愛華網(wǎng) 聚脲彈性體是由異氰酸酯與氨基聚醚及氨基擴鏈劑反應生成的一種具有脲基重復結構單元的聚
合物。在國外，噴涂聚脲材料被稱為可常溫施工的液體防水卷材。該材料100％固含量、固化速度快、對溫度／濕度不敏感、物理強度高等特點。因此自1985年誕生以來，在防水領域獲得了巨大的商業(yè)應
用。卜引。20世紀末我國也開始將該產(chǎn)品應用于各類地坪、建筑防水、地鐵車站防水等工程中。
一、．噴涂聚脲材料應用于防水工程的優(yōu)點
噴涂聚脲材料是國外近10年來繼高固體份涂料、水性涂料、輻射固化涂料、粉末涂料等低(無)
污染涂裝技術之后為適應環(huán)保需求而研制開發(fā)的一種新型無溶劑、無污染的綠色施工技術。
噴涂聚脲材料被國外稱之為液體防水卷材。與傳統(tǒng)的防水材料相比具有以下優(yōu)點：
1)100％同含景，無揮發(fā)性有機物，符合環(huán)保要求；
2)不含催化劑，快速固化，可在曲面、斜面及垂直面上噴涂成型，不產(chǎn)生流掛現(xiàn)象，對于凹凸、
拐角、邊角具有很強的保持性；
3)快速卻可控的同化速度保證了T程能夠快速的重新投入使用：
4)對水氣、濕氣不敏感，施=【=不受環(huán)境濕度、溫度的影響；
5)可進行噴涂或澆注，一次施工的厚度可從數(shù)百微米到數(shù)厘米，克服了以往多次施工的諸多不
便，縮短了施工周期；
6)優(yōu)異的物理性能，如抗拉強度、撕裂強度、延伸率、耐磨性、耐刺穿、耐磕破、防濕滑等。
高伸長率使其具有很強的裂縫彌合能力，對混凝土開裂的防護性非常優(yōu)異；
7)優(yōu)異的防腐性能，可耐大部分腐蝕介質(zhì)，酸、堿、鹽、海水、氯離子等的長期浸泡；
8)整體無縫、組織致密、堅韌，可用于迎水面防水，亦可應用于背水面防水：
9)對各種底材附著力高且持久，不會因為冷熱交替出現(xiàn)脫落現(xiàn)象。
美國PDA協(xié)會曾做過一個調(diào)查．噴涂聚脲材料中的60％應用于混凝七保護，5％應用于屋面防
水工程中。而混凝土保護工程中大部分應用是混凝十防水，包括高速公路防水、隧道防水、建筑防水、儲水池應用等，也包括一些含有腐蝕介質(zhì)的混凝土底材的防水應用，如廢水處理池等14I。
由于聚脲具有優(yōu)異的彈性，因此非常適合于作為底材如混凝土的防護材料。因為混凝土材料容易
脆裂，而聚脲具有非常好的裂縫延伸性。曾經(jīng)一個實驗對其延伸性做了檢測。將涂有SPUA材料的砼
樣品從1．8米高處自由落下，砼自身被震裂，但SPUA材料毫無損傷，并將砼的碎塊牢牢地聚集在一
起。由于SPUA材料自身優(yōu)異的柔韌性和力學強度，即使在混凝土開裂的情況下，聚脲材料不但自身
不會斷裂，而且還能將混凝土材料緊緊“抓住”，起到防水和保護作用。
二、噴涂聚脲體系的選擇
聚脲是由異氰酸酯組分(簡稱A組分)與氨基化合物組分(簡稱R組分)反應生成的一種彈性體
物質(zhì)。異氰酸酯既可以是芳香族的也可以是脂肪族的。其中的A組分可以是單體、聚合物、異氰酸酯
的衍生物、預聚物和半預聚物。預聚物和半預聚物是由端氨基或者端羥基化合物與異氰酸酯反應制得。其中的R組分必須是由端氨基樹脂和端氨基擴鏈劑組成，在端氨基樹脂中，不得含有任何羥基組分和
催化劑，但可以含有便于顏料分散的助劑。
選擇噴涂聚脲首先要考慮是采用脂肪族聚脲體系還是芳香族聚脲體系，因為這兩種體系的耐老化
性能有很大的差別。芳香族體系的聚脲具有非常優(yōu)異的物理機械性能，較高的性／價比，但芳香族二異氰酸酯特別是二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)容易受到紫外線照射而變色、降解。脂肪族聚脲的成本
相對昂貴，但它們的耐紫外線性能和顏色穩(wěn)定性是非常優(yōu)異的。芳香族聚脲顏色泛黃歸結于兩個原因
|5l：一是在波長約340納米的范圍內(nèi)，刺激芳香發(fā)色團生成Photo．Fries反應產(chǎn)物，如初級芳族胺。另一種是在波長為330～400納米的范圍內(nèi)，進一步將初始的Photo．Fries反應產(chǎn)物進行感光氧化作用生
成含有過氧化氫的苯醌一酰亞胺新型物質(zhì)(如圖1)。因此，芳香族聚脲在曝露場合下應用時，隨著時
間的延長，會出現(xiàn)不同程度的黃變、粉化、力學強度降低等現(xiàn)象。這種現(xiàn)象對于薄的聚脲涂層更為明
顯，這是由于涂層厚度減薄后，其表面對體積的比例增加，紫外線照射可深入涂層內(nèi)部，從而使聚脲
的老化擴展到整個涂層，因此力學強度降低明顯。添加合適的紫外光穩(wěn)定劑可以適當延長芳香族聚脲
涂層的使用壽命。但若應用于曝露場合，一定要噴涂脂肪族聚氨酯或聚脲面漆，并且面漆應該是彈性
其次要考慮剛性和彈性配方的選擇。一般說剛性材料硬度高，內(nèi)部化學交聯(lián)密度高，使得材料具
有較好的耐化學腐蝕和耐水性滲透率，且對基材的粘結力比較好。因此剛性的聚脲彈性體使用于金屬
結構的重防腐，如金屬管道內(nèi)襯、化T儲罐的內(nèi)襯等存在化學介質(zhì)的場合。彈性的聚脲以線性分子結
構為主，交聯(lián)密度低，但產(chǎn)品的彈性和柔韌性較好，具有較高的延伸率和耐沖擊性，非常適合混凝士
結構的防護工程中。若是在腐蝕強度不是太高的條件下，如海水，也可應用彈性體系作為金屬表面防
腐。
在防水工程中，聚脲應用于長期浸泡條件，水蒸汽透過率及濕態(tài)附著力是十分重要的技術指標。
眾所周知，電化學腐蝕發(fā)生的基本條件是水、氧和離子的存在，如果降低了水蒸汽透過率，也相應降
低了底材的腐蝕速度。在浸潤條件下，國外一般按ASTM E96進行測試，要求潮氣透過率值低于0．02
permsI引。另外一個重要技術指標是濕態(tài)附著力，涂層的防腐蝕功效是在濕態(tài)下(產(chǎn)生電化腐蝕)發(fā)揮作用。因此，干態(tài)附著力并不能保證涂層的耐腐蝕性，涂層浸漬在溶液或在水中浸泡，與大氣中的狀態(tài)
完全不同。所有的涂層都是半透膜，其濕態(tài)附著力與干態(tài)附著力有很大區(qū)別，在水滲透入底層后若涂
層仍保持好的附著力，則不會發(fā)生起泡、脫落等涂層破壞現(xiàn)象；涂層被機械外力破壞后，腐蝕也不會很快蔓延。
三、噴涂聚脲施工質(zhì)量控制
1、底材處理
聚脲產(chǎn)品有著非常快的反應速度和同化速度，因此表面處理對于能否成功應用聚脲具有很大的影
響。據(jù)不完全統(tǒng)計，聚脲工程的失敗大約80％與底材表面處理不當有關。
(1)金屬底材的處理
對于金屬底材，噴涂前表面處理的方法很多，如酸洗磷化、機械打磨、噴砂拋丸等。而噴砂迄今
為止仍是最佳的選擇。原因有二：其一，噴砂后鋼材表面清潔度有保證(>Sa2．5)；其二，噴砂后表
面粗糙度有保證(Rz 40．751am)。而且涂裝前底材具有一定的表面粗糙度不僅可大幅度增加聚脲與底
材接觸的表面積，還為附著提供了合適的表面幾何形狀，有利于聚脲與底材之間的粘接和涂層厚度分
布的均勻一致；剛噴砂后的鋼材，表面能增大，處于活化態(tài)，3小時之內(nèi)噴涂配套底漆，是涂料分子
與金屬表面極性基團之問相互吸引與粘接的最佳時期。涂裝前表面處理除了噴砂除銹外，還應包括噴
砂前除油和除去可溶性鹽等污染物。而一般施工者認為噴砂可以把它們清除，但實際上噴砂只是把大
部分的污染物深深嵌入鋼材的表面，形成更加隱蔽、危險性更大的污染。
(2)混凝土底材的處理
混凝土底材的情況十分復雜，是最難施工的底材之一，它多孔、透氣、透水并且表面強度低。這
種多孔性會使很多污染物滲透進來，如果這些污染物沒有清理掉，就會對聚脲工程造成極大的破壞。
表面強度低，呈現(xiàn)出一個脆弱的粘合界面。這些問題會潛在地造成聚脲體系與底材分層或起泡。所以，混凝土上層的浮漿以及混凝土上的污染物必須要清理掉，混凝土表面的凹陷一定要預先填平。處理的
主要目的是除去表面浮塵和雜物以利封閉底漆滲透。
混凝士基材的處理，首先要拋丸或打磨，增加粗糙度，保證附著力。然后修補表面的孔洞和裂縫。
最后清除灰塵，施工一道封閉底漆?；炷粱囊捎帽砀陕?、滲透時間長的底漆，讓其充分滲進底
材、反應固化后錨固底材。底漆滲得越多，工程質(zhì)量越有保障。另一個對混凝土非常重要的要考慮的
是，潮氣透過混凝土的散發(fā)以及滲透壓，這會潛在地造成所用涂層的分層和起泡。
有許多的標準可以用來檢測混凝十表面的處理情況。一個比較常用的標準是：SSPC．SPl3“混凝
土表面處理”。該標準引用了混凝七表面處理方面的其他的標準和檢測方法。
2、噴涂設備及噴槍
聚脲體系是由兩個化學活性極高的組分組成，混合后快速反應造成粘度迅速增大，如果沒有適當
的輸送、計量、霧化和清洗設備，這一反應將是無法控制的，所以噴涂聚脲工藝需要有專業(yè)的噴涂，
這一點完全不同于以往的普通涂料施工。噴涂設備是噴涂聚脲技術的的基礎，也是噴涂技術推廣應用
的難點。對噴涂設備的基本要求是1)能夠產(chǎn)生高壓；2)能夠對原料預熱；3)設備的供料能力要大
于噴槍的輸出量。實際噴涂的配置對材料的物理性能產(chǎn)生重要影響。表3、4為聚脲的物理性能與工
作壓力和工作溫度的關系l刀。
3、原料的攪拌及預熱
噴涂聚脲體系的R組分通常是加入顏料的。加入顏料的主要作用是用來增加聚脲產(chǎn)品的裝飾性、
耐紫外線性能、物理性能等。但是由于顏料的密度、界面狀態(tài)與純樹脂均存在差異，經(jīng)過一段時間后
都有沉積到底部的趨勢。即使加工時使用高剪切分散技術，仍難避免這種情況。在噴涂之前，沒有攪
拌原料，顏料將沉積。而噴涂設備仍然按1：1的體積比進行計量。毋庸質(zhì)疑，在輸送高顏料部分時將
有一部分反應性的樹脂被顏料所取代，出現(xiàn)比例失調(diào)。這將帶來一系列的問題：發(fā)泡、鼓泡、霧化效
果差、涂層顏色不均勻、涂層物理性能差等。
4、噴涂環(huán)境的控制
大量文獻介紹噴涂聚脲彈性體施工時不受施工溫度、濕度的影響，這是相當片面的。相對于聚氨
酯類的涂料，由于胺基聚醚與異氰酸酯反應速度很快，體系中不存在催化劑，因此聚脲受施工溫度、
濕度的影響較小，但并不代表溫度、濕度不對其產(chǎn)生負面影響。
(1)溫度對聚脲性能的影響
化學反應速度及反應程度受溫度的影響很大，一般化學反應，當溫度每升高lO℃時，反應速度大
約增大2"4倍，聚脲也不例外。同時，聚脲反應過程是一個玻璃化溫度逐步升高的過程，當其玻璃
化溫度接近固化溫度(通常是室溫)時，鏈段被凍結，反應速度變得異常緩慢，甚至停止。因此，低
溫固化聚脲的物理強度通常較高溫固化的低10---20％。
(2)濕度對聚脲性能的影響
如果濕度很大(如大于90％)，底材表面會形成一層薄薄的水膜。這可能對聚脲本身的物理性能
不會產(chǎn)生太大的影響，但對附著力會產(chǎn)生致命的影響。濕度很大時，噴涂聚脲彈性體容易形成微泡。
聚氨酯或聚脲涂層發(fā)泡存在兩種機理1)異氰酸酯與水反應，生成C02，這屬于化學發(fā)泡；2)水分在
噴涂過程中被裹進涂層中，而聚氨酯或聚脲的化學反應是一個放熱反應，水遇熱汽化、膨脹，這屬于
物理發(fā)泡。由于胺基聚醚或胺基擴鏈劑反應速度很快，一般不會產(chǎn)生化學發(fā)泡，但物理發(fā)泡是難以避免的。在高濕度下施工的聚脲涂層較干燥狀態(tài)下施工的涂層密度下降10％左右，物理強度下降20％左右。
(3)聚脲的后固化對其性能的影響
噴涂聚脲是一種瞬問反應、快速同化的新涂層體系，但這并不代表聚脲噴涂完畢后就達到較好的
力學強度。原因之一，由于聚脲反應速度很快并釋放出大_!阜=的熱，導致涂層在交聯(lián)初期產(chǎn)生較大的內(nèi)廊力，而內(nèi)應力的釋放通常需要一定時間，因此材料的物理性能／1i會很快達到最高值。原因之二，從化學原理上來講，聚脲反應是逐步加成反應，這不同于自由基聚合，分子量是逐步增長的，只有分了
量達到一定數(shù)值，才能宏觀表現(xiàn)出一定的力學強度。這與實際噴涂狀況是完全一致的：聚脲在最初的
幾個小時內(nèi)呈現(xiàn)的是一種乳酪狀狀態(tài)，沒有什么強度。因此，聚脲施T完畢后至少要在24小時到48
小時甚至更長的時間之后才能投入使用，否則很容易造成前期損壞。圖2為聚脲產(chǎn)品的強度隨時問的
變化曲線Ⅲl。
(4)聚脲的收縮率
聚脲產(chǎn)品是一種熱同性材料，所有的熱同性材料在周化時都有收縮現(xiàn)象。熱收縮率與所選擇的聚
脲配方體系和操作條件是有點接關系的。大多數(shù)工業(yè)應用的聚脲體系的收縮率都在0．5％左右，而配
方設計不當?shù)木垭弩w系收縮率高達5％，這對于實際應用是完全不可接受的。聚脲的收縮大多出現(xiàn)在
最初的24小時內(nèi)，然而有些在72小時后也有進一步的收縮，這主要取決于工藝和施‘T設備。一般固
化速度在3～10秒的聚脲體系，具有較高的拉伸強度和較低的伸長率(100～300％)，并且具有較高
的收縮率。而凝膠速度在15～45秒的噴涂體系中收縮率相對較低，且其伸長率都大于400％。聚脲的
線性收縮率也受施工條件的影響?？焖偻垭弩w系在施rT過程中需要加熱，如果施工過程中不加熱，或者加熱溫度達不到要求，雖然它能夠固化，但是會導致產(chǎn)品具有比較大的收縮率。在許多情況下，
收縮產(chǎn)生的力量可能大于聚脲產(chǎn)品初始的拉伸強度，并且在纖維底材上的產(chǎn)品會發(fā)生斷裂。
(S)聚脲涂層的厚度
首先，聚脲不是一個薄涂層施工技術，由于100％同含量，粘度低，所采用的樹脂分予囂較小，
成膜能力差，噴涂必須達到一定的厚度才能形成連續(xù)的涂膜，從實踐經(jīng)驗來看，聚脲涂層總體厚度不
能低于0．8mm。同時，每道聚脲施T的厚度也不要太薄，聚脲反應是放熱反應，涂層需要集中放熱來
加強同化，這樣才能達到很好的力學強度。對于防水T程來說我們一般推薦噴涂厚度為l一2mm比較適宜，這樣既節(jié)約了成_=串=又達到了很好的防水效果。
四、噴涂聚脲材料在防水工程中的應用
1、高速公路和隧道防水
目前，隧道防水的方法之一是在混凝士沉管外施t一道柔性防水層。噴涂聚脲比傳統(tǒng)的防水涂料
及橡膠卷材4(高‘分子片材)更適合在隧道等高難度工程中應用，．為新建隧道提供了上種方便可靠的
t舫水技術i川
n o京津高速鐵路就采用了聚脲作為防水材料。與傳統(tǒng)的鐵路不同，高鐵采用無渣軌道，要求防水層
．不僅具有防滲、抗裂的基本性能，還要能經(jīng)常經(jīng)受高速、重載、交變沖擊等火車告訴行使帶來的沖擊。噴涂聚脲層岡沒有接縫、粘結能力強，同時還具有優(yōu)異的耐磨性、抗沖擊、抗開裂、耐紫外線及耐高
低溫性能，滿足了高鐵的特殊要求。此外，噴涂聚脲技術對表面凹凸、拐角等不規(guī)則斷面有很好的適
應性，是不規(guī)則斷面較多的無渣軌道防水處理的良好選擇。該工程是當時全球最大的聚脲防水工程，
聚脲材料的防護面積達到95萬平方米，聚脲用量超過2000噸。
著名的美國波士頓地鐵隧道和中國香港地鐵隧道，均使用了聚脲作為防水層。1美國北卡羅來納
州的高速公路隧道是聚脲防水工程的又一成功實例。該隧道墻面為修筑在巖石上的混凝土，由于存在
滲漏問題，導致基礎結構逐漸老化、電氣泄露、容易短路以及長時間的腐蝕，甚至會導致巖石滑塌
的危險。通過廣泛的調(diào)研，決定使用聚脲對隧道進行修復，這主要基于聚脲具有耐腐蝕、，耐老化、附著力、好可低溫施工等優(yōu)點。施工后的聚脲彈性好，混凝七接縫處不易滲漏。
2、建筑防水
目前，市場上高檔防水涂料以聚氨酯和水性丙烯酸為主。水性丙烯酸涂料耐候性好，缺點是低溫
和高濕的條件下不能施工，透氣性高、不能封閉水汽。聚氨酯防水涂料色彩艷麗，防水性能好，但施
工時受濕度的影響易發(fā)泡，立面易流淌，而且易褪色，耐老化性能欠佳，施工進度較慢。
噴涂聚脲則不同，因為其自身柔韌性好、耐老化、強度高，即使在混凝土開裂的情況下，不但自
身不會斷裂，而且還能將混凝土緊緊抓住，起到防水和保護作用，特別適用于高檔建筑的屋面防水處
理。由于采用專用設備噴涂成膜工藝，聚脲防水結構整體性好、無接縫，避免了卷材接縫可能造成的
滲漏，施工效率極高。如毛主席紀念堂就采用了聚脲／聚氨酯復合防水保溫工藝。近年來美國在高檔大型公共建筑外墻結構中采用了EPS保溫、聚脲防水和表面裝飾一體復合體系，使外墻立面造型千變?nèi)f
化，絢麗多彩。
3、水池防水
噴涂聚脲材料施工速度快、維修時間短，作為防水襯里具有柔韌性好、不開裂等優(yōu)點且對水下生
物無毒害作用。著名的邁阿密水族館、辛辛那提水族館、國家大劇院景觀水池等都采用了聚脲作為水
池襯里材料。應用證明，聚脲防水材料具有優(yōu)異的防濕滑性能，管理人員可在水池底清理污物而不擔
心摔倒。此外，聚脲體系耐化學性能較好，可很好的耐受除藻劑多次擦洗后不腐蝕。此外聚脲彈性體
還可應用于污水處理池、二級嗣堰防腐、化工地溝、排水溝、地面防滲層中，兼具防水和防腐的作用。Chrysler，SBelvedere，IL工廠的一個面積約為810平方米的污水處理池使用了噴涂聚脲材料，該污水
池從1993年12月施工完畢至今仍然完好無損。
4、水工工程應用
中國水科院在尼爾基水利樞紐電站水輪機蝸殼的側墻混凝土進行了大面積的噴涂聚脲混凝土的
施工。該材料對于混凝土的防滲和抗沖磨的起到了很好的保護。
江蘇省新洋港閘鋼閘門的防腐。該閘門原防腐蝕設計標準為：一級噴砂除銹，噴涂150um厚Ac
鋁，面涂氯化橡膠厚150um。在該閘除險加固過程中，閘門防腐涂層系統(tǒng)出現(xiàn)了大面積鼓泡破壞現(xiàn)象，被迫中斷施工。對于涂層病害的處理，新洋鋼閘除險加固工程建設處委托南京水利科學院做了涂層系
統(tǒng)加速腐蝕試驗，實驗表明，在9個實驗方案中，聚脲防腐彈性體防腐效果最好。該工程采用噴涂聚
脲材料后完全達到了設計要求。
5、橋梁防護
美國加利福尼亞州舊金山市的圣馬特(San Mateo)混凝士大橋，橫跨舊金山海灣，原建于1929
年，1999年進行拓寬大修工程，橋長8600米，選用聚脲做防護層，對柱子、梁和橋面板進行防護。
該大橋總長8600米，防護總面積29．7萬平米，2003年5月完工。美國華盛頓州PASCO水泥高架
橋，建于20世紀30年代，經(jīng)過幾十年的使用，橋梁混凝土結構開裂、剝落、腐蝕嚴重，已屬危橋。
經(jīng)過多方面考證，最后決定用聚脲涂層進行防護和補強，采用不停用的情況下分段修復，既大大減低
了建橋費用，也減少了停用的損失。
美國肯塔基州在1995年""1997年間和采用聚脲對17座橋梁進行了修復。
美國賓法尼亞州在1998年"-"2001年間用聚脲共修復17座橋梁。美國俄亥俄州、馬里蘭州和弗吉尼亞
也用聚脲對水泥高架橋進行了修復。
結論
噴涂聚脲材料以其優(yōu)異的物理性能、防水性能，良好的施工性能已得到了眾多防水工程的認可．
隨著噴涂聚脲材料在京津高速、京滬高速防水中的應用，必將帶動聚脲材料在防水工程中更廣泛的運
用。
轉自:艾尼斯 〖用旺道,生意到〗
