聚脲防水培訓(xùn)教材-基礎(chǔ)理論

聚脲材料基礎(chǔ)理論①主講：王寶柱

青島佳聯(lián)化工新材料有限公司目錄噴涂聚脲的定義1聚脲化學(xué)反應(yīng)原理2噴涂聚脲技術(shù)優(yōu)點(diǎn)3聚脲發(fā)展簡史4聚脲材料性能5國家標(biāo)準(zhǔn)6京滬高鐵聚脲技術(shù)指標(biāo)7配套材料性能8聚脲應(yīng)用實(shí)例9最新技術(shù)進(jìn)展10

第一章

噴涂聚脲的定義

《京滬高速鐵路橋梁混凝土橋面噴涂聚脲防水層暫行技術(shù)條件》名次和術(shù)語中規(guī)定：噴涂聚脲防水層：由底涂、噴涂聚脲彈性防水涂料、脂肪族聚氨酯面層組成。噴涂聚脲防水涂料：包括噴涂（純）聚脲(俗稱純聚脲)防水涂料和噴涂聚氨酯(脲)(俗稱半聚脲)彈性防水涂料。

噴涂（純）聚脲防水涂料

噴涂（純）聚脲(俗稱純聚脲)防水涂料是一種A、B雙組份、無溶劑、快速固化的彈性防水材料；A組份是由端羥基化合物與異氰酸酯反應(yīng)制得的半預(yù)聚物；B組分是由端氨基樹脂和端氨基擴(kuò)鏈劑組成的混合物，并不得含有任何羥基成分和催化劑，但允許含有少量顏料及分散的助劑；A、B組分在專用噴涂設(shè)備的噴槍內(nèi)混合噴出，快速反應(yīng)固化生成彈性體防水膜。

噴涂聚氨酯(脲)防水涂料

噴涂聚氨酯(脲)(俗稱半聚脲)彈性防水涂料是一種A、B雙組份、無溶劑、快速固化的彈性防水材料；A組份是由端羥基化合物與異氰酸酯反應(yīng)制得的半預(yù)聚物；B組分是端羥基樹脂或端氨基樹脂與端氨基擴(kuò)鏈劑組成的混合物，在B組分中可以含有用于提高反應(yīng)活性的催化劑，允許含有少量顏料及分散的助劑；A、B組分在專用噴涂設(shè)備的噴槍內(nèi)混合噴出，快速反應(yīng)固化生成彈性體防水膜。

(純)聚脲、聚氨酯（脲）主要區(qū)別在B組分

新建京滬高速鐵路工程橋面防水層材料、水泥乳化瀝青砂漿混合料采購招標(biāo)公告

上網(wǎng)日期：2009-08-17

招標(biāo)編號：JTJSZ（09）-86

本次招標(biāo)采購范圍包括橋面防水層材料16個(gè)包件，其中噴涂（純）聚脲防水涂料12個(gè)包件。

京滬高鐵將使用聚脲20284噸，脂肪族聚氨酯面漆867噸。

考慮到（純)聚脲對施工環(huán)境的適應(yīng)性，京滬高鐵全線使用（純)聚脲，材料成本較高。

A組份是由端羥基化合物與異氰酸酯反應(yīng)制得的半預(yù)聚物端羥基化合物:一般是指聚醚多元醇異氰酸酯組分：一般是指MDI（二苯基甲烷二異氰酸酯）或液化MDI半預(yù)聚物：由過量的異氰酸酯與端羥基化合物反應(yīng)制得的一種高NCO（異氰酸根）含量的液體。

B組分是由端氨基樹脂和端氨基擴(kuò)鏈劑組成的混合物，并不得含有任何羥基成分和催化劑，但允許含有少量顏料及分散的助劑。

端氨基聚醚一覽表

二官能度的D系列三官能度的T系列

JEFFAMINE?

D-2000

JEFFAMINE?

T-5000

B組分是由端氨基樹脂和端氨基擴(kuò)鏈劑組成的混合物，并不得含有任何羥基成分和催化劑，但允許含有少量顏料及分散的助劑。

１．二乙基甲苯二胺（DETDA,E-100）反應(yīng)快

B組分是由端氨基樹脂和端氨基擴(kuò)鏈劑組成的混合物，并不得含有任何羥基成分和催化劑，但允許含有少量顏料及分散的助劑。

２．二甲硫基甲苯二胺（DMTDA，E-300)

反應(yīng)慢

B組分是由端氨基樹脂和端氨基擴(kuò)鏈劑組成的混合物，并不得含有任何羥基成分和催化劑，但允許含有少量顏料及分散的助劑。

3．

N,N’-二烷基甲基二胺(UNILINK?4200)

反應(yīng)慢

B組分是由端氨基樹脂和端氨基擴(kuò)鏈劑組成的混合物，并不得含有任何羥基成分和催化劑，但允許含有少量顏料及分散的助劑。

常用的顏料有鈦白、碳黑、中鉻黃、酞青綠、酞青藍(lán)等。對京滬高鐵，噴涂聚脲彈性防水涂料應(yīng)選取除黑色外的其它顏色，宜使用深灰色。

分散劑大多是表面活性劑，根據(jù)在水中的離解度，可分為離子型的和非離子型的。離子型的又可分為陽離子型、陰離子型和兩性的表面活性劑。其作用是防止顏料沉降、浮色。

第二章

聚脲化學(xué)反應(yīng)原理

聚氨酯的化學(xué)反應(yīng)原理氨基甲酸酯基團(tuán)(氨酯鍵)聚氨酯的化學(xué)反應(yīng)屬于氫轉(zhuǎn)移的加成聚合反應(yīng)。反應(yīng)在比較活潑的－N＝C＝O雙鍵上進(jìn)行，活潑氫化合物中的氫原子轉(zhuǎn)移到－NCO中的N原子上，余下的基團(tuán)與羰基C原子結(jié)合，生成氨基甲酸酯、脲基等化合物。

聚脲的化學(xué)反應(yīng)原理脲鍵右圖是尿素的分子結(jié)構(gòu)

聚脲被稱為有機(jī)石頭

異氰酸酯與水的化學(xué)反應(yīng)異氰酸酯與水反應(yīng)先生成不穩(wěn)定的氨基甲酸，氨基甲酸分解成胺和二氧化碳。胺繼續(xù)與異氰酸酯反應(yīng)生成脲鍵。此反應(yīng)是濕固化聚氨酯涂料的基礎(chǔ)，也是聚氨酯材料易發(fā)泡的原因。

聚氨酯、聚脲化學(xué)反應(yīng)聚脲與聚氨酯的主要區(qū)別:優(yōu)點(diǎn)：聚脲使用氨基聚醚，反應(yīng)快，可低溫固化聚脲對水不敏感，可在高濕環(huán)境下施工聚脲不使用催化劑，耐催化老化缺點(diǎn)：價(jià)格高，性能調(diào)節(jié)小

噴涂聚脲分為：

芳香族聚脲

脂肪族聚脲

聚天門冬氨酸酯聚脲

芳香族聚脲

（歷史上曾將一類從植物膠中取得的具有芳香氣味的物質(zhì)稱為芳香族化合物?，F(xiàn)在指分子中至少含有一個(gè)苯環(huán)，具有與開鏈化合物或脂環(huán)烴不同的獨(dú)特性質(zhì)的一類化合物Ａ組分是芳香族異氰酸酯，如MDI,LMDI等NCO直接與苯環(huán)相連

B組分含芳香胺擴(kuò)鏈劑，如E-100,E-300,Unilink4200

芳香族聚脲

在世界大量應(yīng)用，京滬高鐵使用

優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)異的物理性能；價(jià)格低

缺點(diǎn)：在光照下黃變，易老化

在紫外線下自氧化生成醌亞胺

脂肪族聚脲

開鏈烴及除芳香族化合物以外的環(huán)狀烴類及其衍生物的總稱

Ａ組分是脂肪族異氰酸酯，如二環(huán)己基甲烷二異氰酸酯HMDI,四甲基苯二亞甲基二異氰酸酯TMXDI等

B組分含脂肪胺擴(kuò)鏈劑，如IPDA,CLEARLINK1000等

脂肪族聚脲

優(yōu)點(diǎn)：突出的耐候性能；優(yōu)異的耐低溫性能

缺點(diǎn)：物理性能稍差；耐高溫和耐腐蝕差；價(jià)格貴

檢測標(biāo)準(zhǔn)：ASTMG-53，UVB-313，3000小時(shí)

聚天門冬氨酸酯聚脲

Ａ組分是脂肪族異氰酸酯，如HDI三聚體

B組分是聚天門冬氨酸酯（仲胺），由二烷基馬來酸酯與脂肪族伯二胺經(jīng)過Michael加成反應(yīng)而成（一個(gè)親電的共軛體系和一個(gè)親核的碳負(fù)離子進(jìn)行共軛加成）

聚天門冬氨酸酯聚脲優(yōu)點(diǎn)：1．固化速度可調(diào)至15分鐘以上；

2．高拉伸強(qiáng)度、高光澤度、優(yōu)異的耐磨性能；

3．優(yōu)異的附著力(DTM,DirecttoMetal)；

4．優(yōu)異的防腐性能及耐紫外光性能；

5．可以刷涂也可以常規(guī)高壓無氣噴涂機(jī)施工。缺點(diǎn)：價(jià)格昂貴彈性稍差原料品種少

芳香族聚脲不但黃變，而且易粉化和失色；而脂肪族聚脲長期使用不變色，物理性能保持率高。國外研究表明：芳香族聚脲耐紫外光3800小時(shí)后性能保持率80%以上，而脂肪族聚脲6000小時(shí)后性能保持率90%以上。

第三章

噴涂聚脲技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

1.固化快，10秒凝膠，10分鐘達(dá)到步行強(qiáng)度。復(fù)雜曲面不流掛；停工期短，業(yè)主歡迎2.對溫度和水分不敏感，施工時(shí)受環(huán)境溫度、濕度影響小。3.100%固含量，零VOC’s,對環(huán)境友好。4.一次施工達(dá)到厚度，克服多層施工的弊病。5.優(yōu)異的物理性能，如抗張強(qiáng)度、伸長率高、耐介質(zhì)、耐磨、抗沖擊等。6.硬度可調(diào)節(jié)的范圍大（彈性體/剛性體）

7.涂層致密、無接縫，形成皮膚式結(jié)構(gòu)，防水、防腐效果極佳。8.與混凝土和鋼等底材附著力好，不分層。9.耐候性好，脂肪族體系戶外可長期使用。10.施工速度快，單機(jī)日施工1000m2以上。11.投入使用后不需要維護(hù)，節(jié)省了昂貴的維護(hù)費(fèi)用。一次投資，終生受益。

第四章

聚脲發(fā)展簡史

左圖1997年?；ㄔ阂M(jìn)中國首臺噴涂機(jī)右圖聚脲在中國首次應(yīng)用

國內(nèi)聚脲標(biāo)準(zhǔn)

國際聚脲標(biāo)準(zhǔn)

美國防護(hù)涂層協(xié)會(huì)SSPC

《基于性能的、快速或中等固化速度的脂肪族聚脲面漆》

本標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)定包含聚氨酯/脲，即半聚脲

第五章

聚脲材料性能

硬段：異氰酸酯、胺或醇擴(kuò)鏈劑

軟段：聚醚多元醇、氨基聚醚硬段之間靜電力很強(qiáng)，而且有大量的氫鍵，產(chǎn)生微相分離

物理性能

耐老化性能

耐化學(xué)介質(zhì)性能（常溫，一年）

耐高溫性能說明：芳香族聚脲可在125℃的高溫空氣下連續(xù)使用，而京滬高鐵在夏天的短時(shí)高溫不超過80℃，聚脲滿足使用要求。

吸水率結(jié)論：硬段含量越高，吸水率越小。京滬高鐵要求吸水率小于5%，聚脲完全滿足技術(shù)要求。

抗沖磨性能試驗(yàn)水流含沙率為10%，流速為40m/s，沖磨時(shí)間60min結(jié)論：噴涂聚脲防水涂料具有優(yōu)異的耐磨性能，適合京滬高鐵動(dòng)態(tài)應(yīng)力下的無限次摩擦。

裂縫追隨性實(shí)驗(yàn)表明：三點(diǎn)彎曲實(shí)驗(yàn)后裂縫產(chǎn)生，當(dāng)裂縫為10mm時(shí)聚脲未斷裂。故聚脲很適合京滬高鐵這種有動(dòng)態(tài)應(yīng)力形變的重點(diǎn)工程。

附著力＊底材破壞

第六章

國家標(biāo)準(zhǔn)

以上為特殊性能，對京滬高鐵具有重要意義。

第七章

京滬高鐵技術(shù)指標(biāo)

第八章

配套材料性能

一、基層處理底涂作用：①封閉混凝土表面的氣孔、微裂紋和氣泡等缺，減少聚脲涂層噴涂后出現(xiàn)針孔現(xiàn)象。要求：粘度低，滲透性好②提高聚脲涂層與混凝土底材的附著力，增強(qiáng)防護(hù)效果。底漆類型：環(huán)氧、聚氨酯施工方法：刷涂、輥涂、噴涂，建議京滬采用噴涂施工。

一、基層處理底涂基層處理底涂的選型應(yīng)根據(jù)地域施工環(huán)境的氣候條件確定，一般可分為低溫(0～15℃)，常溫（15℃～35℃）和高溫（>35℃）型。底涂選用不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致分層或脫落。

優(yōu)勢：聚脲可以在水上/冰上施工而正常固化問題：附著力差解決方法：使用潮濕界面的專用底漆結(jié)果：京滬高鐵規(guī)定附著力>2.0MPa實(shí)驗(yàn)室測試可以達(dá)到潛在風(fēng)險(xiǎn)：聚脲可正常固化且當(dāng)時(shí)附著良好

但受光照或受熱后水分蒸發(fā)仍會(huì)導(dǎo)致鼓泡。

關(guān)于潮濕基層施工

二、脂肪族面層京滬高鐵要求防水層使用60年以上

芳香族聚脲易黃變、粉化和失色，不宜在軌道板以外的部位長期暴露使用。

根據(jù)國外的成功經(jīng)驗(yàn)，芳香族聚脲表面可以使用脂肪族聚脲或其他耐候性面漆。

根據(jù)性價(jià)比和京滬的實(shí)際情況，京滬高鐵選用了脂肪族聚氨酯面層方案（中灰色）。（要求面層強(qiáng)度高、柔性好，與聚脲配套好）

三、搭接專用粘結(jié)劑

以下情況必須使用層間粘合劑:１.新舊涂層的時(shí)間間隔超過了廠家規(guī)定的復(fù)涂時(shí)間（如下雨）２.經(jīng)檢測厚度不足的涂層應(yīng)進(jìn)行二次噴涂,并使用層間粘合劑３.涂層修補(bǔ)時(shí)。

四、涂層修補(bǔ)材料１．涂層有漏涂、鼓泡、針孔及損傷等缺陷時(shí)，應(yīng)進(jìn)行修補(bǔ)。２．對于面積小于250cm2的應(yīng)采用涂層修補(bǔ)料進(jìn)行修補(bǔ)；面積大于250cm2時(shí)宜采取二次噴涂的工藝進(jìn)行修補(bǔ)。3.針孔應(yīng)逐個(gè)用涂層修補(bǔ)材料修補(bǔ)。4.修補(bǔ)后的涂層厚度不應(yīng)小于原涂層厚度，且表面質(zhì)量符合要求。

第九章

聚脲應(yīng)用實(shí)例

防水工程防腐工程耐磨工程海洋工程工業(yè)地坪運(yùn)動(dòng)場地影視道具軍事領(lǐng)域

1.防水工程－－高速鐵路

1.防水工程－－隧道

1.防水工程－－奧運(yùn)場館

1.防水工程－－國家重點(diǎn)項(xiàng)目

1.防水工程－－水池

1.防水工程－－屋面

1.防水工程－－黃河小浪底水利樞紐

2.防腐工程－－管道/儲(chǔ)罐

3.耐磨工程

4.海洋工程

5.工業(yè)地坪

6.運(yùn)動(dòng)場地

7.影視道具

8.軍事應(yīng)用

8.軍事應(yīng)用

第十章

最新技術(shù)進(jìn)展

進(jìn)展之一：慢速聚脲

仲胺基氨基聚醚，如Huntsman公司的XTJ-584,XTJ-585,XTJ-586,XTJ-576降低反應(yīng)速度（比伯胺慢）

進(jìn)展之二：防植物穿刺

據(jù)國外報(bào)道：聚脲具有良好的抗穿刺性能埋地管道（蘆葦根/荊棘）測試<防水卷材耐根穿刺實(shí)驗(yàn)方法>與現(xiàn)有的防穿刺防水卷材相比，聚脲整體無接縫，強(qiáng)度高，伸長好，在種植屋面防水工程中應(yīng)用前景廣闊

進(jìn)展之三：高性能二胺聚四氫呋喃二胺（Poly-THFamine1700）優(yōu)點(diǎn)：1