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1、聚脲類材料的優(yōu)劣聚脲類材料的優(yōu)劣孔祥明葉林標(biāo)來自:中國防水技術(shù)網(wǎng)聚脲是由異氰酸酯組分與氨基化合物組分反應(yīng)生成的一種彈性體物質(zhì),被視為繼高固體分涂料、水性涂料、光固化涂料、粉末涂料之后的一種新型無溶劑涂料,主要用于防滲、防水、防腐、耐磨等領(lǐng)域。與傳統(tǒng)涂料相比,具有優(yōu)異的物理力學(xué)性能,適用于機(jī)械、石油化工、礦山、防水、防腐工程、道具制作、車間地坪、體育設(shè)施工程等領(lǐng)域,是目前國內(nèi)外最受關(guān)注的涂料之一,具有廣闊的應(yīng)用前景。1聚脲材料概述聚脲材料
2、概述1.1聚脲是什么?聚脲是什么?聚氨酯、聚氨酯聚脲、聚脲都是由異氰酸酯組分(簡(jiǎn)稱A組分)和樹脂組分(簡(jiǎn)稱B組分)反應(yīng)生成的彈性體物質(zhì)。早期人們對(duì)于這三者的定義比較含混,即將B組分中端羥基樹脂和端羥基擴(kuò)鏈劑含量在80%以上的體系,稱為聚氨酯;將B組分中端氨基樹脂和端氨基擴(kuò)鏈劑含量在80%以上的體系,稱為聚脲;介于兩者之間的稱為聚氨酯聚脲或稱半聚脲。隨著噴涂聚脲彈性體技術(shù)的發(fā)展,其定義也越來越清晰。根據(jù)最近美國“聚脲發(fā)展協(xié)會(huì)“對(duì)聚脲的定義
3、是:噴涂聚脲:是由異氰酸酯組分(簡(jiǎn)稱A組分)與氨基化合物組分(簡(jiǎn)稱B組分)反應(yīng)生成的一種彈性體物質(zhì)。異氰酸酯既可以是芳香族的,也可以是脂肪族的。其中的A組分可以是單體、聚合體、異氰酸酯的衍生物、預(yù)聚物和半預(yù)聚物。預(yù)聚物和半預(yù)聚物是由端氨基或者端羥基化合物與異氰酸酯反應(yīng)制得。其中的B組分必須是由端氨基樹脂和端氨基擴(kuò)鏈劑組成,在端氨基樹脂中,不得含有任何羥基成分和催化劑,但可以含有便于顏料分散的助劑。噴涂聚氨酯和噴涂聚氨酯聚脲與噴涂聚脲的區(qū)
4、別在于:對(duì)于噴涂聚氨酯,其中的B組份必須是由端羥基樹脂(例如:二元醇、三元醇、多羥基聚合物多元醇等)和端羥基(芳香族或脂肪族)擴(kuò)鏈劑組成,在端羥基樹脂中,必須含有用于提高反應(yīng)活性的催化劑;而對(duì)于噴涂聚氨酯聚脲,其中的B組分既可以是端羥基樹脂,也可以是端氨基樹脂;擴(kuò)鏈劑在樹脂組分中,可以含有用于提高反應(yīng)活性的催化劑。正由于噴涂聚脲B組分的端氨基化合物與異氰酸酯組分的反應(yīng)活性極高,無需任何催化劑,即可在室溫或低溫下瞬間完成反應(yīng),從而有效地克
5、服了聚氨酯在施工過程中,因環(huán)境溫度和濕度的影響而發(fā)泡,造成材料性能急劇下降的缺點(diǎn),因而逐漸替代了噴涂聚氨酯和噴涂聚氨酯聚脲,成為目前研究的熱點(diǎn)。1.2聚脲的發(fā)展歷程聚脲的發(fā)展歷程含催化劑,它也表現(xiàn)出優(yōu)異的耐老化性能,經(jīng)試驗(yàn)證明,在50℃、5280h人工紫外線加速老化后,材料不變色,說明它更適合戶外使用。雖然1,4環(huán)己二胺、異佛爾酮二胺作為擴(kuò)鏈劑對(duì)提高脂肪族SPUA材料的強(qiáng)度和硬度有所幫助,但是它的高反應(yīng)活性使得在噴涂過程中很難得到光滑的
6、涂層表面效果。1994年,IIouse等人在聚脲、聚氨酯彈性體中首次采用脂肪二胺作為擴(kuò)鏈劑,以減緩反應(yīng)速度,這能明顯地延長(zhǎng)涂料的凝膠時(shí)間,從而得到光滑的涂層表面。芳香族、脂肪族SPUA材料雖然在降低反應(yīng)速度方面取得了不少的進(jìn)展,但與人們期待的理想施工時(shí)間還有一定的差距。聚天門冬氨酸酯SPUA材料是近5年來,在聚脲工業(yè)領(lǐng)域出現(xiàn)的一種新型脂肪族、慢反應(yīng)、高性能涂層材料,被稱為第三代聚脲。聚天門冬氨酸酯實(shí)際上是一種脂肪族仲胺,它最早于1990
7、年由Zwiener等人發(fā)現(xiàn)可以用做溶劑型聚氨酯涂料的反應(yīng)型稀釋劑,能夠與普通含有羥基的聚酯、聚丙烯酸酯共聚物混溶,從而它與同是脂肪族的HDI三聚體反應(yīng)時(shí),能夠得到耐候性非常好的新型脂肪族SPUA材料。其具體表現(xiàn)在:聚天門冬氨酸酯粘度低,與HDI三聚體的反應(yīng)速度可以通過不同的取代基團(tuán)調(diào)節(jié),使凝膠時(shí)間從5min延長(zhǎng)至120min;噴涂一道就可達(dá)到0.6mm;涂層表面無氣孔產(chǎn)生;配方體系的可調(diào)節(jié)范圍很寬;耐紫外線性能優(yōu)異,光澤持久、色彩穩(wěn)定、
8、不泛黃;噴涂時(shí)的材料損耗少,固體含量可以從70%調(diào)節(jié)到100%。聚天門冬氨酸酯最大的優(yōu)勢(shì)是通過人為增加聚天門冬氨酸酯分子中空間冠狀結(jié)構(gòu)的位阻密度,能夠合成出降低反應(yīng)活性、延長(zhǎng)凝膠時(shí)間的“定時(shí)”化合物。它與HDI三聚體的反應(yīng)活性遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于以往的脂肪族、芳香族擴(kuò)鏈劑。因此,人們可以按照施工季節(jié)的戶外環(huán)境溫度,確定B組分的組成,從而有效地掌握施工節(jié)奏和進(jìn)度,大大提高施工效率,節(jié)約材料和費(fèi)用。20世紀(jì)90年代,張全升等人首先使用Bayer公司的G
9、31噴涂機(jī)開展噴涂聚氨酯彈性體技術(shù)的研究與開發(fā)。但是,由于技術(shù)和市場(chǎng)的原因,最終未能得到大規(guī)模的商業(yè)應(yīng)用。1995年黃微波等人開展SPUA技術(shù)的前期探索研究,1997年引進(jìn)了GUSMER公司的設(shè)備,研發(fā)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的SPUA配方體系。1999年,SPUA技術(shù)在我國投入了商業(yè)應(yīng)用。2000年郁為銘等人也開發(fā)出了商品牌號(hào)為JUS的系列產(chǎn)品,并在關(guān)鍵原料端氨基聚醚的合成上完成了中試,得到了與JerffamineD22000相當(dāng)?shù)腁TPE
10、產(chǎn)品,用于隧道防水、水閘防腐等工程。2001年賀光輝等人也開發(fā)出“優(yōu)力”系列噴涂聚脲彈性體組合產(chǎn)品,主要用于皮卡車斗耐磨襯里。同年,李洪劍等人開發(fā)出聚氨酯噴涂彈性體,用于防水和防腐工程。目前,SPUA技術(shù)優(yōu)異的性能和施工工藝,在我國得到了材料界和工程界的高度評(píng)價(jià)。1.3聚脲的種類聚脲的種類目前,在聚脲材料家族中有三個(gè)分支,即芳香族、脂肪族和天門冬氨酸酯,在應(yīng)用領(lǐng)域分別占了70%、5%、25%的份額。1)芳香族聚脲是利用芳香族異氰酸酯(如
11、MDI、液化MDI、PAPI等)與氨基聚醚、氨基擴(kuò)鏈劑反應(yīng)而成,具有強(qiáng)度高,價(jià)格較合理等優(yōu)點(diǎn)。但是由于體系中存在苯環(huán),易氧化形成蒽、醌等有色基團(tuán),在使用過程中有一定程度的黃變現(xiàn)象,適用在防腐、耐磨等對(duì)裝飾要求不高的材料防護(hù)。2)脂肪族聚脲是利用脂肪族異氰酸酯(如HDI、HDI的三聚體、HMDI、TMXDI等)與氨基聚醚、脂環(huán)胺類擴(kuò)鏈劑反應(yīng)制備的,具有耐黃變、良好的抗腐性能、優(yōu)異的保色性能等,但物理強(qiáng)度較芳香族聚脲稍差,可以用于室外建筑的
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