浅谈聚脲弹性涂料的应用技术

浅谈聚脲弹性涂料的应用技术 一、喷涂聚脲简介

聚脲是由异氰酸酯类化合物为甲组分、胺类等化合物为乙组分，采用喷涂工艺使两组分混合后发生反应生成弹性体涂膜的防水涂料。通常包括底涂（基层处理剂）、喷涂聚脲防水涂料、脂肪族聚氨酯面层、搭接专用粘结剂（层间粘合剂）、涂层修补材料。喷涂聚脲的相关标准、规范有HG/T3831-2006《喷涂聚脲防护材料》、GB/T23446-2009《喷涂聚脲防水涂料》和JGJ/T200-2010《喷涂聚脲防水技术规程》以及铁道部《京沪高速铁路桥梁混凝土桥面喷涂聚脲防水层暂行技术条件》等。

这里须说明的是，聚脲中的甲组分可以是异氰酸酯单体、聚合体、衍生物、预聚物或半预聚物。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。异氰酸酯可以是芳香族的也可以是脂肪族的。若聚脲中的乙组分是由端氨基树脂和端氨基扩链剂等组成的胺类化合物时，通常称为喷涂（纯）聚脲防水涂料；而乙组分是由端羟基树脂和端氨基扩链剂等组成的含有胺类的化合物时，通常称为喷涂聚氨酯（脲）防水涂料，俗称半聚脲。这两种涂料在性能上有很大差别。

二、聚脲涂料体系发展阶段（见下表） 第一阶段：纯聚氨酯体系 第二阶段：聚氨酯-聚脲体系 第三阶段：纯聚脲/芳香族体系

第四阶段：脂肪族/聚天冬防腐装饰体系 第五阶段：各种改性高性能防腐体系 阶段 体系A 组分R 组分 主要优/缺点

第一代 纯聚氨酯 MDⅠ基 Eo封端多元醇、二醇扩链剂、催化剂 缺点：对湿气敏感，极易发泡，力学性能较差

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 缺点：发泡、力学性能一般 第三代 纯聚脲 MDⅠ基

M-TMXDI基 端氨酯聚醚、芳香二胺扩链剂。端氨酯聚醚、脂肪二胺扩链剂。 优点：对温、湿度不够敏感，力学性能好，耐老化性能突出。

三、聚脲的主要特点

1）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，约5秒钟凝胶，1分钟即可达到步行强度。

2）一般对湿气、温度不敏感，施工时不受环境温度、湿度的影响。

3）100%固含量，不含任何挥发性有机物（VOC），无污染，对环境友好。

4）具有优异的综合力学性能，如抗张强度、伸长率、柔韧性、耐磨性、耐老化、防腐蚀等。

5）具有良好的热稳定性。能够抵御昼夜、四季环境温度变化对保护层造成的热胀冷缩作用，涂层不会产生开裂和脱落现象。

6）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。

7）涂层连续、致密，无接缝，无针孔，美观实用。

8）良好的附着力，SPUA与金属、砼、塑料及木基层都有良好的附着力。

9）施工效率高：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。 四、聚脲的应用领域

1、防水工程（隧道、高速铁路桥梁、水利工程、污水处理池等）。 2、防腐工程（管道内外壁、储罐内外壁等）。 3、耐磨工程（皮卡、军用卡车、集装箱车等）。 4、海洋工程（坝体、溢洪道、柱墩等）。 5、工业地坪（如车间地面、粮食仓库）。

6、运动场地（如网球场、篮球场、羽毛球场、跑道面层防护）。 7、影视道具。 8、军事领域。 五、聚脲施工工艺 1、作业条件

1）基层应清理干净，验收合格。要求平整、光洁，强度达到设计要求。不得有空鼓、起砂、开裂、脱皮等缺陷。

2）喷涂设备接电检查。喷涂设备所需总电流为60A，现场接电要保证安全。

3）喷涂设备的调试。喷涂前应将主机及附属设备进行调试。 4）喷涂作业面不应有其它工种交叉，避免粉尘污染作业面。 5）严禁在已施工的防水层上行走。 2、主要施工机具

施工前应先检查机具的完好。 机械配备表 3、施工工艺流程

施工准备 基层处理 基层质检 刷基层处理剂 处理剂质检合格 喷涂聚脲涂层 涂层质量检查 涂层缺陷修补 再次检查质量 验收 4、基面要求

1）在喷涂聚脲施工涂料施工前，应将管道、设备座或其它预埋件等安装牢固并作好防水的密封处理。

2）混凝土基面抛丸（图1）喷砂处理，基层表面达到粗糙而均匀程度，完全去除浮浆和起砂。 1、抛丸处理

3）细部可采用角磨机或高压水枪清除基面的浮浆起皮等。 4）基面抛丸喷砂处理后，检查基层，发现有无抛丸喷砂过深部位、基层凹凸不平部位、孔洞和裂缝等现象，如果有则采用环氧树脂腻子厚聚合物水泥砂浆填抹平。等抹平材料固化后再打磨平。 5）喷涂聚脲防水涂料要求基层含水率不应大于7%。当基层实测含水率小于7%时应采用干燥基层处理剂；当含水率大于7%时应

采用潮湿基层处理剂。 5、基层处理剂

1)底涂主要是封闭混泥土表面毛细孔，减少聚脲涂层喷涂后出现针孔现象；提高聚脲涂层与混泥土底材的附着力。

2)底涂采用粘度低，渗透强的产品（如丙烯酸、环氧树脂、聚氨酯），可采用刷涂或喷涂的方法（图2）。

3)根据基材种类和含水率情况选用不同底涂剂。在干燥的基础上喷涂1~2道配套封闭底漆，底漆固化并干燥后再进行喷涂施工（一般干燥24小时）

4)配套不好的底涂会导致喷涂聚脲分层或鼓泡、针眼等。 2、底涂处理 6、喷涂设备：

1)采用专用喷涂设备进行喷涂施工。设备应包括物料输送、计量、混合、喷射和清洁功能。

2)喷涂操作人员应由专业培训合格人员管理和操作。 3)设备应用参数调节合适。 4)正常的设备维修保养。 7、喷涂施工

1)甲组分与乙组分混合比例为1:1（体积比）。为保证涂膜厚度均一性，宜分2-4遍喷涂成型达设计厚度。

2)参考用量：每毫米厚的涂料使用量约1.2kg/㎡。

3)施工时遇下雨停工，补喷、补修搭接界面时应涂刷层间粘合剂。

4)喷涂前检查A、B组分物料是否正常，使用前将B料进行充分搅拌均匀。

5)严格添加任何稀释剂，严格混淆A、B料进入喷涂系统。 6)喷涂作业时，应手持喷涂施工（图3），喷枪宜垂直于待喷涂基层，距离约60mm，移动速度均匀。喷涂先细部后大面，先上后下，纵横喷涂，直到喷涂厚度100%达到设计要求。

7）施工时一般分3-4遍纵横交叉连续喷涂至所需厚度。每遍的喷涂厚度不要太厚，可以通过喷枪、混合室、喷嘴的不同组合或通过控制喷枪的移动速度来控制。喷涂厚度均匀一致。

8）喷涂过程要及时清理基层上的杂物，发现缺陷及时修补。 9)喷涂过程中发现有异常情况应立即停止作业，检查并排除故障后才能施工。 3、喷涂施工 6、涂层的补修：

1)发现涂层有漏涂、鼓泡、针眼或损伤部位应及时进行修补。 2)彻底清除鼓泡、破损或粘结不牢的涂层，并将其扩大1倍左右周围清理干净。

3)涂基层处理剂和层间粘合剂，等干燥后再进行喷涂修补聚脲。 4)厚度不足处应进行二次喷涂，二次与一次间采用层间粘合剂涂刷，再喷涂聚脲涂层。 4、喷涂效果

六、存在问题及解决办法

1、原材料质量的品质问题。目前原材料供应市场鱼龙混杂，一方面给用户提供了购买 方便，另一方面因为各种产品良莠不齐，容易造成工程质量存在较大的波动。喷涂纯聚脲涂膜理化性能优异，但价位较高，目前我国市场接受能力、经济消费水平较低，为降低成本，一般都用聚脲杂合体，而北美地区经济发达，用的基本都是纯聚脲。杂合体性能差别大，应注意材料的选择。

2、缺乏基本的聚脲喷涂技术。喷涂聚脲的成膜速度非常快，如果操作不当，喷涂掌握不准等则易造成涂层厚薄不均、表观不平整、色差大等问题。若施工经验缺乏，选择基层处理剂不当，基层未达到施工要求时，极易造成聚脲涂层起泡、针眼、分层、粘结不牢等现象。 3、底涂处理不当。喷涂聚脲弹性体反应速度很快，这是它最大的优点，但也带来负面的影响，即对底材的浸润时间短，附着力差，因此选择一种配套性好的底涂是至关重要的。虽然底涂用量很少，但如选择不当，会带来灾难性的后果，而这种后果远大于其它类型的涂层缺陷（如鼓泡、针孔、局部发粘等）。同时，喷涂聚脲弹性体对底涂的选择性很强，市售的一般底涂与聚脲弹性体的附着较差。因此施工者在选择配套底涂时，一定要进行验证试验，以免铸成大错。底涂施工完成之后，一定要严格根据原材料厂商的要求控制施工间隔，如施工间隔过长，也会导致附着力的丧失。基层湿度太大（大于 90%），底材表面可能会形成一层薄薄的水膜，这对聚脲本身的物理性能不会产生多大的影响，但对聚脲与底材的附着性会有不良影响，容易使聚脲与基层脱层、空鼓、微泡。

据不完全统计，聚脲工程的失败大约 80%与底材表面处理不当有关。 对于金属底材，喷涂前表面处理的方法很多，如酸洗磷化、机械打磨、喷砂抛丸等，而喷砂抛丸是最常用的。喷砂后钢材表面清洁度有保证，喷砂后表面粗糙度有保证。底材具有一定的表面粗糙度，不仅可大幅度增加聚脲与底材接触的表面积，还为附着提供了合适的表面状态，有利于聚脲与底材之间的粘接和涂层厚度分布的均匀一致。对于钢材基面，喷砂除锈外，还应注意喷砂前把油污和可溶性盐类等污染物去除。一般施工者认为喷砂可以把它们清除，但实际上喷砂只是把一部分污染物深深嵌入钢材的表面，形成更加隐蔽、危险性更大的污染。对于混凝土底材，注意混凝土强度要符合规范要求。否则极易出现涂层与基材脱壳现象。那类表面光洁性、硬度、强度均很好的混凝土或水泥砂浆表面，为了增加粗糙度保证附着力，宜采用抛丸或打磨，然后清除灰尘，薄涂一道封闭底漆。

4、成品的被破坏。喷涂聚脲涂层完工后其他工种在后续施工时应保证不破坏已做好的涂层。聚脲凝胶速度及表干都很快，但并不代表聚脲喷涂完毕后就达到应有的力学强度。原因之一，由于聚脲反应速度很快并释放出大量的热，导致涂层在交联初期产生较大的内应力，而内应力的释放通常需要一定时间，因此材料的物理性能不会很快达到最高值。原因之二，从化学原理上来讲，聚脲反应是逐步加成反应，这不同于自由基聚合，分子量是逐步增长的，只有分子量达到一定数值时，才能在宏观上表现出一定的力学强度。这与实际喷涂状况是完全一致的：聚脲在最初的几个小时内呈现的是一种乳皮状状

态，强度不高。因此，聚脲施工完毕后，至少要在24小时之后才能投入使用，否则很容易造成前期损坏。

目前，我国高铁防水设计多采用喷涂聚脲，由于喷涂聚脲涂料是一种新型防水、防护材料，它虽有优异的物化性能，但只有正确施工，才能发挥良好的功能。虽然材料很好，若选用不当，照样会造成工程事故。高速铁路是一项百年大计的工程，其安全性、耐久性极其重要，因此施工队伍一定要接受专业的培训，了解材料性能和特点，熟悉喷涂设备操作，掌握喷涂施工技术，以高度责任感和质量意识去施工，这样才能达到预期效果。

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