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聚氨酯化学与工艺Chap.7喷涂聚氨酯（脲）弹性体7.1发展简况及其特点7.2原材料、助剂及设备7.3喷涂聚氨酯（脲）的应用领域7.1发展简况及其特点•喷涂弹性体（包括聚氨酯、聚氨酯-聚脲、聚脲）技术是在聚氨酯反应注射成型RIM）技术的基础上，于上世纪七十年代发展起来的。它继承了RIM技术的撞击混合原理，却突破了RIM必须使用模具的局限性，将瞬间固化、高速反应的特点扩展到一个全新的领域。•正如聚氨酯、聚氨酯-聚脲、聚脲RIM技术的发展经历了①纯聚氨酯（PU）、②聚氨酯-聚脲（PU/PUA）、③纯聚脲（PUA）三个阶段一样，喷涂聚氨酯、聚脲弹性体技术也经历三个阶段（见下表）。阶段体系异氰酸酯组分树脂组分主要优/缺点第一代聚氨酯MDI基EO封端多元醇、二醇扩链剂、催化剂优点：价廉缺点：对水敏感，极易发泡；力学性能差等。第二代聚氨酯/聚脲MDI基EO封端多元醇、芳香二胺扩链剂、催化剂优点：价格适中缺点：发泡、力学性能一般。第三代聚脲MDI基m-TMXDI基端氨基聚醚、芳香二胺扩链剂。端氨基聚醚、脂肪二胺扩链剂。优点：对温、湿度不敏感，力学性能好，耐老化性能突出。缺点：价高•一、喷涂聚氨酯、聚氨酯（脲）、聚脲的定义•喷涂聚氨酯：是由异氰酸酯组份（简称A组份）与树脂组份（简称R组份）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组份可以是单体、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组份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）：也叫混合体（hybrid），它是由异氰酸酯组份（简称A组份）与树脂组份（简称R组份）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组份可以是单体、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组份既可以是端羟基树脂，也可以是端胺基树脂；扩链剂组成，在树脂组份中，可以含有用于提高反应活性的催化剂。•喷涂聚脲：是由异氰酸酯组份（简称A组份）与氨基化合物组份（简称R组份）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组份可以是单体、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组份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。•二、聚脲产品的特点•1.不含催化剂，快速固化，可在任意曲面、斜面及垂直面上喷涂成型，不产生流挂现象，5秒钟凝胶，1分钟即可达到步行强度。•2.对湿气、温度不敏感，施工时不受环境温度、湿度的影响。（可在冰上施工；在-28℃下施工；可在冰柜中固化）。•3.双组分,100%固含量，不含任何挥发性有机物（VOC），对环境友好。•4.可按1:1体积比进行喷涂或浇注，一次施工的厚度范围可以从数百微米到数厘米，克服了以往多次施工的弊病。•5.优异的理化性能，如抗张强度、伸长率、柔韧性、耐磨性、耐老化、防腐蚀等。•6.具有良好的热稳定性，可在120℃下长期使用，可承受350℃的短时热冲击。•7.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。•8.配方体系任意可调，手感从软橡皮（邵A30）到硬弹性体（邵D65）。•9.原形再现性好，涂层连续、致密，无接缝、无针孔，美观实用。•10.使用成套设备，施工方便，效率极高；一次施工即可达到设计厚度要求，克服了以往多层施工的弊病。设备配有多种切换模式，既可喷涂，也可浇注。下表为各类环保施工技术之比较7.2原材料、助剂及设备•喷涂聚脲弹性体技术的关键主要有两方面:•①端氨基聚醚、液态胺扩链剂与异氰酸酯的反应原理及其工业化;•②喷涂所需要的专业化设备。•一、原料及助剂•1.异氰酸酯：喷涂聚脲弹性体体系最常用的二异氰酸酯使MDI和液化MDI。TDI由于蒸汽压高，喷涂时气味大，一般不采用。2.端胺基聚醚：其与异氰酸酯反应速度极快，无需任何催化剂。国际上只有少数几个公司生产，其中Huntsman公司的伯胺基（端胺基）氧化丙烯产品（商品牌号Jeffamine®)在聚脲喷涂技术发展中起了很大的作用。下表列出了其部分系列牌号。•3.扩链/交联剂：常用的小分子二醇及二胺类扩链剂都可用于喷涂聚脲体系。目前主要采用芳香族位阻二胺为扩链剂。在喷涂体系中也可采用交联剂，如三羟甲基丙烷（TMP)、低分子量聚氧化丙烯三醇胺JeffamineT-403。•4.助剂/色料：为提高涂层的耐候性及其他性能，在配方设计时，通常会依据需要添加适当的助剂,如抗氧剂、紫外吸收剂或阻燃剂等。同时为了使涂层具有美观的颜色，可加入各种色料。•二、设备•由于Ａ、Ｒ组分的化学活性极高,混合后粘度会迅速增大,如果没有适当的混合及成型设备,这一反应是不可控制的。•对喷涂所需要的专业化设备的基本要求有:•①平稳的物料输送系统;•②精确的物料计量系统;•③均匀的物料混合系统;•④良好的物料雾化系统;•⑤方便的物料清洗系统。•根据以上要求并结合聚氨酯/聚脲RIM技术的设备工作原理,国外厂家陆续开发出用于喷涂聚脲弹性体技术的物料输送、计量设备以及用于喷涂的混合、雾化和清洗设备。目前专家认为美国Gusmer公司生产的Ｈ系列主机和ＧＸ7系列喷枪是本技术开发应用中较为合适的机型。7.3喷涂聚氨酯（脲）的应用领域•聚脲的全球应用分布情况如下：美国占85%，亚洲占10%，欧洲占4%，其它地区占1%。它作用于多种领域。•1.贮罐及水池衬里喷涂聚氨酯（脲）技术应用最广的领域之一是用作贮罐及贮罐围堰衬里。喷涂聚脲具有无污染、不流挂、施工快等特点，弥补了传统用环氧防腐涂料等作衬里的多种不足，喷涂成型的聚脲弹性体柔韧性好，防渗漏效果极佳。该体系可用于各类化学品或废液的贮罐，也可用于贮罐围堰、排水沟、地沟及地面防渗层等表面的保护，使用寿命长。水池衬里2.地面及墙体保护涂层在国外，聚喷涂弹性体经常用于土地面涂装及防水施工。聚脲体系的快速反应和固化可迅速施工减少其停工时间。泥或煤渣运动场地弹性差，国内外广泛用手工浇注型双组分聚氨酯弹性体体系铺设塑胶场地。聚脲喷涂体系还可用于多层停车场、甲板、交通区域及工厂地坪。3.耐磨衬里聚氨酯（脲）弹性体具有优异的耐磨性（作为保护性厚涂层就用时涂层的厚度一般在2mm以上），可用于多种环境下的耐磨、防腐涂层，典型的应用如矿砂厂和选煤厂用的螺旋集合器、浮选槽内的钢分散器、振动进料盘、料斗车内壁及矿山的输送设备等衬里。4.影视道具制作及装饰品保护层聚脲涂料直接喷涂在聚苯乙烯泡沫塑料（EPS）、硬质聚氨酯泡沫塑料或其它脆性泡沫材料的表面，形成一柔韧性致密保护层和防水层，操作方便快速，有很好的保护和装饰作，具有原型再现性好、质轻、搬运方便、耐候性好等优点。在影视业有广泛的用途，如制作道具、建造永久或临时性的舞台布景、布景幕以及支柱、标本及装饰物、制作人或动物模型，还用于公园景物外壳层、建筑装璜用EPS的保护层等。5.防水涂层喷涂聚脲及聚氨酯脲具有良好的耐化学品、耐盐雾、耐海水、耐大气老化性能，可用于各种海上及水上设施。如水池上的摘引桥、废水池衬里、码头护舷、浮标及防浪堤、系泊设备及舷梯等。•喷涂聚脲及聚氨酯脲可用来制作或修复水上乐园的滑道以及其它骑乘设施，还可用于在碰碰船、玻璃钢艇等游乐设施的蒙皮，能起到很好的保护和缓冲作用。类似的应用还有水上乐园、水族馆、游泳池等设施的混凝土表面防水、防滑处理。•另外，它还可用于屋顶防水保温层的保护，如冷库或仓库的屋面需要施工一层厚厚的聚氨酯泡沫作保温层，在泡沫上再喷涂1~2的聚脲弹性体，可以起到防水和保护的作用。也可直接进行厂房屋顶的无接缝防水层施工。