聚脲性能

喷涂聚脲超重防腐材料的性能和应用

王宝柱刘培礼刘东晖张安智

（青岛佳联化工新材料有限公司青岛 266100）

摘要：阐述了喷涂聚脲弹性体技术的国内外现状、定义、技术特点和性能指标，并与传统的防腐材料进行对比。重点介绍聚脲超重防腐涂层在化工储罐、储罐围堰、管道等领域的防腐应用。国内外的应用实例表明：喷涂聚脲防腐技术是一种性能卓越、施工方便的现场成型技术，在油田、化工等防腐行业的应用前景十分广阔。

关键词：聚脲防腐储罐管道

1 前言

钢结构的腐蚀问题遍及各行各业，大量的储罐、管道、构件和阀门等钢结构因腐蚀而造成破坏，既给国民经济造成巨大的经济损失，同时也给工业生产和人民生活带来了极大的困难。使用防腐涂料是防止金属腐蚀的重要措施之一。重防腐材料是指可在恶劣的腐蚀环境中长期使用的防腐材料，其使用寿命一般在15 年以上。传统的重防腐材料有环氧、聚氨酯、玻璃钢、橡胶、塑料等品种，在实际应用中取得了较好的效果，但仍存在防腐性能欠佳、污染环境、接缝易渗漏、施工复杂等诸多弊病。

喷涂聚脲弹性体技术是20 世纪90 年代发展起来的一种新型的环保防腐技术，它的出现为防腐界提供了一种全新的材料和工艺，在工程应用中显示出了无可比拟的优越性。由于聚脲的快速反应速度，其层间施工间隔只需几分钟，对涂层的最终厚度没有限制，而且能够在垂直面连续施工不产生流淌现象。聚脲材料集优良的防腐性能和快速的施工于一身，在石油、化工、管道、海洋工程等防腐领域的应用前景十分广阔[1]。

2 聚脲化学

喷涂聚脲弹性体技术的发展经历了聚氨酯、聚氨酯脲和聚脲三个阶段。以上三种体系的A 组份是基本相同的，均为芳香族或脂肪族的预聚物和半预聚物，区别在于R 组份。喷涂聚氨酯的R 组份由端羟基树脂和端羟基扩链剂组成，并含有用于提高反应活性的催化剂；喷涂聚氨酯/脲的R 组份既可以是端羟基树脂，也可以是端胺基树脂和胺扩链剂组成，一般含有用于提高反应活性的催化剂。而喷涂聚脲的R 组份必须是由端氨基树脂和端氨基扩链剂组成，并且不含任何羟基成分和催化剂。由于端氨基化合物与异氰酸酯组分的反应活性极高，无需任何催化剂，即可在室温或低温下瞬间完成反应，见图1，从而有效地克服了聚氨酯和聚氨酯/脲弹性体在施工过程中，因环境温度和湿度的影响而发泡、造成材料性能急剧下降的致命缺点。

图1 聚氨酯、聚脲化学反应原理

3 聚脲发展简史

德国、美国是喷涂弹性体技术的发源地，最早开发喷涂聚氨酯以及聚氨酯（脲）弹性体技术的是Bayer、BASF、Futura 和Uniroyal 等公司。十九世纪八十年代中期，美国Texaco 公司在化学家Dudley J. Primeaux Ⅱ先生的带领下率先研发成功喷涂聚脲弹性体技术，并于1989 年首次发表研究论文，引起轰动。1991 年该技术在北美地区投入商业应用，立即显示出其优异的综合性能，受到用户欢迎。由于研发喷涂聚脲弹性体配方和工艺的难度很大，澳大利亚及东南亚等国家基本上采取了全盘进口或者与美方合资建厂的做法。在中国，海洋化工研究院于1995 年开展喷涂弹性体技术的前期探索研究，并于1997 年引进了美国Gusmer 公司最新设计制造的H-3500 喷涂机。与澳大利亚等国家不同的是：海洋化工研究院依靠自

己的科研实力，自力更生，终于研发成功具有自主知识产权的聚脲配方体系[2]。

1999 年是聚脲技术在我国投入商业应用的第一年，海洋化工研究院的聚脲弹性体相继在青岛海豚表演馆水池、上海沪东造船厂船舶地板和沈阳普利斯通公司护舷等项目成功应用。自2000 年起，海洋化工研究院参加各类展览和会议，并发表了40 多篇专业性文章，大力宣传和推广聚脲技术。2007 年3月，海洋化工研究院将全套聚脲技术在青岛佳联化工新材料有限公司进行产业化。随后，江苏省化工研究所、烟台华特、湖南湘江、广州秀珀等公司纷纷投入到聚脲的研制中。美国SPI 公司、美国纽科、韩国一山、美国宝莱、台湾环聚、美国联合涂料、美国顺缔等公司也陆续在国内销售聚脲。与此同时，美国Huntsman 公司、德国Bayer 公司、德国BASF 公司、美国陶氏等化工巨头也在国内设立代理商，中国的聚脲市场呈现出百花齐放、欣欣向荣的大好局面。

4 聚脲防腐材料的优势

喷涂聚脲技术集涂料、橡胶和塑料等防腐材料的诸多优点于一身，是目前国际上最先进的防腐技术之一。其技术优势主要表现在以下几个方面：

(1)快速固化，可在任意曲面喷涂而不产生流淌现象，10s 凝胶，10min 即可达到步行强度。

(2)对温度、湿气不敏感，施工时不受环境温度、湿度的影响。聚脲可在-28℃的低温环境下施工，也可在潮湿多雨的环境下施工。

(3)100%固含量，符合环保要求，在施工和使用过程中没有气味，尤其适合通风不良的储罐内壁和管道内壁的防腐施工。

(4)一次施工即可达到厚度要求，克服了传统防腐涂料必须多次施工的弊病。

(5)聚脲涂层致密、无接缝，可耐受水、海水、酸、碱、盐、油等介质的长期腐蚀，耐化学介质和土壤侵蚀能力十分突出。

(6)机械强度高，伸长率好，抗冲击性能好，在温度交变和外力冲击作用下不易破损。

(7)附着力好，在喷砂至Sa2.5 级的钢材上附着力大于10MPa，长期使用不脱落。

(8)耐击穿电压高达20 kv/mm 以上，与阴极保护配套性良好。

(9)不含催化剂，耐紫外光老化性能好，在户外长期使用不粉化、不开裂。

（10）使用温度宽，可在－50～+121℃下长期使用，改性耐高温聚脲可在150℃以下长期使用。

5 聚脲技术指标

在美国、西欧等发达国家，许多公司涉足聚脲超重防腐领域，如著名的Specialty-products Inc.、Elastomer Specialties Inc.、Versaflex Inc.和Polyurea Coating systems Inc.等，他们

的产品已在美国大量应用。

和聚氨酯一样，针对不同的使用环境和性能要求，聚脲可在很宽的范围内调节性能。青岛佳联化

工新材料有限公司成功开发出了SPUA 聚脲系列产品共计12 种，其中包括3 种牌号的聚脲防腐产品，

其主要性能指标见表1。

表1 聚脲超重防腐材料的主要性能指标

材料性能 SPUA-101 SPUA-401 SPUA-406（管道防腐材料）

凝胶时间，/s 10 20 15

拉伸强度/MPa 16 23 23

扯断伸长率/% 70 68 60

撕裂强度/KN·m-1 57 85 90

硬度邵A 85～92 邵D 60～70 邵D 60～70

附着力/Mpa >10（钢）/2.9（砼） >12（钢） >12（钢）