聚脲樹脂的發展及其在防水維修中的應用

盧宏(三棵樹涂料股份有限公司，福建 莆田 351100)

0 引言

聚脲是碳酸的聚酰胺，與聚碳酸酯是探索的聚酯相當。脲基團極性大，可以形成更多的氫鍵，因此聚脲的熔點比相應的聚酰胺要高，韌性更大，適于紡織纖維。同時，聚氨酯材料是目前國際上性能最好的保溫材料。主鏈含—NHCOO—重復結構單元的一類聚合物。英文縮寫PU。由異氰酸酯(單體)與羥基化合物聚合而成。由于含強極性的氨基甲酸酯基，不溶于非極性基團，具有良好的耐油性、韌性、耐磨性、耐老化性和粘合性。用不同原料可制得適應較寬溫度范圍(-50～150℃)的材料 ，包括彈性體、熱塑性樹脂和熱固性樹脂。高溫下不耐水解，亦不耐堿性介質。聚脲是高固體分綠色樹脂的代表之一，通過氨基化合物與異氰酸酯固化劑相互作用，從而出現了聚脲。在其基礎之上創造的噴涂聚脲彈性體技術具有顯著優勢，比如能夠適應多種復雜環境，耐腐蝕、耐水性好，固化效率高，污染程度低，強度高等等，作為在投入生產的初級階段，就受到了相關行業的高度重視，并迅速在行業內展開應用。

1 聚脲樹脂制備技術

為了更加深層次的研究聚脲樹脂的性能，以及具體的應用技術，眾多的學者進行了相關的研究，如下：

黃微波等以Bayer 公司的Desmophen ? NH 系列NHXP-7068,NH1420, NH1220, NH XP-7161 為例[1]，闡明了聚脲樹脂的構成、材料性質、特性、應用實例、反應活性以及材料性質，之后發現其二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)預聚物高于聚脲樹脂與甲苯二異氰酸酯(TDI)預聚物的反應活性，并且表明，MDI 預聚物分子結構中NCO 的空間位阻效應遠遠低于TDI 預聚物，因此其凝膠時間呈現顯著延長的狀態。

劉培禮等基于聚脲樹脂的制備反應，研究了存在差異的伯胺基與馬來酸酯組分結構、存在差異的異氰酸酯固化劑對聚脲樹脂性能產生的種種干擾，以及對于合成工藝的研究。通過一定的研究發現，樹脂的漆膜軟硬度與反應速度全都會受到馬來酸組分的干擾，對于反應速度而言，結構存在明顯差異的胺基組分也會在一定程度上影響到它，芳香族異氰酸酯固化劑與聚脲樹脂反應非常迅速[2]，或多或少的會影響到涂層性能。相關研究已經證實，聚脲樹脂不僅僅是防腐性能理想、保色性能理想，其較為普遍、施工容易的雙組分聚氨酯面漆更有助于涂層性能大大提升，并且固化速度也更快，取得了較大進步，對比于脂肪族噴涂聚脲彈性體，附著力也呈現上升的狀態。孫世剛等同樣也研究了聚脲樹脂的合成材料。

劉郅媛等對于聚脲樹脂涂層濕熱失效行為展開研究，在電化學阻抗譜的借助之下，研究了在環境較為潮濕、炎熱的情況下，聚脲樹脂涂層的失效行為，并且利用掃描電子顯微鏡，對聚脲樹脂涂層失效前后表面形貌的波動進行研究。通過電化學研究結果可以了解到，表明涂層濕熱失效主要分為3 個環節：第一個是在前期，涂層中電解質的滲透，第二個是在中期，基體金屬腐蝕發生起始的過渡，第三個是在后期，基體金屬的腐蝕擴展并導致涂層的失效[3]。

段衍鵬等在復配的過程中，采用了三種聚脲樹脂，防腐填料用改性玻璃鱗片來替代[4]，從而把聚脲樹脂防腐涂料研發出來了，研發出的涂料具有一定的適用期，2h 為宜，耐水性、耐候性、耐化學介質腐蝕性都非常高，并且具有優質的施工工藝。從金屬基材的角度分析，涂膜的附著力具有顯著優勢，能夠和環氧富鋅底漆進行合理搭配，從而長時間、合理、有效的保護好橋梁、鉆井平臺、水工鋼結構等，使其不受到損害。

2 聚脲樹脂彈性防水涂料性能指標及防水修復

2.1 實驗

2.1.1 實驗原材料

聚天門冬氨酸酯樹脂、市售彈性固化劑對比樣品(分子式C6H6O4S) 2；HDI 三聚體、金紅石型鈦白粉、馬來酸二乙酯(工業品)、氮氣(工業品)、雙一對一氨基環已基賈烷(工業品)、溶劑、助劑，市售[5]。

圖1 天門冬氨酸結構圖

圖2 固化劑對比樣品4-羥基苯磺酸結構圖

2.1.2 實驗設備

高速分散機；刮板細度計；Quv 老化機；萬能試驗機。

2.1.3 制備工藝

添加物料，掌握好研磨的細度不超過30um，再次加入其他物料，直至粘度最為合適，進行包裝的過濾。標準試驗按照標準要求制樣，養護時間為一周[6]，之后展開性能測試。

2.1.4 結果與討論

通過表1 了解到，不同彈性固化劑的扯斷伸長率和拉伸強度有顯著的差異，在同比系列中最低的為樣品1，其伸長率僅僅為153%，905-85、樣品2、A 固化劑的伸長率大約為300%，扯斷伸長率最高的為B 固化劑，高達370%。樣品2 中最低的為拉伸強度，僅僅為11.55MPa，C 固化劑最高，達到了19MPa。所以在對彈性防腐涂料配方主體樹脂/固化劑方面進行設計的時候，能夠適當的參考此結果，以此選擇合理強度和伸長率的固化劑。對固化劑的耐候性進行判斷時，依據漆膜的光澤隨老化時間的變化來判斷，由此可見，A 固化劑具有較差的耐候性，主要是因為A 固化劑屬于 TDI 改性預聚體，存在聚醚型的結構，所以具有較差的耐候性，耐候面漆無法應用其[7]。但是因為A 固化劑具有粘度低、無溶劑、彈性理想的優點，對于無溶劑天冬聚脲彈性防腐、防水、地坪涂料的適用性非常強。IPDI 改性聚酯型預聚體不僅包括B 固化劑，也包括C 固化劑，其具有良好的耐候抗老化失光性能。關于這方面，表現優異的還有樣品1和樣品2。

2.2 屋面修復材料性能指標

屋面修復材料性能指標，如表2。

2.3 廚衛修復材料性能指標

廚衛修復材料性能指標，如表3。

表1 不同彈性固化劑的影響

表2 屋面修復材料性能指標

表3 廚衛修復材料性能指標

3 結語

即使大部分學者較為認同聚脲樹脂材料以及其涂料的性能，可是其應用依舊沒有質的飛躍，主要是三種原因，第一種是樹脂材料的成本比較高，很多企業保持觀望的態度，沒有決定應用于企業中；第二種是對于該領域的研究較少，尤其是國內，不夠關注工藝配套，對于相關材料的重視程度還遠遠不夠，第三種是材料的性能仍具有不足之處，有很大的提升空間，應該需要解決玻璃化轉變溫度較高，以及試用期不夠長的問題[8]。聚脲樹脂材料也具有顯著的優勢，比如強度高、施工效率高、固含高等等，隨著時代的變遷，社會各界都十分注重環保、無污染，人力成本也呈現逐漸增長的趨勢，面對這種情形，聚脲樹脂材料以及其涂料的發展潛力巨大，發展前景也一片光明。