转自《上海涂料 》第 46卷第 6期 2008年 6月
作者：黄微波
摘 要：给出了聚脲的科学定义，介绍了聚脲的成膜机理、施工隐患及解决方案。
关键词：喷涂；聚脲；施工
0 前言
常言道："三分涂料、七分施工"，指的是：涂料作为一种非成品物质，必须经过完善的施工过程，才能将其优良的性能发挥出来；就整个涂料从配方、生产和施1 等全过程而言，其施丁的分量占到了70％以上，这足以说明施工对涂料来说是何等的重要。
2008年是 中国聚脲技术诞生 10周 年，在过去 的十年里，我国的聚脲工业从无到有、从小到大，从2000年的20 t发展到2007年的6 000 t；在应用方面也从早期的篮球场地 、小型看台、电厂水池、管道内衬 、皮卡车斗和影视道具等小规模场合，逐渐扩大到京津城际高速铁路路基、奥运会比赛场馆大型看台、国家大剧院室外景观水池 、上海洋山深水港筑港钢桩、毛主席纪念堂屋面等大型基础设施领域，取得了举世瞩目的业绩，应该给予充分的肯定。
但是，纵观我国聚脲工程的施工质量，仍存在着很多问题。这其中除了大量使用半聚脲以外，最根本的问题是：技术人员、施T人员和监理人员缺乏正规的聚脲技术培训，有的连起码的聚脲常识都不具备，盲 目施工、野蛮施工的现象大量存在，造成严重的工程质量问题。
笔者根据长期从事涂料、特别是聚脲涂层研究和应用的体会 ，认为：不能过分夸大聚脲快速固化的优势，要全面、正确地领会聚脲施工的要领，否则，会将这种优势变为劣势，造成 "一撕一大片、一揭一整张"的现象重演。为此在2005年就提出了"一分聚脲、九分施工"的倡议，旨在倡导大家重视聚脲基础知识的学习、强化施工资质的培训，为今后更好地使用聚脲打下基础。
本文作为 "庆祝中国聚脲诞生十周年"的纪念性文章，想借此机会再次强调："一分聚脲、九分施工"
的重要意义。
1 科学定义
早期对喷涂聚氨酯、聚氨酯(脲 )、聚脲的定义比较含混，即：将树脂组分(简称R或B组分)中端氨
基树脂和端氨基扩链剂含量在80％以上的体系，称为聚脲；将R组分中端羟基树脂和端羟基扩链剂含量在80％以上的体系，称为聚氨酯；介于两者之问的称为聚氨酯(脲 )或杂合体。
随着聚脲技术的发展，特别是2000年美国成立"聚脲发展协会"(Polyurea Development Association简称 PDA)以后，为了进一步规范美国市场，PDA技术委员会对喷涂聚氨酯、聚氨酯(脲 )、聚脲重新进行了严格的定义：
喷涂聚氨酯：简称SPU，由异氰酸酯组分(简称A组分 )与树脂组分(简称R或B组分 )反应生成的一
种弹性体物质。异氰酸酯既可以是芳香族的，也可以是脂肪族的。其中的A组分可以是单体、聚合体、异氰酸酯的衍生物、预聚物和半预聚物；预聚物和半预聚物是由端羟基化合物与异氰酸酯反应制得。其中的R组分必须是由端羟基树脂(例如：二元醇、三元醇、多羟基聚合物多元醇等 )和端羟基(芳香族或脂肪族 )扩链剂组成，在端羟基树脂中，必须含有用于提高反应活性的催化剂。
喷涂聚氨酯(脲 )：简称SPU(A)，也叫杂合体(hybrid)，国内称之为半聚脲。它是 由异氰酸酯组分
(简称A组分 )与树脂组分(简称R组分 )反应生成的 一 种弹性体物质。异氰酸酯既可以是芳香族的，也可
以是脂肪族的。其中的A组分可以是单体、聚合体 、异氰酸酯的衍生物、预聚物和半预聚物；预聚物和半预聚物由端氨基或者端羟基化合物与异氰酸酯反应制得。其中的R组分既可以是端羟基树脂，也可以由端氨基树脂和扩链剂组成，在树脂组分中，可以含有用于提高反应活性的催化剂。
喷涂聚脲：简称SPUA，即纯聚脲。是由异氰酸酯组分(简称A组分 )与氨基化合物组分(简称 R组分 )反应生成的一种弹性体物质。异氰酸酯既可以是芳香族的，也可以是脂肪族的。其中的A组分可以是单体、聚合体、异氰酸酯的衍生物、预聚物和半预聚物。预聚物和半预聚物是由端氨基或者端羟基化合物与异氰酸酯反应制得。其中的R组分必须是由端氨基树脂和端氨基扩链剂组成，在端氨基树脂中，不得含有任何羟基成分和催化剂，但可以含有便于颜料分散的助剂。
喷涂弹性体最早起源于20世纪70年代，初期的品种是SPU，但在施工时体系容易与周 围环境 中的水分、湿气反应，产生二氧化碳，生成泡沫状弹性体(foamy elastomer)，造成材料力学性能不稳定。因此，人们很快想到在树脂组分 中引入端氨基化合物，即SPU(A)。这样，可有效地阻止异氰酸酯与水分、湿气的反应，材料力学性能得到很大改善，工程应用明显增加。
但是，SPU(A)仍然没有从根本上解决体系的发泡问题，在 【程实践中，还是经常出现一些发泡、分层等缺陷。20世纪80年代中期，美国Texaco(即现在的Huntsman)公司在化学家Dudley J．Primeaux 1I的带领下，在世界上率先开发成功 SPUA技术 ，从而从根本上解决了困扰施工界的重大技术难题。国内在笔者的带领下，于 1998年9月 18日在海洋化工研究院研制成功中国第一个 SPUA配方，1999年在青岛海豚馆室外表演水池进行了首次防水施工应用；2000年以后，聚脲技术逐渐在我国推广、普及开来。
由于端氨基聚醚价格比较昂贵，使得SPUA技术难以在我国大规模普及。在一些用户要求不高、环境比较干燥的场合 ，SPU(A)即半聚脲，也是一种较为经济实用的办法。但是，我们应该清醒地看到：要达到稳定的材料性能，尤其是耐介质性、耐久性、耐老化性等，必须使用 SPUA技术，这一点毋庸置疑。
2 成膜机理
聚脲反应的实质是半预聚物与氨基聚醚及胺类扩链剂的反应。由于氨基聚醚活性很高以及 N原子的碱
性 ，反应不需要催化剂就能在极短的时问内剧烈放热并固化成型。因此，喷涂聚脲弹性体可以在极为苛刻的条件下施工，即使底材完全被水浸湿或空气中湿度很大时，SPUA材料仍不会有任何发泡的迹象。甚至在很低的温度下(如零下20℃)，SPUA材料仍会固化。
而SPU或SPU(A)弹性体反应机理与SPUA材料截然不同，由于含有反应活性较低的端羟基化合物，要想达到较快的反应速度必须加入大量的催化剂，而催化剂的引入有如下缺点：(1)催化剂既可以加速端羟基聚醚与异氰酸酯的反应，同时也加速水与异氰酸酯的反应，因而在施工过程中容易发泡，破坏材料的性能；(2)催化剂既可以加速弹性体的生成反应，同时也可以加速弹性体投入使用以后的降解过程，所得弹性体的耐老化性能差；(3)在环境温度发生变化时，催化剂对反应的催化效果相差较大，体系不稳定；(4)在喷涂SPU或SPU(A)时，一般采用有机金属类催化剂与叔胺类催化剂进行复配，但叔胺类催化剂在较高的温度下容易挥发，喷涂时气味大，损害人体健康。
因此，无论是从材料本身的化学耐久性、耐老化性，还是施工过程中的可靠性、稳定性来说，都应该使用纯聚脲，即SPUA。
3 施工隐患及解决方案
任何事物都是一分为二的。SPUA的快速反应、瞬间固化是它最大的优点，但是，如果不能正确领会其化学本质、缺乏正规技术培训 、片面追求快速性的话，就会成为施工隐患，出现：与底材的附着力低；涂层表面针孔多；层间结合不 良；涂层表面出现 "麻面"等严重施工质量问题。究其根源，都是因聚脲的快速反应和集中放热所造成的'，具体原因分析及解决方案如 下：
(1)涂料与底材产生附着力的过程实际上是涂料分子浸润到底材表面后，通过固化成膜，与底材产
生化学或物理结合的过程。SPUA材料因快速反应、瞬间固化，导致对底材的浸润能力很差，难以产生良好的附着力，需要通过施工配套性良好的专用底漆，来大幅度提高其对底材的附着力。而且，不同的底材所对应的底漆也有所区别，需要专门的技术培训。
(2)普通涂料或者油漆对各类底材上的微小针孑L具有很好的封堵作用，原因是涂料或者油漆能够缓
慢渗入到微孑L中去，将其中的残余空气排除后凝固成膜。但是，如果在含有大量微小针孔的底材表面直接喷涂聚脲的话，由于所要施工的是一个加热到65℃的双组分快速固化体系。聚脲涂料 自身的剧烈化学反应产生的放热现象，会将封闭在针孔中的空气或潮气迅速加热，并产生膨胀。膨胀的气体会穿过刚施工过的涂层表面，从而产生更大的针孑L。这也是聚脲施工前，建议必须施工底漆的原因。
对于多孔的混凝土底材表面，首先需要大面积刮涂细的干粉砂浆找平，再施工 1-2道底漆后，才能进行SPUA材料的施工。
(3)SPUA材料的化学反应速度极快，如果没有进行特殊的配方设计，涂层表面会在数小时之内迅速
失去活性，令随后施工的SPUA涂层难以同前者产生良好的结合力，在结合面出现剥离现象。
解决方法 ：如果两层之间的施工间隔是在2～3天以内，可在SPUA配方设计中添加助活剂，延长与后续聚脲涂层形成结合力的时间；如果两层之间的施工间隔在5 d以上，需要使用动力]二具将旧的SPUA涂层边界15～20 cm表面打毛，并将它的最边缘处打磨成小于30度的斜面，再在已经打磨的旧SPUA涂层表面涂刷专用层问粘合剂后，才能进行新SPUA材料与旧SPUA材料的搭接，从而产生良好的界面结合力。
(4)SPUA材料凝胶速度极快，加上喷涂压力高达2 500 psi(约合 175个大气压 )左右，使得喷涂现场形
成严重的"漆雾"，并很快就凝结成半固体状微小颗粒弥散在空气中。这些微小颗粒会随重力缓缓落下，并粘附在已经固化的SPUA涂层表面，形成明暗不一的"雾痕"，或者称之为"麻面"，非常难于清理，严重污损非施工区域，给SPUA材料在室内狭小空间的作业带来严重困难。笔者曾经带队在上海沪东造船厂施工过船舶的舱室，充分感受到聚脲在管道密布、设备拥挤的场合施工，其事先遮护、事后清理的工作量之大。
因此，在钢结构储罐内壁防腐施工时，聚脲有两种作业方式：
方法一：自上而下式，首先喷涂罐体顶部，需要将未喷涂的下面区域用塑料布进行遮护，并随着喷涂作业向下的进行，逐渐拆除塑料布；方法二：自下而上式，首先将罐体底部喷涂均匀后，不必使用塑料布遮护，直接向上推进喷涂施工，直到全部喷完。但是，无论哪种方法施工，都要加强通风，最大限度地排走"漆雾"。
方法一的优点是：罐体表面状态好，缺点是：遮护和拆除工作量大，施工速度慢；方法二的优点是：无需遮护，施工速度快，缺点是：罐体底部累积了大量SPUA颗粒，虽不影响防腐效果，但外观不理想，表面凹凸不平，罐体投入使用以后的积液不便清理。
4 加强正规培训
虽然从施工工艺上看SPUA属于高压无气喷涂，但是，由于其快速固化、剧烈放热、输出量大、喷枪及料管沉重等客观因素的限制，使得SPUA材料喷涂的精确性和装饰性，远比不上普通高压无气喷涂。初学者极易出现厚度不匀、流挂、凹凸不平 、漏涂、麻面等不良后果。即使是熟练掌握普通高压无气喷涂工艺的人，如果缺乏对聚脲材料化学特性和喷涂设备的学习和了解，也会出现这样或那样的问题 ，给工程质量带来问题。因此，美国最先建立起了专业的培训队伍。
笔者认为：磨刀不误砍柴功，必须充分认识到聚脲施工的难度和科学要求 ，尽快建立起适合我国国情的聚脲正规培训机制。让技术人员、施工人员和监理人员全面掌握聚脲的基本知识和施工要领，扬长避短，把聚脲快速固化、防护性强的优势发挥得淋漓尽致，为国民经济和国防建设做出更大的贡献!
参考文献
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 黄微波．喷涂聚脲弹性体技术【J̈】，北京：化学工业出版社，2005