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摘要：介紹了噴涂聚脲彈性體 (Spray Polyurea Elastomer, 簡稱 SPUA) 技術(shù)及其現(xiàn)狀、應(yīng)用情況 , 指出了這項(xiàng)技術(shù)目前還存在的問題以及發(fā)展趨勢。 


    關(guān)鍵詞：噴涂聚脲；現(xiàn)狀；應(yīng)用；存在問題；發(fā)展趨勢 

    0 前 言 

    噴涂聚脲彈性體技術(shù)是國外近十幾年來 , 繼高固體分涂料、水性涂料、輻射固化涂料、粉末涂料等低 ( 無 ) 污染涂裝技術(shù)之后 , 開發(fā)的一種新型無溶劑、無污染的綠色環(huán)保施工技術(shù) [1] 。該工藝屬快速反應(yīng)噴涂體系 , 原料體系綠色環(huán)保、固化速度快、工藝簡單 , 可方便地在立面、曲面上噴涂十幾毫米厚的涂層而不流掛 [2] 。 S P U A 技術(shù)全面突破了傳統(tǒng)環(huán)保型涂裝技術(shù)的局限。因此 , 該技術(shù)一問世 , 便在許多領(lǐng)域得到迅猛的發(fā)展。 

    1 聚脲的概況 

    1.1 聚脲的定義 [3] 

    隨著噴涂聚脲彈性體技術(shù)的發(fā)展 , 聚脲的定義也越來越清晰。根據(jù)最近美國聚脲發(fā)展協(xié)會 (Polyurea Development Association 簡稱 PDA) 對聚脲的定義是：噴涂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(yīng)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、聚合體、異氰酸酯的衍生物、預(yù)聚物和半預(yù)聚物。預(yù)聚物和半預(yù)聚物是由端氨基或者端羥基化合物與異氰酸酯反應(yīng)制得。其中的 R 組分必須是由端氨基樹脂和端氨基擴(kuò)鏈劑組成 , 在端氨基樹脂中 , 不得含有任何羥基成分和催化劑 , 但可以含有便于顏料分散的助劑。 

    1.2 聚脲產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn) 

    與傳統(tǒng)環(huán)保涂裝技術(shù)相比 ( 見表 1), 噴涂聚脲彈性體技術(shù)具有很多優(yōu)點(diǎn)。 


    聚脲材料性能優(yōu)越 , 其拉伸強(qiáng)度可達(dá)到 2 000 MPa 左右 , 伸長率可達(dá) 1 000%, 硬度可以任意調(diào)整 , 手感從軟橡皮 ( 邵 A30) 到硬彈性體 ( 邵 D65) ；耐介質(zhì)性能突出 , 耐候性好 , 耐冷、耐熱沖擊 , 對濕度、溫度不敏感 , 施工溫度范圍為 -40 ～ 150 ℃ , 可以承受 400 ℃ 的短時熱沖擊 , 在戶外長期使用不粉化、不開裂、不脫落；可以加入各種顏料、短玻璃纖維等填料制成不同顏色、性能要求的涂料產(chǎn)品；不含催化劑 , 快速固化 , 可以在任意曲面、斜面及垂直面上噴涂成型 , 不產(chǎn)生流掛現(xiàn)象 ,5 s 凝膠 , 1 m i n 即可達(dá)到步行強(qiáng)度。 

    2 聚脲技術(shù)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 

    總體來講 , 聚脲的發(fā)明地—— 美國是世界 S P U A 材料的消費(fèi)中心 , 而且主要成熟、先進(jìn)的技術(shù)還是美國占主導(dǎo)地位；其他國家從事聚脲研究的人員和公司也越來越多。我國從 1997 年引進(jìn)聚脲技術(shù)以來也有了長足的發(fā)展 [4] 。 

    2.1 聚脲在世界范圍的發(fā)展?fàn)顩r 

    美國是目前世界 S P U A 材料的消費(fèi)中心 , 據(jù)美國聚脲發(fā)展協(xié)會 (P D A) 統(tǒng)計 ,2002 年全球 S P U A 材料銷售額約 7 500 萬美元 , 消費(fèi)量約 1.13 萬 t, 其中美國消費(fèi)量為 9 600 t, 占全球總消費(fèi)量的 85% ；亞洲消費(fèi) 1 130 t, 占 10% ；歐洲 450 t, 約占 4% 。 2004 年 , 全球 S P U A 材料消費(fèi)量達(dá)到約 1.5 萬 t, 銷售額突破 2 億美元。在美國 , 混凝土保護(hù)領(lǐng)域占 S P U A 消費(fèi)量的 55%, 其次為皮卡耐磨襯里、鋼結(jié)構(gòu)防腐、屋面防水 , 分別占 12.8% 、 8.5% 、 4.3% 。在北美 S P U A 已逐步淘汰 S P U 、 S P U[A] 體系。澳大利亞、日本、韓國以及我國先后在 20 世紀(jì) 90 年代引進(jìn) S P U A 技術(shù) [3] , 并投入商業(yè)應(yīng)用 , 歐洲則是最近幾年才引進(jìn)聚脲技術(shù) , 發(fā)展相對比較晚。目前國外從事 S P U A 材料生產(chǎn)的廠商主要有美國的 SPI 、 NCS 、 Elastomer Specialties 等。 SPI 是世界最大的 S P U A 涂料生產(chǎn)商 , 其在美國的市場占有率達(dá) 50% 以上 , 并擁有最大的 S P U A 材料實(shí)驗(yàn)室。在專用噴涂設(shè)備領(lǐng)域 ,G r a c o 、 G u s m er( 已并入 Graco) 、 Binks 、 Glass-Craft 等公司制造的主機(jī)和噴槍壟斷了 SPUA 施工機(jī)械市場。由于聚脲彈性體技術(shù)比其他環(huán)保涂裝技術(shù)有許多非常明顯的優(yōu)勢 , 在很多領(lǐng)域都有很快的發(fā)展 , 聚脲技術(shù)必將引起越來越多的國家關(guān)注。 


    2.2 聚脲技術(shù)在國內(nèi)的發(fā)展?fàn)顩r 

    我國從事 S P U A 研究開發(fā)和商業(yè)推廣的單位越來越多 , 現(xiàn)在已有幾十家 , 其中主要有青島海洋化工研究院、煙臺華特聚氨酯有限公司、江蘇省化工研究所有限公司、湘江涂料化工集團(tuán)有限公司等。青島海洋化工研究院在 1995 年最早引入 S P U A 技術(shù)并展開研究 , 目前已開發(fā)出十幾個牌號的 S P U A 系列產(chǎn)品 , 并配套生產(chǎn)底漆、面漆、清洗劑等系列產(chǎn)品；江蘇化工研究所 2000 年進(jìn)行 S P U[A] 的研究開發(fā) , 其利用原有的 R I M 技術(shù)開發(fā)的 J S U 系列噴涂彈性體及專用端氨基聚醚已批量生產(chǎn) , 應(yīng)用領(lǐng)域涉及隧道防水、水閘防腐；湖南湘江涂料化工集團(tuán)有限公司 2000 年從美國引進(jìn) S P U A 技術(shù) , 并于 2001 年將其運(yùn)用于皮卡車耐磨襯里的研制 , 商品牌號為“優(yōu)力”； 2001 年煙臺華特聚氨酯公司開展了噴涂剛性 S P U 技術(shù)在屋面防水、管道防腐的應(yīng)用 , 目前已有 8 個牌號的品種； 2004 年 10 月 , 煙臺萬華股份有限公司北京研究院開發(fā)了 S P U A 技術(shù)及其基礎(chǔ)原料 ; 美國的紐科公司和聯(lián)合涂料公司、加拿大麥迪遜公司、德國巴斯夫公司、韓國一山聚氨酯公司和國都化學(xué)公司、臺灣環(huán)聚公司等也已陸續(xù)進(jìn)入我國市場。美國固瑞克 - 卡士馬公司 (G r a c o-G u s m e r) 于 2007 年 11 月推出其新一代聚脲施工設(shè)備 H X P3 主機(jī)和 T2 抽料泵。 2005 年初 , 中石油管道局頒布了我國第一個有關(guān)聚脲的技術(shù)規(guī)范——《鋼制管道聚脲涂層技術(shù)規(guī)范》。這些年在全社會的大力支持和推動下 ,S P U A 這一高新技術(shù)在我國運(yùn)動、娛樂和影視界得到健康、迅猛的發(fā)展 [5] 。我國開發(fā)的 S P U A 系列材料已在北京、上海、青島、無錫、西安、大連、廣州、昆明、沈陽等地區(qū)成功應(yīng)用 [6] 。聚脲材料在國內(nèi)引起了材料界和工程界的極大關(guān)注 , 市場需求旺盛 , 這表明我國已具備全面推廣、普及 S P U A 技術(shù)所需的技術(shù)儲備和市場潛力 , 聚脲技術(shù)在我國投入大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用的時機(jī)業(yè)已成熟。 

    3 聚脲彈性體技術(shù)的應(yīng)用 

    3.1 防水涂料領(lǐng)域 

    聚脲防水涂料已經(jīng)成功應(yīng)用于地下防水、防水圍堰以及污水處理池、游泳館、隧道、巷道等的防水、防滲透、工業(yè)廠房、大型建筑屋面、冷庫隔氣、橋梁、發(fā)電廠等多種建筑上 [7] 。 2007 年 , 毛主席紀(jì)念堂修葺工程采用此技術(shù)后 , 解決了多年的雨水滲漏問題；國家大劇院 35 000 m 2 人工湖采用噴涂聚脲技術(shù) , 成功攻克了“湖中明珠”防水阻滲的技術(shù)難關(guān)； 2007 年 11 月聚脲彈性體在加拿大的“ On e P a r kTower ”公園的獅像滴水嘴上成功應(yīng)用。 

    3.2 防腐耐磨涂料的應(yīng)用 

    聚脲防腐耐磨涂料主要應(yīng)用于襯膠管道、礦山設(shè)備、卡車襯里、洗礦滾筒、水泥砂漿處理設(shè)備等。 

    3.3 聚脲鋪面涂料的應(yīng)用 

    聚脲鋪面涂料與底漆、面漆涂層配合 , 構(gòu)成堅韌牢固且裝飾性好的地面保護(hù)體系 , 這類涂料在網(wǎng)球場、籃球場、游泳館、醫(yī)院、幼兒園、電子超凈車間、健美館、停車場、工地地面等都有應(yīng)用。據(jù)了解 , 青島海洋化工研究院的室外籃球場的應(yīng)用就非常成功。 

    3.4 工業(yè)重防腐涂料 

    用于儲罐襯里、圍堰、管道防腐、酸洗槽、電鍍槽等的防護(hù)、防腐、防滲漏領(lǐng)域 , 這是目前我國 S P U A 消費(fèi)最大的領(lǐng)域。目前以出口鑄鐵管和儲罐防腐為主 , 僅出口鑄鐵管防腐領(lǐng)域的年消費(fèi)量就在 700 t 以上 , 約占我國年消費(fèi)量的 1/3 。 

    3.5 脫硫?qū)Ｓ猛苛?nbsp;

    這類涂料具有對二氧化硫、三氧化硫氮氧化合物等酸性化學(xué)腐蝕介質(zhì)更好的耐受性 , 耐磨性好 , 有較低的表面能 , 疏水性強(qiáng) , 短時耐沖擊溫度可達(dá) 280 ℃ 。這類涂料主要用于電廠脫硫煙風(fēng)道、脫硫系統(tǒng)中管道及設(shè)備防腐、海水法脫硫設(shè)備防腐脫硫后煙囪內(nèi)壁防腐。 

    3.6 其他領(lǐng)域 

    聚脲彈性體在冶金電鍍、路面標(biāo)線 [8] 、軍事領(lǐng)域、影視道具、反應(yīng)罐、高溫爐等諸多領(lǐng)域發(fā)揮越來越重要的作用。 

    4 聚脲彈性體涂料存在的問題 

    雖然聚脲有很多的優(yōu)點(diǎn) , 但是在應(yīng)用和推廣過程中還存在一些人為或技術(shù)方面的問題。 

    4.1 聚脲彈性體涂料在應(yīng)用中的問題 

    聚脲的應(yīng)用存在的問題中 , 部分問題可能由于在這種技術(shù)引入時缺乏經(jīng)驗(yàn) ; 部分由于缺乏足夠的施工設(shè)備及這種新技術(shù)不能像已有涂料體系同樣方式施工的事實(shí)。因?yàn)樗�看起來幾乎不太容易施�?nbsp;, 聚脲是快干涂料 , 可以在施工后立即投入使用 , 只要幾個小時涂層就可以達(dá)到最好性能 , 它對水或溫度不敏感 , 易于配制和生產(chǎn)。以下列出了一些不成功試驗(yàn)及其解決方案。 

    4.1.1 體系干得太快 , 層間附著力差 [9-10] 


    市場上引入的第一個體系確實(shí)干得很快 , 膠化時間最大為 2 s, 涂層在實(shí)驗(yàn)室測試時層間附著力非常好。但發(fā)生層間附著力問題時 , 往往相關(guān)聯(lián)的問題回到采用的原材料、體系的制備或噴涂設(shè)備上。噴涂設(shè)備問題或一種組分或二種組分混合模式的加料可能混合不好 , 噴涂的機(jī)器設(shè)定的調(diào)整可以解決這個問題。 

    4.1.2 表面質(zhì)量很差 

    由于體系的高活性 , 涂膜的表面質(zhì)量最初很差。噴涂設(shè)備細(xì)調(diào)是解決這個問題的第一個改進(jìn)。采用無 V O C 的活性稀料、開發(fā)具有 2,4 異構(gòu)體含量高的新的 M D I 預(yù)聚物 , 可以完善表面質(zhì)量而不多消耗施工時間。 

    4.1.3 涂層厚度增加太快 

    聚脲噴涂涂料的最初施工產(chǎn)生的涂膜太厚 , 噴涂設(shè)備進(jìn)一步改進(jìn)可使施工的膜厚達(dá)到所需的幾百個微米 , 不久將來可以實(shí)現(xiàn) 100 ～ 150 μ m 。 

    4.1.4 底材潤濕性很差 

    這又是一個與采用極快速噴涂體系的聚脲的開發(fā)階段有關(guān)的問題 , 開發(fā)程序集中在對混凝土的附著力 , 采用膠化時間 3 ～ 4 s 聚脲體系使得在混凝土上內(nèi)聚附著力差 , 實(shí)際應(yīng)用中 , 為降低野外的可變風(fēng)險 , 采用一種由底漆和面漆組成的多層體系。 

    4.2 聚脲彈性體在實(shí)際推廣中的問題 

    由于聚脲是很先進(jìn)的技術(shù) , 所以在原材料、設(shè)備等方面的投資還很大 , 況且其市場認(rèn)知度還有待提高 , 施工人員的素質(zhì)有限等多方面的因素導(dǎo)致在推廣方面還存不少的問題。 

    4.2.1 原材料和設(shè)備投資大 

    當(dāng)考慮原材料成本時 , “純”聚脲體系更貴 , 而且設(shè)備的初期投資相當(dāng)大。在我國這種情況更突出 , 因?yàn)橹饕�原料及專用的噴涂設(shè)備依賴進(jìn)口。 

    4.2.2 市場認(rèn)知度有待提高 

    市場對 S P U A 材料的優(yōu)異性能認(rèn)識不夠 , 加之價格較普通涂料高 , 大規(guī)模推廣仍然存在困難。但從長期效益看 ,S P U A 材料施工質(zhì)量和使用壽命都較傳統(tǒng)涂料優(yōu)勢明顯 , 后期投入明顯降低 , 很容易彌補(bǔ)原料成本差距 , 對于大型工程的維護(hù) , 這一點(diǎn)更加突出。必須加強(qiáng) S P U A 材料的市場推廣手段 , 使社會認(rèn)識到 S P U A 材料在經(jīng)濟(jì)性方面的“長期”優(yōu)勢。 

    4.2.3 豐富經(jīng)驗(yàn)的施工者 


    受過良好訓(xùn)練的施工隊(duì)伍的經(jīng)驗(yàn)和動力與噴涂設(shè)備、原材料選擇、足夠的人身保護(hù)設(shè)備及合適體系的配方同樣重要。 

    5 我國聚脲涂料的發(fā)展方向 

    未來幾年 ,S P U A 材料最具潛力的市場將是石油、天然氣管道的防腐領(lǐng)域。我國已有 7 萬 k m 的油氣管道 ,55% 以上的管線存在穿孔和腐蝕、超齡使用等問題。由于我國原先采用的“三 P E ”防腐技術(shù)施工質(zhì)量差 , 易脫落 , 野外施工困難 , 異型管件防腐效果無法保證 , 特別是管件接頭部分無法保證防腐效果 , 為 S P U A 防腐技術(shù)提供了巨大的推廣商機(jī)。據(jù)統(tǒng)計 , 僅用于石油管線的接頭部分防腐處理所需的 S P U A 材料就在 1 000 t 以上 , 如果加上管路修補(bǔ)和即將投建的大批油氣管路的防腐蝕需求 , 市場容量將十分驚人。我國的 S P U A 行業(yè)仍處于幼稚期 , 產(chǎn)品品種、規(guī)格單一 , 尚未形成規(guī)模效應(yīng) , 各公司和單位專業(yè)化程度參差不齊 , 與國外發(fā)達(dá)國家還有相當(dāng)大的差距。要努力實(shí)現(xiàn)主導(dǎo)產(chǎn)品的系列化、規(guī)模化 , 實(shí)現(xiàn)市場的規(guī)范化 , 切實(shí)提高售后服務(wù)的專業(yè)化水平。要加快聚脲彈性體原材料和設(shè)備的國產(chǎn)化進(jìn)程 , 使產(chǎn)品系統(tǒng)化 , 擴(kuò)大聚脲彈性體的應(yīng)用范圍。使聚脲彈性體的干燥范圍擴(kuò)大 , 簡化其施工的難度 , 一方面繼續(xù)研究快干聚脲彈性體技術(shù)以及相關(guān)設(shè)備；另一方面加快研究聚門天冬氨酸酯聚脲的進(jìn)程 [11] , 使這項(xiàng)技術(shù)在國內(nèi)盡快成熟 , 這樣才能加快聚脲彈性體的推廣范圍和這項(xiàng)技術(shù)的進(jìn)一步成熟。 

    6 結(jié) 論 

    聚脲在涂料工業(yè)及聚氨酯涂料工業(yè)中的地位獨(dú)特 , 經(jīng)過這些年的努力 , 原材料和施工設(shè)備的新進(jìn)展均相應(yīng)擴(kuò)大了其應(yīng)用領(lǐng)域。但是聚脲涂料仍不能替代所有其他涂料體系 , 但在涂料市場中具有重要的地位 , 盡管原料成本高 , 但由于聚脲彈性體材料自身的獨(dú)特性能 , 如果滿足一個或更多獨(dú)特性能要求 , 取決于要求最終性能和施工條件 , 聚脲涂料仍可能是最好甚至惟一合適的途徑 , 這就使其仍是目前最受人們關(guān)注的涂料 , 而且有很大的空間有待人們?nèi)ラ_發(fā)利用。