首先介紹了聚脲材料的特性、發(fā)展歷程，著重指出高速鐵路路基工程使用聚脲防水材料的重要意義，及生產(chǎn)聚脲防水材料的原料優(yōu)選、配方設(shè)計、設(shè)備配置和在路基工程施工操作中各個環(huán)節(jié)的注意事項。
關(guān)鍵詞：聚脲配方；聚脲原料優(yōu)選；聚脲生產(chǎn)控制；聚脲噴涂施工
噴涂聚脲彈性體是由異氰酸酯（簡稱A組分）與胺基化合物（簡稱B組分）反應(yīng)生成的高分子材料。是世界上繼高固體涂料、水性涂料、輻射固化涂料、粉末涂料等低污染或無污染涂料技術(shù)之后，為適應(yīng)環(huán)保需求而研制開發(fā)的一種新型無溶劑、無污染的綠色工程涂料。
該技術(shù)發(fā)源于上世紀(jì)80年代中期的美國，90年代末引入中國。據(jù)《上海涂料》雜志統(tǒng)計，2001年我國聚脲產(chǎn)量僅200t，至2007年已增產(chǎn)到6000t，但在國內(nèi)發(fā)展10年來的總產(chǎn)量尚不足2萬t。
1 在我國高速鐵路工程中的市場空間
京津城際軌道路基工程噴涂聚脲防水材料從2006年9月開始，歷時1年左右完工。有關(guān)參與企業(yè)克服了首次在大規(guī)工程中模噴涂經(jīng)驗不足的困難，周密調(diào)度，適時調(diào)整施工方案，最終按設(shè)計要求完成了此項具有創(chuàng)新意義的重要工程，也為聚脲防水材料在大規(guī)模的高鐵工程中的噴涂方面奠定了扎實的基礎(chǔ)。
中國國家鐵道部副總工程師、中國鐵道科學(xué)研究院首席專家張曙光于2009年9月8日透露：三年內(nèi)中國將建成四十二條高速鐵路客運專線，總里程1.3萬km。在將建成的1.3萬km的高速鐵路客運專線中，時速250km的線路有5000km，時速350km的線路有8000km。“四縱”、將建的客運專線鐵路網(wǎng)有“四縱”、“四橫”。哈爾濱經(jīng)大連、沈陽到北京；北京到上海；杭州經(jīng)福州、廈門到深圳；北京經(jīng)武漢到廣州四條南北走向線路為“四縱”。太原經(jīng)石家莊與京滬高鐵接軌再向東到達膠東半島；西安到鄭州、向東與京滬高鐵接軌，向西延伸到蘭州；武漢向東連接合肥，在南京與京滬高鐵接軌，武漢向西沿長江到重慶、成都；長三角地區(qū)從杭州沿浙贛線，經(jīng)南昌、長沙，繼續(xù)向西，經(jīng)貴陽到昆明這四條線路為東西走向的“四橫”。
屆時，中部和中西部地區(qū)大多數(shù)城市均納入規(guī)劃，不但打通了南北東西的大通道，還形成了環(huán)渤海、長三角、珠三角三個城市群的軌道交通網(wǎng)。以北京為例，到2012年將會形成1h、2h、3h、4h城市圈。從北京乘坐高鐵出發(fā)，1h可達天津、唐山、秦皇島、石家莊、張家口、承德等地；2h可到濟南、鄭州、太原、沈陽一帶；3h可達青島、南京、合肥、包頭、長春、大連一帶；4h可達杭州、武漢、西安、哈爾濱等地。
未來，高鐵路基防水將大量采用純聚脲噴涂彈性體涂層，較之京津高鐵工程提出了更高要求。許多主要指標(biāo)都有所提高，在主要物理性能和耐老化性能上提出了更嚴(yán)格的規(guī)定，這對我國聚脲行業(yè)是一個新的課題和挑戰(zhàn)。
為了進一步提高高速鐵路路基聚脲防水防護工程的質(zhì)量，建議提供噴涂聚脲A、B組合料的企業(yè)，從原材料源頭及設(shè)備、工藝等諸多方面嚴(yán)格把關(guān)，精益求精、提高質(zhì)量，通過大家共同努力切實筑好中國高鐵路基工程，把我國聚脲行業(yè)的技術(shù)水平推進至世界先進行列。
2 聚脲配方結(jié)構(gòu)的優(yōu)化
噴涂聚脲彈性涂料交聯(lián)反應(yīng)，實際是半預(yù)聚物與氨基聚醚及胺類擴鏈劑的反應(yīng)。由于氨基聚醚活性很高，反應(yīng)不需要催化劑，可在極短的時間內(nèi)固化成型。因此，噴涂聚脲彈性涂料可以在極為苛刻的條件下施工，即使底材完全被水浸濕或空氣濕度很大，在采用了相應(yīng)技術(shù)措施后，噴涂聚脲彈性涂料仍不會有任何發(fā)泡的跡象。聚脲彈性涂料的噴涂也可在極低的溫度下（-10℃）進行施工，這一點，噴涂聚脲彈性體涂料較噴涂聚氨酯彈性涂料或聚氨酯（脲）彈性涂料有極大的優(yōu)越性。
從分子結(jié)構(gòu)分析，噴涂聚脲彈性涂料中的脲基呈現(xiàn)C=O基團為中心的幾何對稱結(jié)構(gòu)，比聚氨酯彈性涂料的氨基甲酸酯基穩(wěn)定，所以聚脲彈性涂料的耐老化、耐化學(xué)介質(zhì)、耐磨、耐核輻射和耐高溫等綜合性能優(yōu)于聚氨酯彈性體。因此，未來高速鐵路路基聚脲防水防護設(shè)計配方應(yīng)嚴(yán)格采用純聚脲材料，而不應(yīng)使用混合聚脲/聚氨酯配方。為了使各項技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)達標(biāo)。應(yīng)采用科學(xué)的聚脲配方設(shè)計確保合格聚脲產(chǎn)品的供應(yīng)。
3 聚脲原材料的合理選擇
3.1 異氰酸酯預(yù)聚物的選擇
噴涂聚脲的聚合反應(yīng)速度極快，不僅不需要添加催化劑，反而要求將反應(yīng)置于易于控制和操作的條件下。因此有效的辦法就是將異氰酸酯通過半預(yù)聚合反應(yīng)，制成符合要求的預(yù)聚體，通常的預(yù)聚體的NCO質(zhì)量分?jǐn)?shù)在12%-25%之間。選擇好NCO基團的含量對聚脲合成反應(yīng)及成品性能具有決定性的作用。另外MDI中的2、4異構(gòu)體的含量對控制聚合反應(yīng)的速度和成品質(zhì)量也有重要意義。
3.2 端氨基聚醚和胺類擴鏈劑的選用
為了確保聚脲涂層的性能指標(biāo)，選用高質(zhì)量的氨基聚醚也是一個關(guān)鍵因素。主要的伯胺基聚醚的純度、官能度、胺基當(dāng)量、分子量大小和分子量分布的均勻性，都將影響涂層的最終性能。二官能度和多官能度氨基聚醚的比例合理搭配也可調(diào)整涂層的整體性能。
胺類擴鏈劑是使聚脲材料形成交聯(lián)結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵組分。正確合理的選用胺類交聯(lián)劑可以得到最佳的交聯(lián)密度、交聯(lián)速率，既能滿足施工中的技術(shù)要求，又能提高材料的耐久性和穩(wěn)定性。
4 聚脲A、B組分的適中配比
4.1 異氰酸酯指數(shù)
在噴涂聚脲彈性涂料配方設(shè)計時，A組分與B組分的物質(zhì)的當(dāng)量比（即異氰酸酯指數(shù)為Nnco/NNH2）一般設(shè)定在1.05～1.1左右。其主要原因為：一、半預(yù)聚物在儲存過程中NCO含量會有一定程度的下降；二、在施工過程中，極少部分的濕氣會與異氰酸酯反應(yīng)，因此異氰酸酯稍微過量一些可以適當(dāng)補償在貯存、施工過程中的損失。實踐證明，異氰酸酯指數(shù)在1.05-1.1之間時，所得到的涂層綜合性能好；而低于1.05時，噴涂聚脲彈性涂料產(chǎn)品性能差別大，時好時壞；三、如果異氰酸酯過量太多，即異氰酸酯指數(shù)大于1.1，則異氰酸酯過量太多，多余的異氰酸酯會和空氣中水分反應(yīng)，容易發(fā)泡。
應(yīng)當(dāng)注意的是通常使用的噴涂設(shè)備都是按體積比設(shè)計和運行的。而A,B組分的密度在同溫度下是不一致的。因此同體積比的物料，必須經(jīng)過密度校正才能確保達到配方設(shè)計的異氰酸酯指數(shù)。
4.2 A、B組分的體積比
A組分與B組分應(yīng)設(shè)計為接近11，盡管目前已有適合于不同組分比的噴涂設(shè)備問世，但從混合效果而言，唯有體積比為1：1時，混合效果最好，操作方便，更適合于普通工作人員使用。
4.3 A、B組分的粘度
因為A、B組分的反應(yīng)活性非常高，凝膠時間非常短。為了達到最佳的混合效果，噴涂聚脲彈性涂料最好控制在1000MPa·s以內(nèi)，在噴涂溫度下最好控制在50-100MPa·s，甚至更低，以便于物料攪拌、提升和輸送；并且兩組分的粘度要盡量接近，兩者之差不要超過200MPa·s，這樣有利于提高混合效果。試驗發(fā)現(xiàn)：當(dāng)粘度大于3000MPa·s時，混合效果差，霧化不好，涂層力學(xué)強度差，出現(xiàn)局部發(fā)粘；層間附著力差；當(dāng)粘度小于2000MPa·s時，混合效果、涂層力學(xué)強度及外觀良好。
應(yīng)當(dāng)指出的是聚脲材料的A、B組分都屬于粘性流體，即非牛頓型流體。其流體阻力與剪切強度為非線性關(guān)系。其粘度隨溫度的變化率也呈現(xiàn)非線性的關(guān)系。其粘度隨預(yù)熱溫度的升高而降低，但其降低的程度又不一致。因此應(yīng)當(dāng)精心做好A、B料的粘度測定和控制。掌握并調(diào)整好物料在常溫下、輸送中和預(yù)熱過程等各種狀態(tài)下的粘度值，確保在噴槍中達到最佳混合效果。
噴涂設(shè)備的供應(yīng)廠商也要求各組分粘度不大于3000MPa·s，否則會直接影響設(shè)備的混合效果。一般情況下，半預(yù)聚物A料粘度常大于B料粘度。如果出現(xiàn)A料粘度過大，造成A料壓力遠遠高于B料，產(chǎn)生噴涂壓力不平衡，出現(xiàn)“五指狀”、“麻繩狀”扇面，甚至造成過壓停機。如果在A、B壓力不平衡狀態(tài)下噴涂，得到的噴涂聚脲彈性涂層往往外觀粗糙、表面凹凸不平、色澤不均勻、強度低、附著力差，個別情況甚至粘手、不固化。因此，控制噴涂聚脲彈性涂料中A料的粘度，是關(guān)系到能否獲得高質(zhì)量產(chǎn)品的關(guān)鍵。
5聚脲A、B組分在生產(chǎn)過程中的工藝控制
聚脲A、B組分生產(chǎn)工藝過程的控制是保證產(chǎn)品質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。每個生產(chǎn)過程的細節(jié)都需要操作人員、工程技術(shù)人員嚴(yán)格精心操作。
5.1 A料預(yù)聚體生產(chǎn)過程
◆物料投料順序；
◆操作溫度控制；
◆滴加速度（時間）；
◆反應(yīng)時間控制；
◆恒溫，降溫控制；
◆嚴(yán)格灌裝過濾；
◆沖氮氣包裝；
◆儲存?zhèn)}庫保管。
5.2 B料配料過程中
◆物料投料順序；
◆攪拌速度和時間；
◆色漿精確計量和分散效果；
◆沖氮氣保持微正壓，嚴(yán)格控制水分帶入；
◆嚴(yán)格灌裝過濾；
◆沖氮氣包裝。
各聚脲原料企業(yè)能認真按上述操作規(guī)程進行，產(chǎn)品檢驗合格后，包裝入庫。堅持不合格的產(chǎn)品堅決杜絕出廠的原則。
6 聚脲噴涂設(shè)備的選擇
噴涂聚脲彈性涂料由兩個化學(xué)活性極高的組分組成，混合后快速反應(yīng)造成粘度迅速增大，如果沒有適當(dāng)?shù)奈锪陷斔汀⒂嬃俊⒒旌稀㈧F化和清洗設(shè)備，這一反應(yīng)將是無法控制的，這一點完全不同于以往的普通涂料。所以噴涂聚脲彈性涂料所需專業(yè)化的噴涂設(shè)備必須具有平穩(wěn)的物料輸送系統(tǒng)、精確的物料計量系統(tǒng)、均勻的物料混合系統(tǒng)、良好的物料霧化系統(tǒng)及方便的物料清洗系統(tǒng)。噴涂設(shè)備自然也就成了噴涂聚脲技術(shù)的基礎(chǔ)，同時也是噴涂聚脲技術(shù)推廣應(yīng)用的難點。雖然噴涂聚脲設(shè)備制造技術(shù)在國外已有近10多年的發(fā)展歷史，但在我國尚處于發(fā)展階段。
目前國外主要設(shè)備制造商有：美國的Gusmer公司、Graco公司和Glas-Craft公司等。比較理想的是美國Gusmer公司生產(chǎn)的H-20/35型高壓無氣噴涂主機和GX-7系列噴槍。該設(shè)備具有以下功能：
（1）加熱降粘功能：為在冬季寒冷條件下的施工提供了保障；
（2）加壓功能：提供穩(wěn)定、準(zhǔn)確、高壓的操作，以確保A、B料兩組分混合均勻，并產(chǎn)生良好的霧化效果；
（3）撞擊混合功能：由于兩組分反應(yīng)速度極快，故傳統(tǒng)的靜態(tài)或動態(tài)的混合設(shè)備不能滿足要求；GX-7噴槍有一個尺寸很小的混合室，兩組分借助主機的高壓沿各自的料管到達噴槍混合室，在噴出的瞬間撞擊分散、混合均勻。
7 聚脲的噴涂施工細節(jié)
噴涂聚脲，施工是非常重要的環(huán)節(jié)，至聚脲誕生以來，部分工程質(zhì)量出現(xiàn)問題，都出現(xiàn)在施工過程中。
我國聚脲專家、青島理工大學(xué)黃微波教授多次就噴涂聚脲施工在全國很多重要場所呼吁指出，聚脲應(yīng)用好壞，施工最關(guān)鍵。以他的豐富經(jīng)驗總結(jié)指出，“三分原料，七分施工”。隨著京津城際高鐵聚脲噴涂工程暴露諸多問題后，他又中肯地告誡聚脲行業(yè)的同仁們——施工的重要性，提出了“一分原料，九分施工”的新理論。
實際上對于高速鐵路這樣至關(guān)重要的聚脲應(yīng)用工程，作為一個聚脲原料生產(chǎn)企業(yè)，需產(chǎn)出合格的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，我們贊成堅持“原料和施工兩個百分之百”的原則。建議承接高速鐵路路基施工企業(yè)注意以下幾個方面：
◆有實踐經(jīng)驗的專業(yè)聚脲噴涂施工人員；
◆施工企業(yè)需配備空氣干燥器；
◆原料供應(yīng)廠家B料必須提供3口包裝桶；
◆施工過程中B料桶需配備氣動攪拌器；
◆冬季施工，A、B料必須配備硅橡膠溫控電加熱帶；
◆建議每臺設(shè)備配備兩把噴槍（一把施工，一把清洗備用），以提高施工質(zhì)量，加快施工速度。
8 結(jié)束語
噴涂聚脲彈性體是雙組分反應(yīng)固化生成的高分子彈性涂膜，是新一代國際綠色施工涂料技術(shù)的代表。它解決了噴涂聚氨酯彈性體系的發(fā)泡問題，同時它又具有極優(yōu)異的耐候性、耐酸堿化學(xué)介質(zhì)性、耐老化性、防水防氣防滲透性，以及在各種基材表面附著力良好和對基層伸縮或開裂等變形的適應(yīng)性強的特點，而且使用成套設(shè)備施工、施工方便、效率高、環(huán)保、節(jié)能、省時、完全符合涂料發(fā)展的方向。但噴涂聚脲彈性涂料作為一種全新材料，筆者呼吁聚脲同行（原料供應(yīng)商和施工單位）在各自原有的經(jīng)驗基礎(chǔ)上精益求精，努力提高技術(shù)水平和質(zhì)量水平,共同為我國高速鐵路路基噴涂聚脲防水工程做出貢獻！
