首先介紹了聚脲材料的特性、發展歷程，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，及生產聚脲防水材料的原料優選、配方設計、設備配置和在路基工程施工操作中各個環節的注意事項。
關鍵詞：聚脲配方；聚脲原料優選；聚脲生產控制；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之后，為適應環保需求而研制開發的一種新型無溶劑、無污染的綠色工程涂料。
該技術發源于上世紀80年代中期的美國，90年代末引入中國。據《上海涂料》雜志統計，2001年我國聚脲產量僅200t，至2007年已增產到6000t，但在國內發展10年來的總產量尚不足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。有關參與企業克服了首次在大規工程中模噴涂經驗不足的困難，周密調度，適時調整施工方案，最終按設計要求完成了此項具有創新意義的重要工程，也為聚脲防水材料在大規模的高鐵工程中的噴涂方面奠定了扎實的基礎。
中國國家鐵道部副總工程師、中國鐵道科學研究院首席專家張曙光于2009年9月8日透露：三年內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有“四縱”、“四橫”。哈爾濱經大連、沈陽到北京；北京到上海；杭州經福州、廈門到深圳；北京經武漢到廣州四條南北走向線路為“四縱”。太原經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；長三角地區從杭州沿浙贛線，經南昌、長沙，繼續向西，經貴陽到昆明這四條線路為東西走向的“四橫”。
屆時，中部和中西部地區大多數城市均納入規劃，不但打通了南北東西的大通道，還形成了環渤海、長三角、珠三角三個城市群的軌道交通網。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，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。許多主要指標都有所提高，在主要物理性能和耐老化性能上提出了更嚴格的規定，這對我國聚脲行業是一個新的課題和挑戰。
為了進一步提高高速鐵路路基聚脲防水防護工程的質量，建議提供噴涂聚脲A、B組合料的企業，從原材料源頭及設備、工藝等諸多方面嚴格把關，精益求精、提高質量，通過大家共同努力切實筑好中國高鐵路基工程，把我國聚脲行業的技術水平推進至世界先進行列。
2 聚脲配方結構的優化
噴涂聚脲彈性涂料交聯反應，實際是半預聚物與氨基聚醚及胺類擴鏈劑的反應。由于氨基聚醚活性很高，反應不需要催化劑，可在極短的時間內固化成型。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，在采用了相應技術措施后，噴涂聚脲彈性涂料仍不會有任何發泡的跡象。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越性。
從分子結構分析，噴涂聚脲彈性涂料中的脲基呈現C=O基團為中心的幾何對稱結構，比聚氨酯彈性涂料的氨基甲酸酯基穩定，所以聚脲彈性涂料的耐老化、耐化學介質、耐磨、耐核輻射和耐高溫等綜合性能優于聚氨酯彈性體。因此，未來高速鐵路路基聚脲防水防護設計配方應嚴格采用純聚脲材料，而不應使用混合聚脲/聚氨酯配方。為了使各項技術標準達標。應采用科學的聚脲配方設計確保合格聚脲產品的供應。
3 聚脲原材料的合理選擇
3.1 異氰酸酯預聚物的選擇
噴涂聚脲的聚合反應速度極快，不僅不需要添加催化劑，反而要求將反應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聚合反應，制成符合要求的預聚體，通常的預聚體的NCO質量分數在12%-25%之間。選擇好NCO基團的含量對聚脲合成反應及成品性能具有決定性的作用。另外MDI中的2、4異構體的含量對控制聚合反應的速度和成品質量也有重要意義。
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，選用高質量的氨基聚醚也是一個關鍵因素。主要的伯胺基聚醚的純度、官能度、胺基當量、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整涂層的整體性能。
胺類擴鏈劑是使聚脲材料形成交聯結構的關鍵組分。正確合理的選用胺類交聯劑可以得到最佳的交聯密度、交聯速率，既能滿足施工中的技術要求，又能提高材料的耐久性和穩定性。
4 聚脲A、B組分的適中配比
4.1 異氰酸酯指數
在噴涂聚脲彈性涂料配方設計時，A組分與B組分的物質的當量比（即異氰酸酯指數為Nnco/NNH2）一般設定在1.05～1.1左右。其主要原因為：一、半預聚物在儲存過程中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，因此異氰酸酯稍微過量一些可以適當補償在貯存、施工過程中的損失。實踐證明，異氰酸酯指數在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，容易發泡。
應當注意的是通常使用的噴涂設備都是按體積比設計和運行的。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，必須經過密度校正才能確保達到配方設計的異氰酸酯指數。
4.2 A、B組分的體積比
A組分與B組分應設計為接近11，盡管目前已有適合于不同組分比的噴涂設備問世，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，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。試驗發現：當粘度大于3000MPa·s時，混合效果差，霧化不好，涂層力學強度差，出現局部發粘；層間附著力差；當粘度小于2000MPa·s時，混合效果、涂層力學強度及外觀良好。
應當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系。其粘度隨溫度的變化率也呈現非線性的關系。其粘度隨預熱溫度的升高而降低，但其降低的程度又不一致。因此應當精心做好A、B料的粘度測定和控制。掌握并調整好物料在常溫下、輸送中和預熱過程等各種狀態下的粘度值，確保在噴槍中達到最佳混合效果。
噴涂設備的供應廠商也要求各組分粘度不大于3000MPa·s，否則會直接影響設備的混合效果。一般情況下，半預聚物A料粘度常大于B料粘度。如果出現A料粘度過大，造成A料壓力遠遠高于B料，產生噴涂壓力不平衡，出現“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，是關系到能否獲得高質量產品的關鍵。
5聚脲A、B組分在生產過程中的工藝控制
聚脲A、B組分生產工藝過程的控制是保證產品質量的重要環節。每個生產過程的細節都需要操作人員、工程技術人員嚴格精心操作。
5.1 A料預聚體生產過程
◆物料投料順序；
◆操作溫度控制；
◆滴加速度（時間）；
◆反應時間控制；
◆恒溫，降溫控制；
◆嚴格灌裝過濾；
◆沖氮氣包裝；
◆儲存倉庫保管。
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，嚴格控制水分帶入；
◆嚴格灌裝過濾；
◆沖氮氣包裝。
各聚脲原料企業能認真按上述操作規程進行，產品檢驗合格后，包裝入庫。堅持不合格的產品堅決杜絕出廠的原則。
6 聚脲噴涂設備的選擇
噴涂聚脲彈性涂料由兩個化學活性極高的組分組成，混合后快速反應造成粘度迅速增大，如果沒有適當的物料輸送、計量、混合、霧化和清洗設備，這一反應將是無法控制的，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化的噴涂設備必須具有平穩的物料輸送系統、精確的物料計量系統、均勻的物料混合系統、良好的物料霧化系統及方便的物料清洗系統。噴涂設備自然也就成了噴涂聚脲技術的基礎，同時也是噴涂聚脲技術推廣應用的難點。雖然噴涂聚脲設備制造技術在國外已有近10多年的發展歷史，但在我國尚處于發展階段。
目前國外主要設備制造商有：美國的Gusmer公司、Graco公司和Glas-Craft公司等。比較理想的是美國Gusmer公司生產的H-20/35型高壓無氣噴涂主機和GX-7系列噴槍。該設備具有以下功能：
（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：提供穩定、準確、高壓的操作，以確保A、B料兩組分混合均勻，并產生良好的霧化效果；
（3）撞擊混合功能：由于兩組分反應速度極快，故傳統的靜態或動態的混合設備不能滿足要求；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
噴涂聚脲，施工是非常重要的環節，至聚脲誕生以來，部分工程質量出現問題，都出現在施工過程中。
我國聚脲專家、青島理工大學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，聚脲應用好壞，施工最關鍵。以他的豐富經驗總結指出，“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重要的聚脲應用工程，作為一個聚脲原料生產企業，需產出合格的優質產品，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注意以下幾個方面：
◆有實踐經驗的專業聚脲噴涂施工人員；
◆施工企業需配備空氣干燥器；
◆原料供應廠家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；
◆建議每臺設備配備兩把噴槍（一把施工，一把清洗備用），以提高施工質量，加快施工速度。
8 結束語
噴涂聚脲彈性體是雙組分反應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的代表。它解決了噴涂聚氨酯彈性體系的發泡問題，同時它又具有極優異的耐候性、耐酸堿化學介質性、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性強的特點，而且使用成套設備施工、施工方便、效率高、環保、節能、省時、完全符合涂料發展的方向。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（原料供應商和施工單位）在各自原有的經驗基礎上精益求精，努力提高技術水平和質量水平,共同為我國高速鐵路路基噴涂聚脲防水工程做出貢獻！
