1、聚脲材料基礎理論 目 錄噴涂聚脲的定義1聚脲化學反應原理2噴涂聚脲技術優點3聚脲發展簡史4聚脲材料性能5高鐵聚脲技術指標6配套材料性能78聚脲應用實例9最新技術進展10聚脲熱點問題探討 第一章 噴涂聚脲的定義 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制得的半預聚物；B 組分是由端氨基樹脂和端氨基擴鏈劑組成的混合物，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 組分在專用噴涂設備的噴槍內混合噴出，快速反應固化生成彈性體防水膜。 噴涂聚氨酯(脲)防水涂料 噴涂聚

2、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制得的半預聚物；B 組分是端羥基樹脂或端氨基樹脂與端氨基擴鏈劑組成的混合物，在B 組分中可以含有用于提高反應活性的催化劑，允許含有少量顏料及分散的助劑；A、B 組分在專用噴涂設備的噴槍內混合噴出，快速反應固化生成彈性體防水膜。 (純)聚脲、聚氨酯（脲）主要區別在B組分階段體系名稱A組分B組分主要優/缺點 第一代 噴涂聚氨酯 MDI基半預聚物端羥基樹脂醇類擴鏈劑催化劑 優點：彈性好，耐磨性好，性能可調節范圍寬缺點：對濕氣敏感，配方難度大，低溫固化較慢 第二代 噴涂聚氨酯

3、（脲）MDI基半預聚物端羥基樹脂二胺擴鏈劑催化劑 優點：性能可調節范圍寬，固化速度可調缺點：對濕氣較敏感，低溫固化速度稍慢第三代 噴涂(純)聚脲 MDI基半預聚物端氨基聚醚二胺擴鏈劑優點：固化快，對溫度/濕氣不敏感缺點：價格高，性能可調小。 A 組份是由端羥基化合物與異氰酸酯反應制得的半預聚物端羥基化合物: 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半預聚物：由過量的異氰酸酯與端羥基化合物反應制得的一種高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

4、基聚醚一覽表 牌 號官能度分子量備注T-5000T-3000T-403D-4000D-2000D-2303332225000300040040002000230 輔助原料未商業化環氧固化劑未商業化主要原料環氧固化劑 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。二乙基甲苯二胺（DETDA, E-100） 反應快 B 組分是由端氨基樹脂和端氨基擴鏈劑組成的混合物，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

5、。 二甲硫基甲苯二胺（DMTDA，E-300) 反應慢 B 組分是由端氨基樹脂和端氨基擴鏈劑組成的混合物，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(UNILINK4200)反應慢 B 組分是由端氨基樹脂和端氨基擴鏈劑組成的混合物，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、酞青藍等。對高鐵，噴涂聚脲彈性防水涂料應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

6、防止顏料沉降、浮色。 第二章 聚脲化學反應原理 聚氨酯的化學反應原理氨基甲酸酯基團(氨酯鍵) 聚氨酯的化學反應屬于氫轉移的加成聚合反應。反應在比較活潑的NCO雙鍵上進行，活潑氫化合物中的氫原子轉移到NCO中的N原子上，余下的基團與羰基C原子結合，生成氨基甲酸酯、脲基等化合物。 聚脲的化學反應原理脲鍵右圖是尿素的分子結構聚脲被稱為有機石頭 異氰酸酯與水的化學反應異氰酸酯與水反應先生成不穩定的氨基甲酸，氨基甲酸分解成胺和二氧化碳。胺繼續與異氰酸酯反應生成脲鍵。此反應是濕固化聚氨酯涂料的基礎，也是聚氨酯材料易發泡的原因。 聚氨酯、聚脲化學反應聚脲與聚氨酯的主要區別:優點：聚脲使用氨基聚醚，反應快，可

7、低溫固化 聚脲對水不敏感，可在高濕環境下施工 聚脲不使用催化劑，耐催化老化缺點：價格高，性能調節小 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稱為芳香族化合物。現在指分子中至少含有一個苯環，具有與開鏈化合物或脂環烴不同的獨特性質的一類化合物 組分是芳香族異氰酸酯，如MDI, LMDI等NCO直接與苯環相連B組分含芳香胺擴鏈劑，如E-100,E-300,Unilink4200 芳香族聚脲 在世界大量應用，京滬高鐵、津秦、寧杭等使用 優點：優異的物理性能；價格低 缺點：在光照下黃變，易老化 在紫外線下自氧化生成醌亞胺 脂

8、肪族聚脲開鏈烴及除芳香族化合物以外的環狀烴類及其衍生物的總稱組分是脂肪族異氰酸酯，如二環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組分含脂肪胺擴鏈劑，如IPDA, CLEARLINK1000等 脂肪族聚脲優點：突出的耐候性能；優異的耐低溫性能缺點：物理性能稍差；耐高溫和耐腐蝕差； 價格貴項目保持率拉伸強度95%伸長率100%撕裂強度98%硬度100%粉化無光澤保持率90%檢測標準：ASTM G-53，UVB-313，3000小時 聚天門冬氨酸酯聚脲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過Michael加

9、成反應而成（一個親電的共軛體系和一個親核的碳負離子進行共軛加成） 聚天門冬氨酸酯聚脲優點：1固化速度可調至15分鐘以上；2高拉伸強度、高光澤度、優異的耐磨性能；3優異的附著力(DTM, Direct to Metal)；4優異的防腐性能及耐紫外光性能；5可以刷涂也可以常規高壓無氣噴涂機施工。缺點：價格昂貴 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小時后性能保持率80%以上，而脂肪族聚脲6000小時后性能保持率90%以上。 第三章 噴涂聚脲技術優點 1.固化快，10秒凝膠，10分鐘達到步行強

10、度。 復雜曲面不流掛； 停工期短，業主歡迎2.對溫度和水分不敏感，施工時受環境溫度、濕度影響小。3.100%固含量，零VOCs,對環境友好。4.一次施工達到厚度，克服多層施工的弊病。5.優異的物理性能，如抗張強度、伸長率高、耐介質、耐磨、抗沖擊等。6.硬度可調節的范圍大（彈性體/剛性體） 7.涂層致密、無接縫，形成皮膚式結構，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，單機日施工1000m2以上。11.投入使用后不需要維護，節省了昂貴的維護費用。一次投資，終生受益。 第四章 聚脲發展簡史 年 代 國 家 重 大 事 件

11、 1937年 德 國德國I.G.Farben公司的奧托拜爾博士Otto Bayer首先將異氰酸酯用于聚氨酯合成 1941年 德 國德國拜爾公司將聚氨酯工業化 1969年 德 國德國拜爾公司將DETDA用于聚氨酯RIM 1970s 美 國Jefferson化學公司合成端氨基聚醚，主要用做環氧固化劑，商品牌號Jeffamine 1973年 美 國世界上首個“聚脲”產品，溶劑型，固化快 1984年 美 國Jeffamine 端氨基聚醚用于聚脲RIM 年 代 國 家 重 大 事 件 1986年 美 國Texaco公司 Austin 實驗室 1989年 美 國Primeaux發表研究論文，引起轟動，聚脲

12、首次在德克薩斯州的某屋面防水成功應用 1991年 北 美聚脲開始商業化，主要用于混凝土防腐、鋼結構防腐和皮卡耐磨等領域1993以后歐洲/東南亞各國紛紛引進聚脲技術，并進行商業化1995年中國海洋化工研究院（青島）開始前期探索1997年中國海化院引進第一臺噴涂機Gusmer H-35001998年中國噴涂聚脲首次在青島某會議室地面應用 左圖 1997年海化院引進中國首臺噴涂機 世界聚脲發明人Dudley來青講學 左圖 1998年海化院的第一個聚脲地坪工程右圖 1999年聚脲首次在戶外應用 時間標準類型標準名稱主起草單位2006年化工行業HG/T 3831-2006噴涂聚脲防護材料海洋化工研究院2

13、008年國家標準 GB/T23446-2009 噴涂聚脲防水涂料蘇州非金屬礦工業設計研究院 2008年行業標準 JGJ 報批稿噴涂聚脲防水工程技術規程 中國建筑科學研究院 2009年客運專線客運專線鐵路橋梁混凝土橋面噴涂聚脲防水層暫行技術條件中鐵工程咨詢公司中國鐵道科學研究院青島理工大學國內聚脲標準 國際聚脲標準 美國防護涂層協會 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準明確規定包含聚氨酯/脲，即半聚脲 第五章 聚脲材料性能 硬段：異氰酸酯、胺或醇擴鏈劑軟段：聚醚多元醇、氨基聚醚硬段之間靜電力很強，而且有大量的氫鍵，產生微相分離 拉伸強度，MPa最高可達 28邵氏硬度A30

14、-D65斷裂伸長率最高可達1000%撕裂強度，KN/m43-105100%模量，MPa3.44-13.8低溫柔韌性/-40無裂紋耐磨性/(750g/500r)/mg40物理性能 耐老化性能項目老化前老化后拉伸強度，MPa18.716.2斷裂伸長率，%522480撕裂強度，KN/m 8480硬度， 邵A9092低溫彎折性-40-40不透水性 0.4MPa,2h不透水 0.4MPa,2h不透水 耐化學介質性能（常溫，一年）介質名稱浸泡結果介質名稱浸泡結果10%醋酸很好海水很好10%鹽酸很好二甲苯不推薦20%硫酸很好原油很好30%磷酸好 變色汽油不推薦20%氨水很好柴油很好20%氫氧化鉀好 變色機油

15、很好50%氫氧化鈉好 變色液壓油很好飽和鹽水很好硝酸銨很好 耐高溫性能說明：芳香族聚脲可在125的高溫空氣下連續使用，而高鐵在夏天的短時高溫不超過80，聚脲滿足使用要求。 吸水率結論：硬段含量越高，吸水率越小。高鐵要求吸水率小于5%，聚脲完全滿足技術要求。 抗沖磨性能試驗水流含沙率為10%，流速為40m/s，沖磨時間60min 材料種類重量損失 g磨損率g/cm2h磨損體積cm3 表 面 狀 態 耐磨聚脲彈性體 2.5 0.027 2.45涂層表面基本沒有變化，無可見的溝痕。 二級配混凝土骨料為石灰巖f28=66.5MPa414.0 0.440 159.2試件沖磨后內壁有很多溝痕等缺陷。二級配

16、混凝土骨料為花崗巖f28=65.6MPa 98.00.104 37.7試件沖磨后內壁有很多溝痕等缺陷。結論：噴涂聚脲防水涂料具有優異的耐磨性能，適合高鐵動態應力下的無限次摩擦。 裂縫追隨性實驗表明：三點彎曲實驗后裂縫產生，當裂縫為10mm時聚脲未斷裂。故聚脲很適合高鐵這種有動態應力形變的重點工程。 附著力 底材類別附著力,MPa混凝土（潮濕）2.5混凝土（干燥）4.8鋼（噴砂Sa2.5級）14鋁（噴砂Sa2.5級）14膠合板1.75 氯丁橡膠8.9底材破壞 第六章 客運專線聚脲技術指標 序號項目技術指標試驗方法1拉伸強度（MPa）16.0GB/T167772拉伸強度保持率加熱處理（%）80-1

17、503堿處理（%）80-1504酸處理（%）80-1505鹽處理（%）80-1506機油處理80-1507熒光紫外老化（%）1500h80-150GB/T182448斷裂伸長率無處理（%）（純）聚脲400聚氨酯（脲450GB/T167779加熱處理（%）保持率90%以上10堿處理（%）11酸處理（%）12鹽處理（%）13機油處理14熒光紫外老化（%）1500h保持率80%以上GB/T18244 序號項目技術指標試驗方法15低溫彎折性無處理-40，無裂紋GB/T1677716加熱處理17堿處理18酸處理19鹽處理20機油處理21熒光紫外老化，1500hGB/T1824422耐堿性，飽和Ca(OH

18、)2 溶液，500h無開裂、起泡、剝落GB/T926523凝膠時間45s見注（1）24表干時間120sGB/T1677725不透水性0.4MPa，2h不透水26加熱伸縮率（%）-1.0， 1.027固體含量（%）9828與基層粘結強度（MPa）干燥基層2.529潮濕基層2.5 30與基層剝離強度（N/mm）6.0GB/T279031直角撕裂強度（N/mm）60.0GB/T52932硬度（邵A)90GB/T53133耐沖擊性 落錘高度100cm無裂紋、皺紋及剝落現象GB/T173234耐磨性（阿克隆）cm3/1.61km0.5GB/T168935吸水率%5.0GB/T146236可行駛重載車輛時

19、間24小時可承受接地比壓0.6MPa實測 第七章 配套材料性能 一、修補膩子 一、修補膩子序號項目技術指標試驗方法1外觀質量均勻粘稠體，無凝膠、結塊目測2表干時間（h） 4GB/T16777GB/T52103實干時間（h） 244粘結強度（MPa）潮濕基面3.0干燥基面 一、修補膩子修補膩子的類型一般為聚氨酯和環氧樹脂。推薦采用滿刮工藝來修補孔洞。 二、基層處理底涂作用：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針孔現象。要求：粘度低，滲透性好提高聚脲涂層與混凝土底材的附著力，增強防護效果。底漆類型： 環氧、聚氨酯施工方法：刷涂、輥涂、噴涂，建議采用噴涂施工。 二、基層處理

20、底涂基層處理底涂的選型應根據地域施工環境的氣候條件確定，一般可分為低溫(015)，常溫（1535）和高溫（35）型。底涂選用不當會導致分層或脫落。序號項目技術指標試驗方法1外觀質量均勻粘稠體，無凝膠、結塊目測2表干時間（h） 4GB/T16777GB/T52103實干時間（h） 244粘結強度（MPa）潮濕基面2.5干燥基面 二、基層處理底涂 三、搭接專用粘結劑以下情況必須使用層間粘合劑:.新舊涂層的時間間隔超過了廠家規定的復涂時間（如下雨）.經檢測厚度不足的涂層應進行二次加厚時.涂層修補時。 4. 二次施工時 三、搭接專用粘結劑序號項目技術指標試驗方法1外觀質量均勻粘稠體，無凝膠、結塊目測2

21、表干時間（h） 4GB/T167773間隔25天粘結剝離強度 (N/MM)6.0或涂層破壞 四、脂肪族面層 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。 根據國外的成功經驗，芳香族聚脲表面可以使用脂肪族聚脲或其他耐候性面漆。 根據性價比和高鐵的實際情況，客運專線選用了脂肪族聚氨酯面層方案（中灰色）。 （要求面層強度高、柔性好，與聚脲配套好） 序號項目技術指標試驗方法1涂層顏色及外觀淺灰色，半光，表面均勻一致目測2不揮發物含量 %60GBT17253細度 m50GBT6753.14干燥時間 h 表干4，實干24GBT17285彎曲性能10mm彎

22、折30，無開裂、無剝離GBT67426耐沖擊性落錘高度100cm漆膜無裂紋、皺紋及剝落等現象GBT17327 附著力（拉開法）MPa4.0GBT52108耐堿性 NaOH 5% 240h240h，涂層無起泡、起皺、變色、脫落等現象GBT92749 耐酸性 H2SO4 5% 240h10耐鹽性 NaCl 3% 240h11耐油性 機油 240h 序號項目技術指標試驗方法12耐水性 48h涂層無氣泡、起皺、明顯變色、脫落GBT173313耐人工氣候加速試驗經過1500h，涂層無明顯變色和粉化，無起泡、無裂紋。GBT1452214 拉伸強度 Mpa4.0GBT1677715 斷裂伸長率 %200GB

23、T1677716耐磨性（750g500r）mg40GBT1768 1. 脂肪族聚氨酯面層宜在聚脲施工完畢后6 小時內完成，保證面層和聚脲之間良好的粘結。 2. 脂肪族聚氨酯面層施工前，應對聚脲防水層表面進行清潔處理，保證聚脲防水層表面干燥、無灰塵、油污和其他污染物；與聚脲防水層施工間隔時間超出規定時，應采用搭接專用粘結劑做預處理。 3. 脂肪族聚氨酯面層施工可采用輥涂或噴涂工藝，邊角溝槽輔以刷涂施工。 五、 涂層修補材料涂層有鼓泡、針孔及損傷等缺陷時。測試附著力后的破壞點3. 針孔應逐個用涂層修補材料修補。4. 修補后的涂層厚度不應小于原涂層厚度，且表面質量符合要求。項目性能要求實驗方法表干時

24、間（h）2GBT1728拉伸強度（MPa）10GBT16777斷裂伸長率（%）300GBT16777粘結強度（MPa）2.0GBT5210 第八章 聚脲熱點問題探討 一、聚脲強度的時間依賴性 “One has to be very careful there though because polyurea systems may set and give an initial cure very quickly that will allow this return to service very quickly, but not develop ultimate elastomer phys

25、ical properties for 24 hours or more. This all depends on the exact system formulation.” 二、關于潮濕基層施工聚脲對濕度不敏感是相對于聚氨酯而言的，不能類比環氧、水性丙烯酸樹脂。聚脲可以在水上或冰上噴涂固化成型，但把它理解成聚脲能在潮濕界面上工程應用是片面的，因為水會對附著力造成致命影響。在實際工程中，基材內大量的水分在受熱后蒸發變成水蒸氣，體積擴大1700倍，體積膨脹會導致聚脲涂層大面積鼓泡甚至脫落。 Primeaux said “While polyurea system may show insens

26、itivity to moisture, that does not mean they can be applied over a wet substrate. The polyurea will react over water, but the applied system will not bond to the substrate in that area.”二、關于潮濕基層施工 聚脲防水層是一個完整體系，需要膩子、底涂和面漆配套在不同的施工環境（溫度/濕度）下選用不同的配套底涂配套不好會導致大面積脫落，后果是致命的。青島佳聯公司SPUA-D450底涂 三、各層的配套性 天數 附著力

27、 1 Day3.5 MPa 2 Day4.2 MPa 3 Day4.6 MPa 4 Day5.3 MPa 5 Day6.2 MPa 四、培訓的重要性 高鐵聚脲用量大、工期緊、熟練工人少，中國建筑防水協會受鐵道部和京滬公司的委托，舉辦了1次京滬高層培訓、3次監理和檢驗人員培訓（300多人）、5次全國范圍內的施工人員培訓（400多人）。 短期培訓不是“萬能丹”，不可能靠3天的培訓解決今后所有問題。但培訓的作用是顯而易見的，不培訓肯定會更糟糕。 結論：培訓+自己努力鉆研 第九章 聚脲應用實例 防水工程防腐工程海洋工程工業地坪運動場地影視道具軍事領域 1. 防水工程高速鐵路 1. 防水工程高速鐵路京滬高鐵滬杭高鐵 1. 防水工程隧道 1. 防水工程奧運場館 1. 防水工程國家重點項目 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/