聚脲樹脂的發(fā)展及其在防水維修中的應(yīng)用

盧宏(三棵樹涂料股份有限公司，福建 莆田 351100)

0 引言

聚脲是碳酸的聚酰胺，與聚碳酸酯是探索的聚酯相當(dāng)。脲基團(tuán)極性大，可以形成更多的氫鍵，因此聚脲的熔點(diǎn)比相應(yīng)的聚酰胺要高，韌性更大，適于紡織纖維。同時(shí)，聚氨酯材料是目前國(guó)際上性能最好的保溫材料。主鏈含—NHCOO—重復(fù)結(jié)構(gòu)單元的一類聚合物。英文縮寫PU。由異氰酸酯(單體)與羥基化合物聚合而成。由于含強(qiáng)極性的氨基甲酸酯基，不溶于非極性基團(tuán)，具有良好的耐油性、韌性、耐磨性、耐老化性和粘合性。用不同原料可制得適應(yīng)較寬溫度范圍(-50～150℃)的材料 ，包括彈性體、熱塑性樹脂和熱固性樹脂。高溫下不耐水解，亦不耐堿性介質(zhì)。聚脲是高固體分綠色樹脂的代表之一，通過氨基化合物與異氰酸酯固化劑相互作用，從而出現(xiàn)了聚脲。在其基礎(chǔ)之上創(chuàng)造的噴涂聚脲彈性體技術(shù)具有顯著優(yōu)勢(shì)，比如能夠適應(yīng)多種復(fù)雜環(huán)境，耐腐蝕、耐水性好，固化效率高，污染程度低，強(qiáng)度高等等，作為在投入生產(chǎn)的初級(jí)階段，就受到了相關(guān)行業(yè)的高度重視，并迅速在行業(yè)內(nèi)展開應(yīng)用。

1 聚脲樹脂制備技術(shù)

為了更加深層次的研究聚脲樹脂的性能，以及具體的應(yīng)用技術(shù)，眾多的學(xué)者進(jìn)行了相關(guān)的研究，如下：

黃微波等以Bayer 公司的Desmophen ? NH 系列NHXP-7068,NH1420, NH1220, NH XP-7161 為例[1]，闡明了聚脲樹脂的構(gòu)成、材料性質(zhì)、特性、應(yīng)用實(shí)例、反應(yīng)活性以及材料性質(zhì)，之后發(fā)現(xiàn)其二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)預(yù)聚物高于聚脲樹脂與甲苯二異氰酸酯(TDI)預(yù)聚物的反應(yīng)活性，并且表明，MDI 預(yù)聚物分子結(jié)構(gòu)中NCO 的空間位阻效應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于TDI 預(yù)聚物，因此其凝膠時(shí)間呈現(xiàn)顯著延長(zhǎng)的狀態(tài)。

劉培禮等基于聚脲樹脂的制備反應(yīng)，研究了存在差異的伯胺基與馬來(lái)酸酯組分結(jié)構(gòu)、存在差異的異氰酸酯固化劑對(duì)聚脲樹脂性能產(chǎn)生的種種干擾，以及對(duì)于合成工藝的研究。通過一定的研究發(fā)現(xiàn)，樹脂的漆膜軟硬度與反應(yīng)速度全都會(huì)受到馬來(lái)酸組分的干擾，對(duì)于反應(yīng)速度而言，結(jié)構(gòu)存在明顯差異的胺基組分也會(huì)在一定程度上影響到它，芳香族異氰酸酯固化劑與聚脲樹脂反應(yīng)非常迅速[2]，或多或少的會(huì)影響到涂層性能。相關(guān)研究已經(jīng)證實(shí)，聚脲樹脂不僅僅是防腐性能理想、保色性能理想，其較為普遍、施工容易的雙組分聚氨酯面漆更有助于涂層性能大大提升，并且固化速度也更快，取得了較大進(jìn)步，對(duì)比于脂肪族噴涂聚脲彈性體，附著力也呈現(xiàn)上升的狀態(tài)。孫世剛等同樣也研究了聚脲樹脂的合成材料。

劉郅媛等對(duì)于聚脲樹脂涂層濕熱失效行為展開研究，在電化學(xué)阻抗譜的借助之下，研究了在環(huán)境較為潮濕、炎熱的情況下，聚脲樹脂涂層的失效行為，并且利用掃描電子顯微鏡，對(duì)聚脲樹脂涂層失效前后表面形貌的波動(dòng)進(jìn)行研究。通過電化學(xué)研究結(jié)果可以了解到，表明涂層濕熱失效主要分為3 個(gè)環(huán)節(jié)：第一個(gè)是在前期，涂層中電解質(zhì)的滲透，第二個(gè)是在中期，基體金屬腐蝕發(fā)生起始的過渡，第三個(gè)是在后期，基體金屬的腐蝕擴(kuò)展并導(dǎo)致涂層的失效[3]。

段衍鵬等在復(fù)配的過程中，采用了三種聚脲樹脂，防腐填料用改性玻璃鱗片來(lái)替代[4]，從而把聚脲樹脂防腐涂料研發(fā)出來(lái)了，研發(fā)出的涂料具有一定的適用期，2h 為宜，耐水性、耐候性、耐化學(xué)介質(zhì)腐蝕性都非常高，并且具有優(yōu)質(zhì)的施工工藝。從金屬基材的角度分析，涂膜的附著力具有顯著優(yōu)勢(shì)，能夠和環(huán)氧富鋅底漆進(jìn)行合理搭配，從而長(zhǎng)時(shí)間、合理、有效的保護(hù)好橋梁、鉆井平臺(tái)、水工鋼結(jié)構(gòu)等，使其不受到損害。

2 聚脲樹脂彈性防水涂料性能指標(biāo)及防水修復(fù)

2.1 實(shí)驗(yàn)

2.1.1 實(shí)驗(yàn)原材料

聚天門冬氨酸酯樹脂、市售彈性固化劑對(duì)比樣品(分子式C6H6O4S) 2；HDI 三聚體、金紅石型鈦白粉、馬來(lái)酸二乙酯(工業(yè)品)、氮?dú)?工業(yè)品)、雙一對(duì)一氨基環(huán)已基賈烷(工業(yè)品)、溶劑、助劑，市售[5]。

圖1 天門冬氨酸結(jié)構(gòu)圖

圖2 固化劑對(duì)比樣品4-羥基苯磺酸結(jié)構(gòu)圖

2.1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

高速分散機(jī)；刮板細(xì)度計(jì)；Quv 老化機(jī)；萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)。

2.1.3 制備工藝

添加物料，掌握好研磨的細(xì)度不超過30um，再次加入其他物料，直至粘度最為合適，進(jìn)行包裝的過濾。標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)按照標(biāo)準(zhǔn)要求制樣，養(yǎng)護(hù)時(shí)間為一周[6]，之后展開性能測(cè)試。

2.1.4 結(jié)果與討論

通過表1 了解到，不同彈性固化劑的扯斷伸長(zhǎng)率和拉伸強(qiáng)度有顯著的差異，在同比系列中最低的為樣品1，其伸長(zhǎng)率僅僅為153%，905-85、樣品2、A 固化劑的伸長(zhǎng)率大約為300%，扯斷伸長(zhǎng)率最高的為B 固化劑，高達(dá)370%。樣品2 中最低的為拉伸強(qiáng)度，僅僅為11.55MPa，C 固化劑最高，達(dá)到了19MPa。所以在對(duì)彈性防腐涂料配方主體樹脂/固化劑方面進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，能夠適當(dāng)?shù)膮⒖即私Y(jié)果，以此選擇合理強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率的固化劑。對(duì)固化劑的耐候性進(jìn)行判斷時(shí)，依據(jù)漆膜的光澤隨老化時(shí)間的變化來(lái)判斷，由此可見，A 固化劑具有較差的耐候性，主要是因?yàn)锳 固化劑屬于 TDI 改性預(yù)聚體，存在聚醚型的結(jié)構(gòu)，所以具有較差的耐候性，耐候面漆無(wú)法應(yīng)用其[7]。但是因?yàn)锳 固化劑具有粘度低、無(wú)溶劑、彈性理想的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于無(wú)溶劑天冬聚脲彈性防腐、防水、地坪涂料的適用性非常強(qiáng)。IPDI 改性聚酯型預(yù)聚體不僅包括B 固化劑，也包括C 固化劑，其具有良好的耐候抗老化失光性能。關(guān)于這方面，表現(xiàn)優(yōu)異的還有樣品1和樣品2。

2.2 屋面修復(fù)材料性能指標(biāo)

屋面修復(fù)材料性能指標(biāo)，如表2。

2.3 廚衛(wèi)修復(fù)材料性能指標(biāo)

廚衛(wèi)修復(fù)材料性能指標(biāo)，如表3。

表1 不同彈性固化劑的影響

表2 屋面修復(fù)材料性能指標(biāo)

表3 廚衛(wèi)修復(fù)材料性能指標(biāo)

3 結(jié)語(yǔ)

即使大部分學(xué)者較為認(rèn)同聚脲樹脂材料以及其涂料的性能，可是其應(yīng)用依舊沒有質(zhì)的飛躍，主要是三種原因，第一種是樹脂材料的成本比較高，很多企業(yè)保持觀望的態(tài)度，沒有決定應(yīng)用于企業(yè)中；第二種是對(duì)于該領(lǐng)域的研究較少，尤其是國(guó)內(nèi)，不夠關(guān)注工藝配套，對(duì)于相關(guān)材料的重視程度還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，第三種是材料的性能仍具有不足之處，有很大的提升空間，應(yīng)該需要解決玻璃化轉(zhuǎn)變溫度較高，以及試用期不夠長(zhǎng)的問題[8]。聚脲樹脂材料也具有顯著的優(yōu)勢(shì)，比如強(qiáng)度高、施工效率高、固含高等等，隨著時(shí)代的變遷，社會(huì)各界都十分注重環(huán)保、無(wú)污染，人力成本也呈現(xiàn)逐漸增長(zhǎng)的趨勢(shì)，面對(duì)這種情形，聚脲樹脂材料以及其涂料的發(fā)展?jié)摿薮螅l(fā)展前景也一片光明。