轉自《上海塗料 》第 46卷第 6期 2008年 6月
摘 要：給出了聚脲的科學定義，介紹了聚脲的成膜機理、施工隱患及解決方案。
關鍵詞：噴塗；聚脲；施工
0 前言
常言道："三分塗料、七分施工"，指的是：塗料作為一種非成品物質，必須經過完善的施工過程，才能將其優良的性能發揮出來；就整個塗料從配方、生產和施1 等全過程而言，其施丁的分量佔到了70％以上，這足以說明施工對塗料來說是何等的重要。
2008年是 中國聚脲技術誕生 10周 年，在過去 的十年裡，我國的聚脲工業從無到有、從小到大，從2000年的20 t發展到2007年的6 000 t；在應用方面也從早期的籃球場地 、小型看臺、電廠水池、管道內襯 、皮卡車斗和影視道具等小規模場合，逐漸擴大到京津城際高速鐵路路基、奧運會比賽場館大型看臺、國家大劇院室外景觀水池 、上海洋山深水港築港鋼樁、毛主席紀念堂屋面等大型基礎設施領域，取得了舉世矚目的業績，應該給予充分的肯定。
但是，縱觀我國聚脲工程的施工質量，仍存在著很多問題。這其中除了大量使用半聚脲以外，最根本的問題是：技術人員、施T人員和監理人員缺乏正規的聚脲技術培訓，有的連起碼的聚脲常識都不具備，盲 目施工、野蠻施工的現象大量存在，造成嚴重的工程質量問題。
筆者根據長期從事塗料、特別是聚脲塗層研究和應用的體會 ，認為：不能過分誇大聚脲快速固化的優勢，要全面、正確地領會聚脲施工的要領，否則，會將這種優勢變為劣勢，造成 "一撕一大片、一揭一整張"的現象重演。為此在2005年就提出了"一分聚脲、九分施工"的倡議，旨在倡導大家重視聚脲基礎知識的學習、強化施工資質的培訓，為今後更好地使用聚脲打下基礎。
本文作為 "慶祝中國聚脲誕生十週年"的紀念性文章，想借此機會再次強調："一分聚脲、九分施工"
的重要意義。
1 科學定義
早期對噴塗聚氨酯、聚氨酯(脲 )、聚脲的定義比較含混，即：將樹脂組分(簡稱R或B組分)中端氨
基樹脂和端氨基擴鏈劑含量在80％以上的體系，稱為聚脲；將R組分中端羥基樹脂和端羥基擴鏈劑含量在80％以上的體系，稱為聚氨酯；介於兩者之問的稱為聚氨酯(脲 )或雜合體。
隨著聚脲技術的發展，特別是2000年美國成立"聚脲發展協會"(Polyurea Development Association簡稱 PDA)以後，為了進一步規範美國市場，PDA技術委員會對噴塗聚氨酯、聚氨酯(脲 )、聚脲重新進行了嚴格的定義：
噴塗聚氨酯：簡稱SPU，由異氰酸酯組分(簡稱A組分 )與樹脂組分(簡稱R或B組分 )反應生成的一
種彈性體物質。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、預聚物和半預聚物；預聚物和半預聚物是由端羥基化合物與異氰酸酯反應制得。其中的R組分必須是由端羥基樹脂(例如：二元醇、三元醇、多羥基聚合物多元醇等 )和端羥基(芳香族或脂肪族 )擴鏈劑組成，在端羥基樹脂中，必須含有用於提高反應活性的催化劑。
噴塗聚氨酯(脲 )：簡稱SPU(A)，也叫雜合體(hybrid)，國內稱之為半聚脲。它是 由異氰酸酯組分
(簡稱A組分 )與樹脂組分(簡稱R組分 )反應生成的 一 種彈性體物質。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、預聚物和半預聚物；預聚物和半預聚物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組分既可以是端羥基樹脂，也可以由端氨基樹脂和擴鏈劑組成，在樹脂組分中，可以含有用於提高反應活性的催化劑。
噴塗聚脲：簡稱SPUA，即純聚脲。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。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，不得含有任何羥基成分和催化劑，但可以含有便於顏料分散的助劑。
噴塗彈性體最早起源於20世紀70年代，初期的品種是SPU，但在施工時體系容易與周 圍環境 中的水分、溼氣反應，產生二氧化碳，生成泡沫狀彈性體(foamy elastomer)，造成材料力學性能不穩定。因此，人們很快想到在樹脂組分 中引入端氨基化合物，即SPU(A)。這樣，可有效地阻止異氰酸酯與水分、溼氣的反應，材料力學性能得到很大改善，工程應用明顯增加。
但是，SPU(A)仍然沒有從根本上解決體系的發泡問題，在 【程實踐中，還是經常出現一些發泡、分層等缺陷。20世紀80年代中期，美國Texaco(即現在的Huntsman)公司在化學家Dudley J．Primeaux 1I的帶領下，在世界上率先開發成功 SPUA技術 ，從而從根本上解決了困擾施工界的重大技術難題。國內在筆者的帶領下，於 1998年9月 18日在海洋化工研究院研製成功中國第一個 SPUA配方，1999年在青島海豚館室外表演水池進行了首次防水施工應用；2000年以後，聚脲技術逐漸在我國推廣、普及開來。
由於端氨基聚醚價格比較昂貴，使得SPUA技術難以在我國大規模普及。在一些用戶要求不高、環境比較乾燥的場合 ，SPU(A)即半聚脲，也是一種較為經濟實用的辦法。但是，我們應該清醒地看到：要達到穩定的材料性能，尤其是耐介質性、耐久性、耐老化性等，必須使用 SPUA技術，這一點毋庸置疑。
2 成膜機理
聚脲反應的實質是半預聚物與氨基聚醚及胺類擴鏈劑的反應。由於氨基聚醚活性很高以及 N原子的鹼
性 ，反應不需要催化劑就能在極短的時問內劇烈放熱並固化成型。因此，噴塗聚脲彈性體可以在極為苛刻的條件下施工，即使底材完全被水浸溼或空氣中溼度很大時，SPUA材料仍不會有任何發泡的跡象。甚至在很低的溫度下(如零下20℃)，SPUA材料仍會固化。
而SPU或SPU(A)彈性體反應機理與SPUA材料截然不同，由於含有反應活性較低的端羥基化合物，要想達到較快的反應速度必須加入大量的催化劑，而催化劑的引入有如下缺點：(1)催化劑既可以加速端羥基聚醚與異氰酸酯的反應，同時也加速水與異氰酸酯的反應，因而在施工過程中容易發泡，破壞材料的性能；(2)催化劑既可以加速彈性體的生成反應，同時也可以加速彈性體投入使用以後的降解過程，所得彈性體的耐老化性能差；(3)在環境溫度發生變化時，催化劑對反應的催化效果相差較大，體系不穩定；(4)在噴塗SPU或SPU(A)時，一般採用有機金屬類催化劑與叔胺類催化劑進行復配，但叔胺類催化劑在較高的溫度下容易揮發，噴塗時氣味大，損害人體健康。
因此，無論是從材料本身的化學耐久性、耐老化性，還是施工過程中的可靠性、穩定性來說，都應該使用純聚脲，即SPUA。
3 施工隱患及解決方案
任何事物都是一分為二的。SPUA的快速反應、瞬間固化是它最大的優點，但是，如果不能正確領會其化學本質、缺乏正規技術培訓 、片面追求快速性的話，就會成為施工隱患，出現：與底材的附著力低；塗層表面針孔多；層間結合不 良；塗層表面出現 "麻面"等嚴重施工質量問題。究其根源，都是因聚脲的快速反應和集中放熱所造成的'，具體原因分析及解決方案如 下：
(1)塗料與底材產生附著力的過程實際上是塗料分子浸潤到底材表面後，通過固化成膜，與底材產
生化學或物理結合的過程。SPUA材料因快速反應、瞬間固化，導致對底材的浸潤能力很差，難以產生良好的附著力，需要通過施工配套性良好的專用底漆，來大幅度提高其對底材的附著力。而且，不同的底材所對應的底漆也有所區別，需要專門的技術培訓。
(2)普通塗料或者油漆對各類底材上的微小針孑L具有很好的封堵作用，原因是塗料或者油漆能夠緩
慢滲入到微孑L中去，將其中的殘餘空氣排除後凝固成膜。但是，如果在含有大量微小針孔的底材表面直接噴塗聚脲的話，由於所要施工的是一個加熱到65℃的雙組分快速固化體系。聚脲塗料 自身的劇烈化學反應產生的放熱現象，會將封閉在針孔中的空氣或潮氣迅速加熱，併產生膨脹。膨脹的氣體會穿過剛施工過的塗層表面，從而產生更大的針孑L。這也是聚脲施工前，建議必須施工底漆的原因。
對於多孔的混凝土底材表面，首先需要大面積刮塗細的乾粉砂漿找平，再施工 1-2道底漆後，才能進行SPUA材料的施工。
(3)SPUA材料的化學反應速度極快，如果沒有進行特殊的配方設計，塗層表面會在數小時之內迅速
失去活性，令隨後施工的SPUA塗層難以同前者產生良好的結合力，在結合面出現剝離現象。
解決方法 ：如果兩層之間的施工間隔是在2～3天以內，可在SPUA配方設計中添加助活劑，延長與後續聚脲塗層形成結合力的時間；如果兩層之間的施工間隔在5 d以上，需要使用動力]二具將舊的SPUA塗層邊界15～20 cm表面打毛，並將它的最邊緣處打磨成小於30度的斜面，再在已經打磨的舊SPUA塗層表面塗刷專用層問粘合劑後，才能進行新SPUA材料與舊SPUA材料的搭接，從而產生良好的界面結合力。
(4)SPUA材料凝膠速度極快，加上噴塗壓力高達2 500 psi(約合 175個大氣壓 )左右，使得噴塗現場形
成嚴重的"漆霧"，並很快就凝結成半固體狀微小顆粒彌散在空氣中。這些微小顆粒會隨重力緩緩落下，並粘附在已經固化的SPUA塗層表面，形成明暗不一的"霧痕"，或者稱之為"麻面"，非常難於清理，嚴重汙損非施工區域，給SPUA材料在室內狹小空間的作業帶來嚴重困難。筆者曾經帶隊在上海滬東造船廠施工過船舶的艙室，充分感受到聚脲在管道密佈、設備擁擠的場合施工，其事先遮護、事後清理的工作量之大。
因此，在鋼結構儲罐內壁防腐施工時，聚脲有兩種作業方式：
方法一：自上而下式，首先噴塗罐體頂部，需要將未噴塗的下面區域用塑料布進行遮護，並隨著噴塗作業向下的進行，逐漸拆除塑料布；方法二：自下而上式，首先將罐體底部噴塗均勻後，不必使用塑料布遮護，直接向上推進噴塗施工，直到全部噴完。但是，無論哪種方法施工，都要加強通風，最大限度地排走"漆霧"。
方法一的優點是：罐體表面狀態好，缺點是：遮護和拆除工作量大，施工速度慢；方法二的優點是：無需遮護，施工速度快，缺點是：罐體底部累積了大量SPUA顆粒，雖不影響防腐效果，但外觀不理想，表面凹凸不平，罐體投入使用以後的積液不便清理。
4 加強正規培訓
雖然從施工工藝上看SPUA屬於高壓無氣噴塗，但是，由於其快速固化、劇烈放熱、輸出量大、噴槍及料管沉重等客觀因素的限制，使得SPUA材料噴塗的精確性和裝飾性，遠比不上普通高壓無氣噴塗。初學者極易出現厚度不勻、流掛、凹凸不平 、漏塗、麻面等不良後果。即使是熟練掌握普通高壓無氣噴塗工藝的人，如果缺乏對聚脲材料化學特性和噴塗設備的學習和了解，也會出現這樣或那樣的問題 ，給工程質量帶來問題。因此，美國最先建立起了專業的培訓隊伍。
筆者認為：磨刀不誤砍柴功，必須充分認識到聚脲施工的難度和科學要求 ，儘快建立起適合我國國情的聚脲正規培訓機制。讓技術人員、施工人員和監理人員全面掌握聚脲的基本知識和施工要領，揚長避短，把聚脲快速固化、防護性強的優勢發揮得淋漓盡致，為國民經濟和國防建設做出更大的貢獻!
參考文獻
l D．J．PdmeauxⅡ．JohnP．Courier．Equipment andOrgatfizationforApphcation
of Polyurea Elastomer Systems，Proceedings of The 2nd PDA Annual
Conference Meeting，Nov．28-30，2001，Orlando，FL，USA
2 黃微波．噴塗聚脲彈性體技術【J̈】，北京：化學工業出版社，2005
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