噴涂聚脲防水涂料的技術(shù)及其應(yīng)用現(xiàn)狀

  

       聚脲涂料(polyureacoatings)技術(shù)是國外近20年來，為適應(yīng)環(huán)保要求而研制、開發(fā)的一種新型無溶劑、無污染的綠色施工技術(shù)，其主要特點如下：

 

       (1)涂料不含催化劑，快速固化，可在任意曲面、斜面及垂直面上噴涂成型，無流掛現(xiàn)象，5s凝膠，1min即可達(dá)到步行強度。

 

       (2)涂料對水分、濕氣不敏感，施工時不受環(huán)境溫度、濕度的影響。

 

       (3)涂料100%固含量，不含任何揮發(fā)性有機物(VOC)，對環(huán)境友好。

 

       (4)具有優(yōu)異的理化性能，如抗拉強度、伸長率、柔韌性、耐磨性、耐老化、防腐蝕等。

 

       (5)具有良好的熱穩(wěn)定性，可在120℃下長期使用，可承受150℃的短時熱作用。

 

       在早期，噴涂聚氨酯彈性體沒有很好解決體系的發(fā)泡問題，在室外應(yīng)用中經(jīng)常出現(xiàn)一些缺陷。20世紀(jì)80年代中期，美國Texaco公司在世界上率先開發(fā)出噴涂聚脲彈性體材料。澳大利亞于1993年引進(jìn)該技術(shù);日本和韓國也分別于1995年和1997年引進(jìn)該技術(shù)，并相繼投入商業(yè)應(yīng)用;歐洲地區(qū)2000年開始也逐漸接受該技術(shù)并推廣應(yīng)用。1995年，青島海洋化工研究院黃微波等人在國內(nèi)率先開展SPUA技術(shù)的研究與開發(fā)，獲得了很好的商業(yè)應(yīng)用業(yè)績，所研發(fā)的系列產(chǎn)品應(yīng)用涉及防腐、防水、防滑、裝飾、布景、道具、耐磨、耐酸、耐堿、耐老化、抗沖擊等眾多領(lǐng)域，并陸續(xù)發(fā)表了大量論文和申請了發(fā)明專利。2000年起，江蘇化工研究所郁維銘等人開始SPUA的探索，應(yīng)用領(lǐng)域涉及隧道防水、水閘防腐;湖南湘江涂料集團(tuán)有限公司廖有為等人開展了SPUA技術(shù)在皮卡車耐磨襯里方面的研究與應(yīng)用;煙臺華特聚氨酯公司李洪劍等人開展了噴涂剛性SPU技術(shù)管道防腐應(yīng)用。與此同時，美國SPI公司和聯(lián)合涂料、德國巴斯夫、韓國一山聚氨酯公司等企業(yè)也陸續(xù)將它們的產(chǎn)品銷往中國市場，自此，聚脲技術(shù)在我國蓬勃發(fā)展起來。據(jù)2002年美國聚脲發(fā)展協(xié)會的初步統(tǒng)計，全球純聚脲材料的產(chǎn)量為1.13萬t，銷售額為7500萬美元。其中北美地區(qū)占85%，亞太地區(qū)占10%，歐洲占4%，其它國家和地區(qū)占1%。聚脲在我國發(fā)展也非常快，產(chǎn)量從2000年的100t，迅速增長到2007年的6000t左右。

 

        2聚脲涂料體系的發(fā)展階段與國內(nèi)外現(xiàn)狀

 

        聚脲涂料體系的發(fā)展經(jīng)歷了以下5個階段：第一階段：純聚氨酯;第二階段：聚氨酯-聚脲;第三階段：純聚脲/芳香族;第四階段：脂肪族/聚天冬氨酸防腐裝飾體系;第五階段：各種改性高性能防腐防水體系。前三個階段比較容易混淆，因此將其特點作一對比，列于表1。

 

        聚氨酯、聚氨酯/聚脲、純聚脲體系比較

 

        為了更好地推動聚脲技術(shù)在世界各地的蓬勃發(fā)展，及時交流信息、開發(fā)市場，實現(xiàn)資源共享，2000年美國成立了“聚脲發(fā)展協(xié)會”。協(xié)會的宗旨是：發(fā)展新的營銷策略，促進(jìn)聚脲及PDA的成長;為會員構(gòu)建一個討論聚脲問題的專門場所;為聚脲產(chǎn)品建立相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn);明確聚脲的定義;每年定期召開討論會(目前已召開9屆年會并出版了論文集);定期舉辦聚脲操作培訓(xùn)課程。歐洲聚脲發(fā)展協(xié)會于2007年末成立并召開了首屆年會，這標(biāo)志著聚脲技術(shù)正式向全世界大規(guī)模發(fā)展。

 

        2005年7月25~27日，在煙臺萬華北京研究院舉行了“首屆中國聚脲彈性體應(yīng)用論壇”。中美兩國的聚脲專家做了精彩演講及演示活動，交流了聚脲彈性體應(yīng)用技術(shù)，大大推動了該技術(shù)在我國的發(fā)展。由于價格及化學(xué)合成工藝不同，市場上出現(xiàn)許多不同配方的噴涂聚氨酯(脲)。在噴涂聚氨酯(脲)彈性體配方設(shè)計中，排除水分對材料力學(xué)性能的影響是最為關(guān)鍵的考慮因素。為了使體系中A組分與R組分的混合更加充分、完善，兩者的粘度應(yīng)盡量接近。

 

       由于純聚脲部分原料價格昂貴，使得純聚脲技術(shù)難以在短期內(nèi)大規(guī)模普及。在一些用戶要求不高、環(huán)境比較干燥的場合，噴涂聚氨酯或者聚氨酯(脲)彈性體也是一種較為經(jīng)濟(jì)實用的辦法。但是，雜合體系統(tǒng)對施工人員的操作水平及現(xiàn)場技術(shù)質(zhì)量保證體系提出了更高的要求，因此，美國PDA至今未把雜合體列入聚脲定義范圍內(nèi)。聚脲行業(yè)國內(nèi)與國外產(chǎn)品檔次差距較大，主要與我們國家的產(chǎn)品價位、市場接受能力、經(jīng)濟(jì)消費水平較低有關(guān)。北美地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，用的基本是純聚脲，性能方面都能保證。而在我國，為降低材料成本，一般都用雜合體，特別是在戶外/野外現(xiàn)場施工時可能更復(fù)雜。雜合體中如果摻入了聚氨酯，就會出現(xiàn)發(fā)泡、起皮現(xiàn)象，影響聚脲的施工質(zhì)量和應(yīng)用效果。特別是有些設(shè)計人員及現(xiàn)場施工操作人員并未真正理解雜合體體系的特點，忽視雜合體配方體系現(xiàn)場施工需要更高的技術(shù)要求這一特點，造成涂層質(zhì)量未能達(dá)到設(shè)計要求，嚴(yán)重影響了聚脲的應(yīng)用效果，也為聚脲涂料的進(jìn)一步發(fā)展及應(yīng)用帶來了負(fù)面影響。

 

       聚脲涂料技術(shù)經(jīng)過20年的應(yīng)用，目前在世界范圍已基本成熟，成功案例比比皆是。但同時在應(yīng)用過程中也出現(xiàn)了不少問題，造成返工現(xiàn)象，主要是由于材料性能選擇、項目/體系設(shè)計、現(xiàn)場施工及質(zhì)量保證體系過程等方面的不完善造成的。噴涂聚脲涂料技術(shù)的特點和優(yōu)點十分明顯，但在實際應(yīng)用時，底材及底漆是關(guān)鍵。當(dāng)用于混凝土表面時，就特別需要注意基面的處理;基面處理的好壞，直接影響到施工質(zhì)量。聚脲的固化速度極快，通常在尚未充分浸潤混凝土表面時就已經(jīng)固化，影響了涂層與混凝土的粘結(jié)力;聚脲固化時的發(fā)熱量很大，混凝土表面毛細(xì)孔里含有的空氣或水分受熱后便會膨脹或蒸發(fā)，造成涂層表面出現(xiàn)針眼和氣泡。

 

       因此，聚脲噴涂施工前混凝土基面一定要涂布底漆，以增加粘結(jié)力和封閉毛細(xì)孔洞。目前新近開發(fā)的專用底漆，系水乳化的聚氨酯體系，其特點是可在潮濕混凝土基面上直接涂布，滲透力強、固化快，底漆施工后3h即可噴涂聚脲;涂層與混凝土的粘結(jié)力大于5MPa;可有效解決噴涂聚脲在混凝土表面施工的基面處理問題。聚脲防水施工大多數(shù)在應(yīng)用現(xiàn)場進(jìn)行，而現(xiàn)場施工環(huán)境一般較為復(fù)雜，同時聚脲涂料反應(yīng)速度較快，施工要求相對于普通油漆噴涂難度更大。國內(nèi)目前還沒有專門的培訓(xùn)機構(gòu)，合格的施工技術(shù)人員比較短缺。應(yīng)該說，聚脲施工行業(yè)的門檻較高，即使是聚脲理論知識豐富的人，如果在施工技術(shù)(如：項目管理、材料選擇、底材處理、設(shè)備操作等)方面沒有3年以上時間的鍛煉，操作時是很難達(dá)到設(shè)計質(zhì)量要__求的。

 

        3聚脲防水涂料標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)技術(shù)規(guī)程的制定

 

       2008年9月，具有里程碑意義的中國《噴涂聚脲防水涂料》國家標(biāo)準(zhǔn)歷經(jīng)4次工作會議，經(jīng)過來自全國32個單位、38名代表以及12名標(biāo)準(zhǔn)審查專家的熱烈討論和認(rèn)真審查，形成了我國(也是世界上)第一部聚脲防水涂料標(biāo)準(zhǔn)的報批稿。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了噴涂聚脲防水涂料的術(shù)語和定義、分類和標(biāo)記、一般要求、技術(shù)要求、試驗方法、檢驗規(guī)則、標(biāo)志、包裝、運輸與貯存。標(biāo)準(zhǔn)將適用于建設(shè)工程、基礎(chǔ)設(shè)施防水用噴涂聚脲涂料。該標(biāo)準(zhǔn)在對聚脲科學(xué)定義的同時，結(jié)合我國國情，將聚氨酯(脲)(又稱半聚脲)也納入標(biāo)準(zhǔn)控制范圍。但該標(biāo)準(zhǔn)沒有對“半聚脲”的設(shè)計使用及應(yīng)用范圍(特別是戶外/野外施工)作出限制，因此設(shè)計單位、總包商以及業(yè)主出于價格方面的考慮，可能將更多地設(shè)計、采用半聚脲體系，這就對施工提出了更高的要求，特別是在底材處理、現(xiàn)場噴涂操作、質(zhì)量保證體系等方面。