聚脲弹性体的发展

摘要：介绍了喷涂聚脲弹性体的理化性能、技术特点、研发历程、应用领域及前景展望，并对聚脲弹性体产业在今后国内的发展提出了一些建议。

关键词：涂料，聚脲，性质，市场需求分析，远景

聚脲是国外近20年来刚刚兴起的一种新型环保材料。美国聚脲发展协会(PDA)对聚脲的定义是由异氰酸酯封端的预聚物与氨基化合物组分反应生成的高聚物。采用喷涂工艺施工的喷涂聚脲弹性体称为Spray Polyurea Elastomer，简称SPUA。聚脲是聚氨酯的升级产品，被誉为20世纪末期涂料，是现代涂装领域重要的创新技术。喷涂聚脲弹性体性能优越，能充分满足混凝土、金属、木材等各类材料的防水、防腐以及装饰的要求。聚脲优异的物理化学性能及适用性能给机械设备、石油化工、矿山开采、防水工程、道具制作、车间地坪、体育设施等工程领域带来全新的发展。

目前，喷涂聚脲弹性体产品的应用范围日益扩大，可广泛应用于钢结构防腐、混凝土保护、屋面防水保温、水池防护内衬、工业地坪、城市立交桥防护、港口设施、水电工程、核电工程等领域。我国已经应用喷涂聚脲技术的重要工程有京津高速铁路、国家奥运场馆、洋山深水港、上海世博会场馆、上海外滩交通通道等大型基础设施建设，正在建设中的京沪高铁全线路轨混凝土防护也将全面应用这项先进技术。在防腐蚀性能和环境保护方面，聚脲弹性体己显示出了巨大的技术和市场优势，并受到日益广泛的关注。

1 理化性能

聚脲，是由异氰酸酯组分与氨基化合物组分反应生成的一种弹性体物质，被视为继高固体分涂料、水性涂料、光固化涂料、粉末涂料之后的一种新型无溶剂、无污染的“绿色涂料”。聚脲材料具有高抗冲击性、高伸长率、高撕裂强度等优异的综合力学性能，拉伸强度最高可达2715MPa，伸长率最高可达1000%。聚脲的耐介质性能十分突出，耐候性好，耐冷、耐高温和热冲击，对湿度和温度不敏感，防水、耐磨、耐老化、耐化学介质和交变温度(压力)、耐核辐射，在户外长期使用不粉化、不开裂、不脱落，极大地延长了钢结构、混凝土的寿命。聚脲弹性体对混凝土的粘结强度)5MPa，超过混凝土间粘结强度，是一种集塑料、橡胶、涂料、玻璃钢之大成的“万能”材料。

喷涂聚脲弹性体由半预聚体、端氨基聚醚、胺扩链剂等原料组成，采用先进喷涂技术成型，快速固化，具有优异理化性能等突出特点，使其在工程应用中显示出无可比拟的优越性。聚脲弹性体可以加入各种颜料制成不同颜色的制品，可掺人其他填料如短玻璃丝纤维等对材料进行增强，并具有良好的热稳定性，可在170℃下长期使用，并承受350℃的短时热冲击。聚脲快速固化特性使其可在任意曲面、斜面、垂直面及顶面连续喷涂成型，不产生流挂现象，5s即凝胶，1min后便可达到步行强度。聚脲弹性体与其他新型环保涂料相比，不论是材料本身还是从施工技术上来说都具有突出的优异性能。聚脲与环氧树脂的主要物理化学性能对照见表1。

2 聚脲弹性体喷涂技术特点

2.1现场施工方便

施工时不受环境温度、湿度影响，可在冰上施工，在-28t下施工及在冰柜中固化。不含催化剂，快速固化、凝胶，3min可达到强度。立面连续喷涂无流挂，效率极高，一次施工即可达到设计的厚度，克服了其他材料多道施工的麻烦。喷涂施工快捷，使用成套喷涂设备，单机日施工面积在1000m2以上。喷涂聚脲材料节点细部施工较方便，不需要专用纤维增强层。施工后不需要特别维护，节省了昂贵的维护费用。

2.2涂层性能优越

涂层致密、连续、光滑、无接缝、无针孔，防腐性优越，物理性能优异，强度好，伸长率高，美观实用。聚脲弹性体对钢、铸铁、铝、混凝土、木材、泡沫等各类底材均有优良的附着力。长期使用不起泡，不脱落，不空鼓。根据使用需要，可随意调整涂层厚度，并且耐候性好，户外长期使用无粉化、无开裂、无脱落。涂层具有优良的抗水渗透性，整体无缝、组织致密、坚韧、粘结力强，真正的“皮肤式”防水，可用于迎水面防水，也可用于背水面防水。

2.3符合环保要求

聚脲弹性体双组分，100%的固含量，配方体系任意可调，手感从软橡皮到硬弹性体。可以像普通涂料一样，加入各种颜、染料，制成不同颜色的制品。不含任何挥发性有机化合物(volatile organic compounds，VOC)，对环境友好，抗燃阻燃性好，着火蔓延率低，并可自熄，全面突破了传统环保型涂装技术的局限性，可广泛应用于防水、防腐、耐磨、表面装饰等领域，是无污染的绿色喷涂技术。

2.4应用范围广泛

聚脲的抗拉强度、撕裂强度、冲击强度、粘结力、延伸率、耐磨性、耐刺穿、抗碾压、耐硌破、防湿滑等特点显著，并且有优异的抗混凝土开裂性和良好的防腐功能。聚脲可耐大部分腐蚀介质酸、碱、盐、海水、氯离子等的长期浸泡，对金属、非金属底材均有极强附着力，如钢、铝、钢筋混凝土、木材、玻璃钢、聚氨酯泡沫等，并已成为石油、天然气、石化、化工、海洋石油、高速铁路、水利工程、污水处理等众多领域新一代防腐、防水、耐磨的新型涂料。

与传统环保型涂料相比，聚脲弹性体拥有无可比拟的优越性，聚脲弹性体与其他传统环保型涂料使用性能比较见表2。

3 研发历程

喷涂聚脲弹性体技术是为适应环保需求而研制、开发的一种新型无溶剂、无污染的绿色涂装技术，是21世纪的一项科学创举，其发展经历了聚氨酯、聚氨酯脲和聚脲三个阶段。德国、美国是喷涂弹性体技术的发源地，这项技术最先由美国在1986年研发成功，1991

年开始在北美地区进入商业化应用，显示出其优异的综合性能，受到用户欢迎。并于2000年成立美国聚脲发展协会。据该协会最新统计显示，2008年，全球聚脲产品消费量达到3.5万t，其中美国占46%，亚洲占23%，欧洲占19%，澳大利亚、南非、智利等其他国家和地区占11%。

国内青岛海洋化工研究院1995年开展喷涂弹性体技术的前期探索研究，1997年引进了美国Gusmer公司最新设计制造的H-3500喷涂机。海洋化工研究院依靠自己的科研实力，自力更生，1998年开发了我国的第一个具有自主知识产权的聚脲配方体系，2000年完成第一个聚脲户外工程，随后把聚脲推广应用到钢结构防腐、混凝土保护、屋面防水保温、水池