喷涂聚脲弹性体技术 黄微波 杨宇润 王宝柱 （化工部海洋化工研究院 青岛 2 6 6 0 7 1 ） 摘 要 “喷涂聚脲弹性体技术” （又名“1 0 0 % 固含量喷涂聚脲弹性体技术” ）是继高固体 分涂料、 水性涂料、 粉末涂料技术之后，在涂装技术领域取得的又一重大技术进步。 它彻底改变了传统喷涂工艺中普遍存在的溶剂污染、 厚度薄、 流挂、 固化时间长 等缺点，给现场喷涂带来了革命性飞跃。 该技术在国外开发成功已近十年，得到了广泛应用和好评。我院自 1 9 9 5年率先 在国内开展研究和开发， 目前，已在材料配方工艺和工程应用方面取得成功。本文 着重从化学原理、关键技术、材料性能、应用领域予以介绍。 关键词: 聚脲、聚氨酯、喷涂、无溶剂 前言 喷涂聚氨酯/ 聚脲弹性体技术是国外近十年来，为适应环保需求而研制、开发的一种新型无溶剂、无污染绿色涂装技术。与传统涂装及喷涂聚氨酯技术相比，聚脲喷涂技术具有以下优点： 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 对水分、湿气不敏感，施工时不受环境温度、湿度的影响。 3 双组分，1 0 0 % 固含量，对环境友好；可以 1 : 1 体积比进行喷涂或浇注，一次施工达到厚度要求，克服了以往多层施工的弊病。 4 优异的物理性能，如抗张强度、柔韧性、耐磨性等。 5 具有良好的热稳定性，可在 1 5 0 下长期使用，可承受 3 5 0 的短时热冲击。 6 可加入各种颜、填料，制成不同颜色的制品。 7 配方体系任意可调，手感从软橡皮（邵 A 3 0 ）到硬弹性体（邵 D 6 5 ） 。 中国聚脲技术网 http:/www.polyurea.net.cn 版权所有8 可引入短切玻璃纤维对材料进行增强。 9 使用成套喷涂、浇注设备，施工方便，效率高。 1 0 设备配有多种切换模式，既可喷涂，也可浇注。 此外，喷涂聚脲弹性体( S p r a y P o l y u r e a E l a s t o m e r 以下简称 S P U A )材料还与钢、铝、砼、木材、沥青等底材，有着良好的附着力，其自身的耐老化性能也十分突出，应用前景非常广阔。下面重点从化学原理、关键技术、材料性能及应用领域等方面分别予以介绍。 一、化学原理 喷涂聚氨酯/ 聚脲弹性体技术是在反应注射成型（R e a c t i o n I n j e c t i o n M o l d i n g 英文缩写 R I M ）技术的基础上发展起来的。聚氨酯/ 聚脲 R I M 技术从加工的材料上讲，经历了纯聚氨酯（P U ） 、 聚氨酯（P U ）/ 聚脲（P U A ） 、纯聚脲（P U A ）三个阶段。在体系中，为了提高反应活性，必须加入催化剂；体系则完全不同，它使用了端氨基聚醚和胺扩链剂作为活泼氢组分（以下简称 R 组分） ，与异氰酸酯组分（以下简称 A 组分）的反应活性极高，无需任何催化剂，即可在室温（甚至 0 以下）瞬间完成反应，见图1 : 聚氨酯反应 聚脲反应 图 1 聚氨酯、聚脲化学反应原理 这里的 A组分既可是芳香族的，也可是脂肪族的。这一快速反应造成了 A 、R 组分混合后粘度的迅速增大，如果没有适当的混合及成型设备，这一反应是不可控制的。随着 R I M技术的不断发展，供料、混合、注射、模塑等环节的不断完善，使得 R I M型聚脲材料投入商业应用，这为喷涂聚氨R - N C O + R - N H2R N H C O N H R R - N C O + R - O H c a t a l y s tR H N C O O R 中国聚脲技术网 http:/www.polyurea.net.cn 版权所有酯/ 聚脲弹性体技术的研究和开发奠定了“硬件” 基础。 除了混合及喷涂设备外，开发喷涂聚脲弹性体技术的第二个难题是端氨基聚氧化丙烯醚的合成。美国 T e x a c o / H u n t s m a n公司在世界上率先开发成功了端氨基聚氧化丙烯醚，为喷涂聚脲弹性体技术的研究和开发奠定了“软件” 基础。该产品 1 （商品牌号为 J E F F A M I N E）有二个系列（见表 1 ） ：即三官能度的 T 系列（见图 2 ）和二官能度的 D 系列（见图 3 ） 。 表 1 J E F F A M I N E 系列聚醚 牌 号 官 能 度 分 子 量 T - 5 0 0 0 T - 3 0 0 0 T - 4 0 3 D - 4 0 0 0 D - 2 0 0 0 D - 2 3 0 3 3 3 2 2 2 5 0 0 0 3 0 0 0 4 0 0 4 0 0 0 2 0 0 0 2 3 0 图 2 T 系列聚醚分子结构 图 3 D 系列聚醚分子结构 在 喷 涂 聚 脲 弹 性 体 技 术 中 ， A 组 分 又 称 为 半 预 聚 体（q u a s i - p r e p o l y m e r ） ，它是由 M D I 或 M D I 的改性物与聚合物二元或三元醇反应制得；R 组分又称为色浆，它是由 J E F F A M I N E 系列聚醚、液体胺类扩H2C O C H2C H xN H2 C H3H C O C H2C HyN H2 C H3 H2C O C H2C HN H2 C H3zH2N C H C H2O C H2C HxN H2C H3C H3 中国聚脲技术网 http:/www.polyurea.net.cn 版权所有链剂、颜填料、助剂等组成。因此，可根据用户的需要，通过调整 A 、R 组分中得软、硬段的比例，制得不同弹性、抗张强度及硬度的 S P U A 材料。表2 是一个典型硬质 S P U A 材料的配方： 表 2 典型硬质 S P U A 材料配方 A 组分 R 组分 改性 M D I 6 0 J E F F A M I N E 聚醚 6 1 . 1 P P G - 2 0 0 0 4 0 胺扩链剂 2 8 . 2 N C O % 1 6 颜、填料 1 0 . 2 注： A / R 体积比为 1 . 0 ，A / R 重量比为 1 . 0 4 ，弹性体指数为 1 . 0 5 。 在 R 组分中 ，液 态 胺 扩 链 剂 中 最 常 用 的 是 二 乙 基 甲 苯 二 胺（d i e t h y l t o l u e n e d i a m i n e 英文缩写 D E T D A ） ，制造商有美国 A l b e m a r l e 公司 （商品牌号 E T H A C U R E1 0 0 ） 和 L o n z a 公司 （商品牌号 D E T D A 8 0 ） 。 D E T D A是一种芳香族伯胺，其化学活性非常高，与 A组分的反应速度极快，习惯上称之为“快体系” （f a s t - s y s t e m ） ，该体系因凝胶时间非常短，可实现在垂直壁、天花板上喷涂，不产生流挂；在平面上喷涂，可人为制造防滑粒子，很适合于一些要求尽快投入使用的场合，如停车场、隧道、游泳池、网球场、大型娱乐场所等。对于一些外观要求十分平整、光亮，或者需要在 S P U A 材料表面铺撒防滑粒料（如金刚砂、橡胶粒、石英砂等）的场合，可选用不含 D E T D A 的“慢体系” （s l o w - s y s t e m ） ，该体系中的胺扩链剂使用化学活性较低的仲胺或位阻型伯胺，以降低反应速度，延长凝胶时间，保证有足够的时间使喷涂材料流平；铺撒防滑粒料。S P U A材料中常用的液态胺类扩链剂见表 3 . 表 3 S P U A 材料中常用的液态胺类扩链剂 化 学 名 称 商 品 牌 号 制 造 商 备 注 中国聚脲技术网 http:/www.polyurea.net.cn 版权所有二乙基甲苯二胺 E T H A C U R E 1 0 0 D E T D A 8 0 A l b e m a r l e C o . L o n z a 伯 胺 二甲硫基甲苯二胺 E T H A C U R E 3 0 0 A l b e m a r l e C o . 位阻型伯胺 N , N - 二烷基甲基二苯胺 U N I L I N K 4 2 0 0 U O P I n c . 仲 胺 二、关键技术 喷涂聚脲弹性体技术的关键主要有两方面：端氨基聚醚、胺扩链剂与异氰酸酯的反应原理及其工业化（前面已经叙述过） ；喷涂所需要的专业化设备。 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 R I M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（其主要品牌见表 4 ）以及用于喷涂的混合、雾化、和清洗设备（见表 5 ） 。 表 4 喷涂聚脲弹性体技术物料输送、计量设备 公 司 名 称 设 备 名 称 G l a s - C r a f t C o . M I N I , M X G r a c o C o . B u l l - D o g G u s m e r C o . H - 2 0 0 0 , H - 3 5 0 0 , M A R K S M A N P r o - H y d r o C o . M i n i m a t i c 2 3 0 表 5 喷涂聚脲弹性体技术物料混合、雾化和清洗设备 公 司 名 称 设 备 名 称 B i n k s C o . 4 3 P G l a s - C r a f t C o . P r o b l e r 中国聚脲技术网 http:/www.polyurea.net.cn 版权所有G r a c o C o . F o a m C a t G u s m e r C o . G X - 7 I s o t h e r m C o . S P - 3 0 0 T e c - M a c C o . A P / X 通过调研、 出国考察 2 和邀请国外专家 3 讲学， 我们认为美国 G u s m e r 公司 4 生产的 H 系列主机和 G X - 7 系列喷枪是本技术开发应用中较为合适的机型，下面重点予以介绍。 1 . 供料系统 G u s m e r 公司为喷涂聚脲弹性体技术设计的 H 系列物料输送比例泵主要有两种型号，即 H - 2 0 0 0 和 H - 3 5 0 0 ，后者是最新型号，两者的主要区别在于比例缸直径的不同，H - 2 0 0 0缸体直径为 1 2 0 m m ，最大输出压力为2 0 0 0 p s i ; H - 3 5 0 0 缸体直径为 8 0 m m , 最大输出压力为 3 5 0 0 p s i , 两者的主要技术参数见表 6 . 表. 6 H 系列主机供料系统技术参数 名 称 规 格 重 量 1 7 5 K g ；( 加满液压油重 2 1 9 K g ) 外 型 尺 寸 1 1 9 1 0 2 5 6 ( c m ) 电 源 4 5 A , 2 2 0 V 3 , 5 0 H z 气 源 1 0 0 - 1 2 5 p s