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[原创] 再说喷涂聚脲

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21世纪网红产品聚脲
中国朗晖云防腐技术总监
                中国腐蚀与防护学会会员      张作华
51防腐蚀论坛网站版主

喷涂聚脲(SPUA)是被公认的高固含(固含量100%)无溶剂,无污染的绿色环保材料,具有防水,防腐蚀,耐磨,高弹防撞,使用寿命长的诸多优良特性;在施工中安全无毒,不怕湿气,耐温宽泛,固化速度快(3-5S成型10S上人)的的优势,是工程建设应用的新宠儿,被称为“21世纪的网红产品”。笔者一直致力于喷涂聚脲应用技术,热衷于其延伸行业的开拓,并且写了许多关于喷涂聚脲在特种行业应用的技术文章。笔者也有幸参与运行朗晖化工云防腐社群,应社群刚刚入行喷涂聚脲“小白”们的要求,再来唠叨几句喷涂聚脲,算是对喷涂聚脲的普及性推广吧。
喷涂聚脲(SPUA)实际上就是聚脲,现在市面上出现所谓“手工聚脲”,笔者认为这种叫法不妥。主要原因就是聚脲不单纯是一种产品,它是一种涂装体系,包括不限于A和B材料在内的其他喷涂设备,枪手和基础处理,底涂,腻子,面涂等综合而成的配套体系。如果单独将A和B混合液说成聚脲,那就违背了聚脲的本质和突出的优异性能。喷涂聚脲必须有配套底涂,平整的基础支持或者腻子层找平,更需要专用喷涂设备(如固瑞克H-XP3)的加压加温及雾化交联。只有两组分聚脲材料在喷枪混合室内撞击,才能瞬间交联固化,另外专业枪手对设备和材料的熟练运用操作和控制是聚脲成型质量的保证,体系中的喷涂聚脲面漆的涂覆是耐黄变和超长使用寿命的重要措施。以上喷涂聚脲配套体系中,一个工艺都不能少,否则不符合聚脲的正式称呼。所以“手工聚脲”称呼不符合聚脲定义。

固瑞克聚脲喷涂设备中的主机及喷枪

3-5S成型10S上人是喷涂聚脲瞬间交联固化的最大特点,除此以外称为聚脲确实不妥,最多勉强的称为:高固含无溶剂涂料。喷涂聚脲在结构上属于聚氨酯家族中的一员,它是由A料异氰酸酯(或者由端氨酯,端羟基化合物与异氰酸酯反应得到的预聚物和半预聚物)B料氨基化合物(端氨酯树脂和扩链剂组成)通过专用喷涂设备交联固化而成。由于端氨酯聚醚与异氰酸酯反应速度太快,难以控制并且合成半预聚体比较繁琐,所以市面上存在的聚脲不是真正意义上的纯聚脲,是一种含有一定的氨基甲酸酯键的混合物。这就是纯聚脲和半聚脲的由来(这也是中国市场的俗称)。
2004年,美国聚脲发展协会(PDA)定义:端氨基树脂和端氨基扩链剂含量>80%的体系称为聚脲;端羟基树脂和端羟基扩链剂含量>80%的体系成为称为聚氨酯;含量介于二者之间的称为聚氨酯(脲)。实际应用中,端氨酯聚醚和端羟基聚醚经常被复合使用,以达到最佳的性能和经济效益。基于含量的界定比较含糊,PDA又将聚脲定义为树脂成分必须由端氨基树脂和端氨基扩链剂组成,不得含有任何羟基成分和催化剂,但是可以含有颜料分散剂。受产生技术限制和端氨基聚醚价格影响,这种定义下的聚脲很难商业化,市面上的纯聚脲其脲基含量约为80-90%,有10-20%的氨基甲酸酯,所谓的半聚脲的脲基含量也有70-80%。   纯聚脲和半聚脲只是中国市场上面俗称而已,真正的化学名称应该是聚脲和聚氨酯(脲),就脲基含量来看,纯聚脲并不纯,半聚脲并不半,两者各有所长;纯聚脲配方稳定,受湿度影响较小,半聚脲原材料广泛性能调节范围很宽,用途更加广泛。

回顾聚脲发展史,1986年美国Texaco公司喷出了世界上第一个聚脲产品;1989年聚脲首次在得克萨斯州屋面防水应用成功;1991年聚脲开始商业化用于混凝土,钢结构防腐,皮卡车耐磨;1993年德国拜耳,巴斯夫开发成功喷涂聚脲技术;1994年日本,韩国,澳大利亚,等国家及我国台湾地区开发或者引进聚脲技术并进行商业化生产;1995年海洋化工研究院(青岛)开始前期探索;1997年引进中国第一台喷涂设备;2005年制定中国第一个聚脲行业标准,并且出版了第一部关于聚脲喷涂技术的专著,黄微波教授的《喷涂聚脲弹性体技术》从此聚脲产品应用及其喷涂技术在国内蓬勃发展。如2007年毛主席纪念堂,国家大剧院,奥运场馆,北京南站,京津城际铁路,2009年京沪高铁等国家重点项目工程大量使用纯聚脲材料。国内出现了一大批优秀的聚脲产品生产企业,如青岛爱尔家佳,湖南湘江,上海秀珀,顺缔新材料等等。后来喷涂聚脲在高铁应用中出现了一些问题,平心而论其实不是聚脲材料本身的问题,而是施工质量控制及人为因素造成,由此轰轰烈烈的高铁聚脲热戛然而止。高端的喷涂聚脲也背上了黑锅,被一些不明事实真相又不懂聚脲原理和技术的圈内外施工人员全盘否决,笔者在此可以肯定这是冤枉事件,于是喷涂聚脲由高大上转入民用项目。随着高铁项目大规模建设的结束,民用建筑修缮的崛起,喷涂聚脲再次被推上高端材料应用风口,生产企业如雨后春笋,鱼龙混杂各,对于这次的聚脲发展究竟走向何方,笔者不做评论。笔者只是将喷涂聚脲的特性对接应用领域及延伸行业做一次概括和总结,提供给喷涂聚脲企业一些参考,并且能够从中理出一些思路,为喷涂聚脲的持续稳定发展打下坚实的基础。

聚脲的优良性能逐渐被发现并且成功的应用到实践去,还有许多特性未被利用,这也是喷涂聚脲二次应用及行业延伸的增值空间,需要我们聚脲研发人员,施工技术人员不断创新,发现,补充,归纳总结,将这一高端的“网红产品”应用发挥到极致。
1. 喷涂聚脲的伸长率高达500%,利用这个高弹特性可以用于体育看台,游泳池,冲浪池及水上乐园的防水防撞耐磨,公共场所地坪,敬老院,幼儿园等,其弹性软质材料保证了人身安全;高弹性能又可以应用在游艇,船舶,车辆,音响等防撞,也可以保护沙漠地带沙尘暴对风力发电塔筒及其他钢结构的损害,可以防止环氧地坪开裂顽症,避免危废液体渗漏。高弹应用于彩钢瓦防腐防水,以适应其温差变化导致的波动,避免一般防水防腐涂料的分离开裂脱层现象。
2. 喷涂聚脲防腐性能,在10%醋酸,10%盐酸,20%硫酸,30%磷酸,20%氨水,20%氢氧化钾,50%氢氧化钠,原油,柴油,机油,液压油等介质中耐蚀良好,在钢结构,市政设施,过街天桥,污水池,除盐水箱,消防水箱,垃圾场,泡菜池等防腐防水领域应用广泛。
3. 喷涂聚脲耐磨性,喷涂聚脲耐磨数字为750g/500r<30g,大量应用于矿山磁选机,皮卡车,越野车,输送皮带,水下闸门,风电塔筒,工厂地坪,车库等耐磨损外护。
4. 喷涂聚脲耐紫外线性能,喷涂聚脲涂刷面漆后可以确保露天物件或者构造物30年以上的使用寿命,如建筑物外露防水层,海洋浮标,彩钢瓦翻新,保温外护等。
5. 喷涂聚脲耐低温性,喷涂聚脲温度适应范围较宽,从-45℃-121℃,这就决定了聚脲施工可以在-30℃条件下施工,不受影响,在冷库深冷环境下聚脲依然具有优良的特性,常被使用于冷柜,冷库的防水防腐及严寒气温条件下的施工。
6. 喷涂聚脲高固含无VOC,喷涂聚脲固含量100%,没有任何溶剂,是标准的环保材料,施工不受环保限制,与水性涂料,粉末涂料,金属喷涂,UV涂料号称“环保五大金刚”,在环保高压态势下,喷涂聚脲显示出强大的优势,常在环保严格环境,有限空间危险场合大量使用。
7. 喷涂聚脲施工的任意性,喷涂聚脲施工时不受构件形状及复杂结构的影响,无论是异形面或者曲面都可以喷涂覆盖到,在施工过程中,没有操作的困难阻碍,因而不会出现遗漏现象,其在建筑物造型复杂钢结构节点繁琐的场合应用自如。
8. 喷涂聚脲防水性能,就当今防水材料来说,聚脲可以说是最好的材料,聚脲最早的使用领域就是防水。喷涂聚脲用于防水,环保安全避免烘烤卷材火灾的发生,避免防水涂料有害气体的产生,保证了施工人员的身体健康。喷涂聚脲,连续无缝致密,不开裂,是真正的皮肤式防水材料,而且耐根刺破坏。喷涂聚脲层外露无需混凝土保护层,减轻了建筑物荷载,节约了成本,使用寿命达到30年以上,免维护免维修。其在屋面,地下室,外墙,地铁隧道,沉箱隧道,涵洞,水库大坝等诸多防水项目使用。
9. 喷涂聚脲的粘结强度,新型的喷涂聚脲在处理后的混凝土基层附着力达到4.86Mpa,碳钢基层24Mpaa,铝和不锈钢基层15-18Mpa,大大超过了标准所规定的附着力,非常适用于钢结构,储罐,管道,污水池,消防箱等各种混凝土表面,在黑色金属和有色金属上面喷涂,没有脱层爆皮缺陷。
10. 喷涂聚脲的防爆性能,由于其超强的伸长率及高弹性能,因此具有很好的防爆效果,在军火库,危化品仓库,压力容器,易燃易爆设施等都有特殊的应用。
11. 喷涂聚脲成膜厚度性能,喷涂聚脲是通过专用喷涂设备一次性成膜至规定的厚度,常规防水聚脲层达到1.5-2㎜厚甚至更厚。防爆聚脲层达到几百上千㎜的厚度,不流挂无针孔,避免了涂料多次涂刷费工费料的状况。厚层喷涂聚脲经常在军工,危化品,压力容器,天然气等领域使用。
12. 喷涂聚脲的安全性能,喷涂聚脲高固含无溶剂,不存在VOC,因此非常环保,无毒不燃,经常在有限空间,狭小空隙,易燃易爆车间,净化区域普遍使用。
13. 喷涂聚脲耐盐雾性能,喷涂聚脲耐盐雾性能优良,耐饱和盐水耐海水,耐盐雾达到2000h,因此被大量用于海边码头混凝土,钢结构及设备的防腐保护。在海洋平台,盐矿盐井和盐场应用广泛,在泡菜池,除盐水箱,消防水箱,海水淡化盐水箱,海洋养殖网箱,海上浮标被经常性应用。
14. 喷涂聚脲固化性能,喷涂聚脲属于“秒干材料”3S-5S就可以交联固化,瞬间干燥成型。这种最突出的性能对于快速维修,大面积施工缩短工期,节约人工成本具有巨大的经济意义。高效快速的喷涂设备固瑞克H-XP3,单机日施工量可以达到1500㎡以上,这是其他任何涂装施工工艺所不能及的,也是代替卷材防水,玻璃钢防腐蚀施工工艺的主要原因之一,而且不受环境湿度温度的影响。这种瞬间固化的喷涂工艺是当今人工成本高涨下的最经济的选择。
15. 喷涂聚脲保护及良好的过渡层性能,喷涂聚脲的高固含无溶剂特性决定了其能够在聚苯乙烯泡沫,PU软发泡海绵,PU硬发泡表面直接喷涂。影视道具大部分使用聚苯乙烯泡沫雕刻而成,既简单又轻盈,但是上色成为一件困难的事情,各种逼真的道具都是通过油漆彩绘而成;但是含有溶剂的油漆不能使用于聚苯乙烯泡沫上面,会溶解泡沫,使用水性漆厚度和强度不够。各种颜色的喷涂聚脲就可以完美的解决了这个彩绘困难,是影视道具最佳的彩绘材料。另外喷涂聚脲,可以免去PU保温层外挂网保护层,节约了施工和材料成本,而且避免了保温层脱落不安全隐患。喷涂聚脲也可以直接在海绵表面喷涂形成保护层,和聚苯乙烯泡沫上面喷涂聚脲一样,可以代替溶剂型油漆和水性油漆。聚脲高弹和良好的附着力和海绵形成柔软的软包层,代替了一些皮革的包裹,节约了大量的真皮和人造革,是最经济最环保最方便的软包工艺材料。
16. 喷涂聚脲综合性能,化工原料堆放仓库地坪,垃圾堆积场及填埋场需要做到防渗,防腐,耐磨,不开裂等综合性能于一体的防护涂层,才能符合环保法所规定的要求。传统做法就是做成树脂玻璃钢或者批刮鳞片胶泥工艺,但是使用不久就会发生开裂脱落现象,有毒有害液体渗入地下对土壤特别是地下水造成严重污染;然而喷涂聚脲就能够满足上述防渗,防腐,不开裂的综合防护要求。许多储存化工原料的仓库都将原有环氧地坪或者玻璃钢地坪翻新成喷涂聚脲地坪,以适应新形势下的环保要求。
上述喷涂聚脲性能只是笔者接触到的一部分,还有许多优良的性能未被开发应用,这也是未来聚脲应用延伸的巨大空间,也是聚脲附加值提升的补充和发展。
    
喷涂聚脲常见的特性应用及和其他材料应用对比表1
  

喷涂聚脲常见的特性应用及和其他材料应用对比表2

喷涂聚脲常见的特性应用及和其他材料应用对比表3

喷涂聚脲常见的特性应用及和其他材料应用对比表4
喷涂聚脲常见的特性应用及和其他材料应用对比表5

喷涂聚脲常见的特性应用及和其他材料应用对比表6
喷涂聚脲常见的特性应用及和其他材料应用对比表7

任何材料发挥出最佳性能,必须与严格的施工相辅相成的,喷涂聚脲也不例外,除了使用稳定性较高的固瑞克H-XP3喷涂设备外,施工工人的施工熟练程度起着关键性作用。喷涂“枪手”必须经过专业技术培训,能够熟练的掌握设备使用和维护,聚脲材料的了解。熟练掌握运枪技巧和缺陷的处理,施工工龄不得低于3年,并且要求持证上岗。即使如此,喷涂聚脲层也会出现这样那样的缺陷问题,如常见的针孔,色差,鼓泡,分层龟裂脱落,锈蚀,面漆脱落等等。笔者根据技术经验,将常见的针孔,色差,鼓泡,分层龟裂脱落,锈蚀,面漆脱落,整体脱层原因和解决办法分享如下:
1. 针孔。原因:底材多孔,疏松。解决办法:采用高渗透底漆,修补腻子找平。
2. 色差。原因:AB料提升泵压力不均衡,比例失调。解决办法:调节提升泵压力至最佳范围,调节原料粘度,检查清洗设备。
3. 鼓泡。原因:混合不匀。解决办法:检查设备,改善配方及调整混合比例。
4. 分层龟裂脱落。原因:原材料质量问题,施工间隔时间太长,表面污染。解决办法:使用层间粘结剂,改善聚脲配方,加强管理,表面处理到位。
5. 锈蚀。原因:技术基层表面处理不到位,厚度太薄,有漏点,防腐性能差。解决办法:基础处理到位,增加聚脲层厚度,涂层面面俱到完整性,提高聚脲产品的防腐蚀性能。
6. 面漆脱落。原因:厚度薄,韧性差。解决办法:增加厚度,使用弹性面漆。
7. 整体脱层。原因:潮湿,油污,灰尘污染,未打磨批刮腻子,底漆不符合要求。解决办法:做封闭防水,控制含水率,彻底清理干净油污灰尘等污染物,表面必须打磨批腻子层,选择最佳的配套性好的底漆。
  

对于喷涂聚脲的应用归纳总结,笔者只是冰山之一角,但是确实也反应了喷涂聚脲在各个领域应用的广泛性,可以说喷涂聚脲(SPUA)技术是一种“万能”(国外称之为versatile)涂装技术,在防水,防腐,耐磨,快速,厚涂及安全环保诸多领域显示出其他涂装材料无可比拟的优越性,具有广阔的应用前景。因此国内许多大大小小涂料企业转产聚脲产品,造成产品质量良莠不齐,特别是个别企业浑水摸鱼,以次充好,将聚氨酯冒充喷涂聚脲,扰乱市场,给喷涂聚脲有序的良性循环发展带来障碍。为了规范喷涂聚脲产品质量,促进高端新材料推广应用,国家有关部门编制了强制性聚脲产品国家规范《喷涂聚脲防水涂料》GB/T23446-2009。笔者也真诚希望国内喷涂聚脲生产企业及施工单位能够不断创新,严于律己,杜绝假冒伪劣聚脲的蔓延,共同打造喷涂聚脲持续发展的生态圈,让这款“21世纪的网红产品”再续“万能”称号,为我们国家经济建设作出新贡献。

有关聚脲喷涂及施工技术可以咨询张工(手机13671787959   微信号Zuohua1966)
                                                                                     敬请关注张工说防腐公众号





[ 此帖被张作华在2021-10-29 09:11重新编辑 ]
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王巍 绿叶 +3 感谢分享 10-22
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只看该作者 沙发  发表于: 11-07
想问一下:聚脲在重防腐领域(有一定温度下的强酸、强碱腐蚀)有过成功的案例吗?请介绍一下,谢谢!
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只看该作者 板凳  发表于: 11-07
回 星波科技 的帖子
星波科技:想问一下:聚脲在重防腐领域(有一定温度下的强酸、强碱腐蚀)有过成功的案例吗?请介绍一下,谢谢! (2021-11-07 12:50) 

重防腐领域很少吧,现在还是在防水以及电厂的除盐水箱应用比较多。