聚脲树脂的发展及其在防水维修中的应用

卢宏(三棵树涂料股份有限公司，福建 莆田 351100)

0 引言

聚脲是碳酸的聚酰胺，与聚碳酸酯是探索的聚酯相当。脲基团极性大，可以形成更多的氢键，因此聚脲的熔点比相应的聚酰胺要高，韧性更大，适于纺织纤维。同时，聚氨酯材料是目前国际上性能最好的保温材料。主链含—NHCOO—重复结构单元的一类聚合物。英文缩写PU。由异氰酸酯(单体)与羟基化合物聚合而成。由于含强极性的氨基甲酸酯基，不溶于非极性基团，具有良好的耐油性、韧性、耐磨性、耐老化性和粘合性。用不同原料可制得适应较宽温度范围(-50～150℃)的材料 ，包括弹性体、热塑性树脂和热固性树脂。高温下不耐水解，亦不耐碱性介质。聚脲是高固体分绿色树脂的代表之一，通过氨基化合物与异氰酸酯固化剂相互作用，从而出现了聚脲。在其基础之上创造的喷涂聚脲弹性体技术具有显著优势，比如能够适应多种复杂环境，耐腐蚀、耐水性好，固化效率高，污染程度低，强度高等等，作为在投入生产的初级阶段，就受到了相关行业的高度重视，并迅速在行业内展开应用。

1 聚脲树脂制备技术

为了更加深层次的研究聚脲树脂的性能，以及具体的应用技术，众多的学者进行了相关的研究，如下：

黄微波等以Bayer 公司的Desmophen ® NH 系列NHXP-7068,NH1420, NH1220, NH XP-7161 为例[1]，阐明了聚脲树脂的构成、材料性质、特性、应用实例、反应活性以及材料性质，之后发现其二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)预聚物高于聚脲树脂与甲苯二异氰酸酯(TDI)预聚物的反应活性，并且表明，MDI 预聚物分子结构中NCO 的空间位阻效应远远低于TDI 预聚物，因此其凝胶时间呈现显著延长的状态。

刘培礼等基于聚脲树脂的制备反应，研究了存在差异的伯胺基与马来酸酯组分结构、存在差异的异氰酸酯固化剂对聚脲树脂性能产生的种种干扰，以及对于合成工艺的研究。通过一定的研究发现，树脂的漆膜软硬度与反应速度全都会受到马来酸组分的干扰，对于反应速度而言，结构存在明显差异的胺基组分也会在一定程度上影响到它，芳香族异氰酸酯固化剂与聚脲树脂反应非常迅速[2]，或多或少的会影响到涂层性能。相关研究已经证实，聚脲树脂不仅仅是防腐性能理想、保色性能理想，其较为普遍、施工容易的双组分聚氨酯面漆更有助于涂层性能大大提升，并且固化速度也更快，取得了较大进步，对比于脂肪族喷涂聚脲弹性体，附着力也呈现上升的状态。孙世刚等同样也研究了聚脲树脂的合成材料。

刘郅媛等对于聚脲树脂涂层湿热失效行为展开研究，在电化学阻抗谱的借助之下，研究了在环境较为潮湿、炎热的情况下，聚脲树脂涂层的失效行为，并且利用扫描电子显微镜，对聚脲树脂涂层失效前后表面形貌的波动进行研究。通过电化学研究结果可以了解到，表明涂层湿热失效主要分为3 个环节：第一个是在前期，涂层中电解质的渗透，第二个是在中期，基体金属腐蚀发生起始的过渡，第三个是在后期，基体金属的腐蚀扩展并导致涂层的失效[3]。

段衍鹏等在复配的过程中，采用了三种聚脲树脂，防腐填料用改性玻璃鳞片来替代[4]，从而把聚脲树脂防腐涂料研发出来了，研发出的涂料具有一定的适用期，2h 为宜，耐水性、耐候性、耐化学介质腐蚀性都非常高，并且具有优质的施工工艺。从金属基材的角度分析，涂膜的附着力具有显著优势，能够和环氧富锌底漆进行合理搭配，从而长时间、合理、有效的保护好桥梁、钻井平台、水工钢结构等，使其不受到损害。

2 聚脲树脂弹性防水涂料性能指标及防水修复

2.1 实验

2.1.1 实验原材料

聚天门冬氨酸酯树脂、市售弹性固化剂对比样品(分子式C6H6O4S) 2；HDI 三聚体、金红石型钛白粉、马来酸二乙酯(工业品)、氮气(工业品)、双一对一氨基环已基贾烷(工业品)、溶剂、助剂，市售[5]。

图1 天门冬氨酸结构图

图2 固化剂对比样品4-羟基苯磺酸结构图

2.1.2 实验设备

高速分散机；刮板细度计；Quv 老化机；万能试验机。

2.1.3 制备工艺

添加物料，掌握好研磨的细度不超过30um，再次加入其他物料，直至粘度最为合适，进行包装的过滤。标准试验按照标准要求制样，养护时间为一周[6]，之后展开性能测试。

2.1.4 结果与讨论

通过表1 了解到，不同弹性固化剂的扯断伸长率和拉伸强度有显著的差异，在同比系列中最低的为样品1，其伸长率仅仅为153%，905-85、样品2、A 固化剂的伸长率大约为300%，扯断伸长率最高的为B 固化剂，高达370%。样品2 中最低的为拉伸强度，仅仅为11.55MPa，C 固化剂最高，达到了19MPa。所以在对弹性防腐涂料配方主体树脂/固化剂方面进行设计的时候，能够适当的参考此结果，以此选择合理强度和伸长率的固化剂。对固化剂的耐候性进行判断时，依据漆膜的光泽随老化时间的变化来判断，由此可见，A 固化剂具有较差的耐候性，主要是因为A 固化剂属于 TDI 改性预聚体，存在聚醚型的结构，所以具有较差的耐候性，耐候面漆无法应用其[7]。但是因为A 固化剂具有粘度低、无溶剂、弹性理想的优点，对于无溶剂天冬聚脲弹性防腐、防水、地坪涂料的适用性非常强。IPDI 改性聚酯型预聚体不仅包括B 固化剂，也包括C 固化剂，其具有良好的耐候抗老化失光性能。关于这方面，表现优异的还有样品1和样品2。

2.2 屋面修复材料性能指标

屋面修复材料性能指标，如表2。

2.3 厨卫修复材料性能指标

厨卫修复材料性能指标，如表3。

表1 不同弹性固化剂的影响

表2 屋面修复材料性能指标

表3 厨卫修复材料性能指标

3 结语

即使大部分学者较为认同聚脲树脂材料以及其涂料的性能，可是其应用依旧没有质的飞跃，主要是三种原因，第一种是树脂材料的成本比较高，很多企业保持观望的态度，没有决定应用于企业中；第二种是对于该领域的研究较少，尤其是国内，不够关注工艺配套，对于相关材料的重视程度还远远不够，第三种是材料的性能仍具有不足之处，有很大的提升空间，应该需要解决玻璃化转变温度较高，以及试用期不够长的问题[8]。聚脲树脂材料也具有显著的优势，比如强度高、施工效率高、固含高等等，随着时代的变迁，社会各界都十分注重环保、无污染，人力成本也呈现逐渐增长的趋势，面对这种情形，聚脲树脂材料以及其涂料的发展潜力巨大，发展前景也一片光明。