试论聚脲在工程防水防腐领域中的发展应用

马玉龙

摘要：本文基于对聚脲现状的分析，深入探究了其在工程防水防腐方面所做出的实际成就，希望能够对推动其进一步发展有所启迪借鉴。

关键词：聚脲；工程防水防腐；发展应用

一、聚脲发展现状

Swaken在一九五四年首次明确了聚脲润滑脂的存在，随后一直到一九八九年，由美籍的D.J.PrimeauxII发明了喷涂聚脲弹性体，之后直到二零零零年美国联邦聚脲开发联盟(PDA)得以创立，在短暂的数十年的时间里，聚脲在各领域的研究都取得了很大的进展。聚脲具备耐腐蚀、防水、耐磨和高弹性等特点，在施工中对周围环境的温湿度并不敏感，涂膜连续致密，而且零VOC污染、符合环境要求，所以可在众多领域广泛使用，如砼防护、卡车耐磨衬板、钢结构防腐蚀、屋面防水和土质地坪等方面。我国目前已成熟运用在港珠澳大桥、杭州湾和胶州湾大桥等大型工程建设上。不过新聚脲在实际使用过程中也面临着某些技术困难问题，如聚脲是双组份，其在化学反应方面具有十分迅速的特点，并且还要借助特定的喷涂设备，这样一来，涂层表面可能会出现一定程度的麻点、橘皮等表现，反应速度的加快会促使反应放热更具备集中性，所产生的热收缩率比较显著，内应力较高，对于基材的附着能力则有所减弱，因而PAE聚脲属于最近几年来产生的第三代新聚脲，这一项技术重点依靠端氨基化合物接枝进行相应的处理，大大抑制了反应活性，从而使得反应速度过快问题变得迎刃而解，新技术的产生，同时也给涂装问题带来了新的解决思路，在将上述问题处理结束后，如反应时间能够自动调整，可直接喷漆或徒手喷涂，与基材的粘合性较好，同时也可制造出耐候而颜色不掉的装饰表面，所以日益被人们所关注。

二、聚脲分子结构和防腐蚀性能

聚脲是由异氰酸酯和氨基衍生物中的活泼氢反应而得的一个多聚体，由于这种反应的化学反应速度很快，而且在常温下也可以进行，所以，没有什么催化剂。从分子结构上加以分析，由于聚脲化合物中具有非常显著的脲键基团，在大分子中产生的“螯合物”构造，能够使整个分子保持相对稳定的状态，从而在热力学中展示出较为突出的强度，并且又因为分子结构的C—N键能良好，所以整体构成的稳定性也极佳。

聚天冬氨酸酯聚脲是由脂肪族异氰酸酯和聚天门冬氨酸酯化学反应得到，由于聚天门冬氨酸酯的低位阻效应，使它和异氰酸酯的化学反应活力大大降低，在涂层固化阶段中可以完全浸入基体，从而产生了很强的吸附特性：在凝固后产生了一定交联密度，从而实现了微相分散，大大改善了涂膜性质，并且产生了优异的抗腐蚀水平和抗候性。

聚脲的防水防腐蚀特性非常强，对绝大部分含量都很高的无机酸、碱等均有很好的抗腐蚀功能，而且由于很多油品都在浸泡一年后没有什么改变，尤其是抗盐性都非常强，其抗盐雾性的指标也成为了很多防腐涂料国家法律和行业标准中的关键参数。

能在比较恶劣的腐蚀性条件中应用，以保证底材(一般是钢制材料)免遭各种各样侵害(电化学锈蚀、化工溶剂侵害、生物污损、机器设备损坏等)，并达到相对能够长时间稳定应用的涂层又称耐腐蚀涂层。防腐涂料一般是指在恶劣使用条件下的防护材料，涂层的防腐蚀作用一般包括2种：一类是阻止涂层上的腐蚀性杂质进入底材中；另一类则是通过防腐颜填料，发挥阻止侵蚀的功能。鉴于聚脲快速凝固和高温高压喷涂施工的特殊性，系统中基本上没有颜填料，所以在传统防锈颜填料层面控制锈蚀的方法，在此不作主要探讨。该文重点在涂料的屏障隔离功能领域探讨聚脲涂料的防腐原理。涂料的屏障功能就是使基体与周围环境隔绝避免被侵蚀。基于电化学腐蚀理论，具有涂层保护的金属材料所引起的锈蚀，是由于在涂料与金属的边界具有水、氧气、离子等的存在，并具有离子交换(导电)的能力。所以，为了避免金属表面产生锈蚀，还需要涂料产生良好的屏障隔离效果，阻隔水分、氧气和离子从外部腐蚀性环境穿透过涂料而达到金属表面。所以涂料的屏障阻隔效果的好坏决定于涂料的抗渗透性。

三、聚脲在工程防水防腐领域中的发展的应用

（一）聚脲在水上乐园和海洋公园的应用

当前中国各地水上乐园、海洋公园等也处在高速发展阶段，以前的水上乐园基面材料很多均是砼基面材料，因此非常容易发生各类问题，如返碱、裂缝、生藻等问题，但现在若在砼基面材料上铺贴瓷砖，虽然硬度较高、易清洗，但地砖却容易剥落或裂缝，比较容易产生诸多的安全隐患；而接缝内部也易产生病菌，危害环境，因此同样还需要做好防水。后来也开始出现在砼基底上使用涂料的方式，如环氧涂料、丙烯酸涂料、聚氨酯等。环氧涂料虽耐腐蚀性优良，但耐久性较差，易转色，长时间浸水后涂膜也会剥落，在冲浪区如采用环氧材质的涂料，则因为其高刚性特点，涂膜很易断裂、破碎。而丙烯酸和聚氨酯材质的涂料虽耐候良好，但不可长时间浸泡在水下。

聚脲材料则具备了柔韧性好、不易断裂、耐水、耐磨等优势，是水上乐园和海洋公园最佳的选材，能够同时达到防水、抗腐、美观、耐用等几个特点。

通常情况下需要先采用喷涂的方式使用聚脲材料，但是由于这种材料本身属于芳香族结构，因而很容易出现掉色变黄等问题，因而，从美观性等角度出现进行考虑，需要再在聚脲涂层之上涂刷一层聚天冬氨酸酯聚脲，如此一来，涂装体系便开始在各地水上乐园及海洋公园逐渐普及。

（二）聚脲在污水及垃圾处理系统中的应用

在污水处理场所以及垃圾处理场所，都对防水有着较为严格的要求，且还要具备优良的耐腐蚀性能，此外，由于这类场所的地面以及相关处理设施都具有较为复杂的特征，尤其是处理池往往都有空间窄小的共同点，在施工作业时，一般都会有无溶剂的要求，并且还要加速固化速度，聚脲材料的产生，在极大程度上满足了上述需求，是一种非常合适的材料。例如福建平潭垃圾焚烧发电厂，就用到了DR—Polyurea607防腐型聚脲，效果较为理想。

（三）聚脲在水利水电领域中的应用

聚脲因具有良好的防水和抗侵蚀特性，目前，在中国水利领域防水方面、防渗处理领域得到了较大程度的应用。目前我国排位第二、世界排位第三的溪洛渡水电站，在开展防水防腐建设项目过程中，就采用了聚脲这一材料，现如今，已经投入使用多年，而且效益极好。

回龙抽水蓄能电站的水库全库盆及大坝均使用了喷聚脲的防渗处理技术，全库盆喷聚脲面积十万平方米左右，在全国水库建设领域内，属于大面积聚脲屋顶防渗漏项目的首要开端。通过竣工后一段时间的试验，达到了远超出预想的防渗处理效果，保证了蓄水安全和经济效益，对抽水蓄能电站水库及堤坝屋顶渗漏综合治理有着很好的推广应用前景。

（四）聚脲其他领域的应用

聚脲在其他方面也有很广阔的用途。由于聚脲涂料的干燥速率快、固体浓度大、抗老化、稳定性良好的特性，在车辆涂料中有着非常好的使用前景，目前中国国内很多车辆的底盘上所涂装的都是聚脲涂层，该漆膜的物理性能和各种抗介质能力都是其他涂层所不可取代的。

HaiJiang等人还研发了环氧聚脲，并运用于在矿底水管内壁重防腐，在一定程度上克服了矿底排气管经常被蚀腐的不良现象。

总结

聚脲具有着较为特殊的化学构造，物理特性也十分优越，此外其还具备较为丰富的耐腐蚀性能，因而受到了不少行业的青睐，除了在功能性角度分析，其具有不可忽略的长处外，在装饰性领域，其也发挥着自身的优势，有关科学人士正在对其展开深度探索，希望能够使得聚脲的发展更上一层楼，在更多的行业发光发热。

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