020附着力/MPa 钢≥ 
混凝土≥4.5 
2.0或底材破坏－ 
2.0或底材破坏8.0 
－耐磨性（750g/500r）/mg ≤40－－低温柔性（－30℃在10mm轴180°弯折不开裂不开裂－不透水性（0.3MPa/30min）－不透水－电气强度/(MV/m) ≥15－25耐盐雾性（2000h）无锈蚀、不起泡、不脱落－无锈蚀、不起泡、不脱落耐水性（30d）无锈蚀、不起泡、不脱落－无锈蚀、不起泡、不脱落耐油性（0#柴油、原油，30d）无锈蚀、不起泡、不脱落－无锈蚀、不起泡、不脱落耐液体介质（10%H2SO4、10%HCl、10%NaOH、10%NaCl，30d）无锈蚀、不起泡、不脱落－无锈蚀、不起泡、不脱落2006年我国京津城铁采用了聚脲进行防水施工，2009年～2010年京沪高铁将采用聚脲进行防水，其设计聚脲标准如下表： 
表3 京津和京沪铁路防水层技术指标 
序号项目京沪高铁技术指标京津高铁技术标准1拉伸强度（MPa）≥16.0≥102拉伸 
强度 
保持率加热处理（%）80～150≥803碱处理（%）80～150≥704酸处理（%）80～150≥805盐处理（%）80～150－6机油处理80～150－7荧光紫外老化（%）1500h80～150≥808断裂 
伸长率无处理（%）（纯）聚脲≥400聚氨酯（脲）≥450≥2509加热处理（%）保持率90%以上≥8010碱处理（%）保持率90%以上≥7011酸处理（%）保持率90%以上≥8012盐处理（%）保持率90%以上－13机油处理（%）保持率90%以上－14荧光紫外老化（%）1500h保持率80%以上≥8015低温 
弯折性无处理≤-40℃，无裂纹－16加热处理17碱处理18酸处理19盐处理20机油处理21荧光紫外老化，1500h22耐碱性，饱和Ca(OH)2溶液，500h无开裂、无起泡、无剥落无开裂、无起皮剥离23凝胶时间≤45s－24表干时间≤120s45s～10min25实干时间-60s～20min26不透水性 0.4MPa,2h不透水不透水27加热伸缩率（%）≥-1.0，≤1.0－28固体含量（%）≥98≥9829与基层粘结强度（MPa）干燥基层≥2.5≥230潮湿基层≥2－31与基层剥离强度（N/mm）≥6.0 －32直角撕裂强度（N/mm）≥60.0≥4533硬度（邵A）≥90≥9034耐冲击性 落锤高度100cm无裂纹、皱纹及剥落现象－35冲击强度，公斤.厘米-≥5036耐磨性（阿克隆）cm3 /1.61km≤0.25-37吸水率 %≤5.0-38可行驶重载车辆时间24小时可承受接地比压0.6 MPa≤24h对比京津高铁与京沪高铁聚脲防水涂料技术标准，京沪高铁聚脲防水涂料对涂料的性能指标等有了极大的提高，更加注重涂膜理化性能、耐化学品性能等。