純聚脲——京滬高鐵防水成功的關(guān)鍵

     聚脲的定義

　　2000年美國聚脲發(fā)展協(xié)會（Polyurea Development Association簡稱PDA）成立，鑒于聚脲和半聚脲的模糊定義給工程界和市場造成的嚴重損害，PDA重新對噴涂聚氨酯、聚氨酯（脲）、聚脲進行了嚴格的定義：

　　噴涂聚氨酯：由異氰酸酯組分（簡稱A組分）與樹脂組分（簡稱B組分）反應(yīng)生成的一種彈性體物質(zhì)。異氰酸酯既可以是芳香族的，也可以是脂肪族的。其中的A組分是由端羥基化合物與異氰酸酯反應(yīng)制得。其中的B組分一定是由端羥基樹脂（例如：二元醇、三元醇、多羥基聚合物多元醇等）和端羥基（芳香族或脂肪族）擴鏈劑組成，在端羥基樹脂中，必須含有用于提高反應(yīng)活性的催化劑。

　　噴涂聚脲：國內(nèi)叫純聚脲，是由異氰酸酯組分（簡稱A組分）與氨基化合物組分（簡稱B組分）反應(yīng)生成的一種彈性體物質(zhì)。異氰酸酯既可以是芳香族的，也可以是脂肪族的。其中的A組分可以是由端羥基化合物與異氰酸酯反應(yīng)制得。其中的B組分必須是由端氨基樹脂和端氨基擴鏈劑組成。在B組分中，不得含有任何羥基成分和催化劑，但允許含有便于顏料分散的助劑。

　　而我國現(xiàn)有的噴涂聚脲防水涂料的定義是：以異氰酸脂類化合物為A組分，胺基化合物為B組分，采用噴涂施工工藝使兩個組分混合、反應(yīng)生成的彈性體防水涂料。

　　這是一個非常模糊的定義，很多企業(yè)對此提出質(zhì)疑。

　　發(fā)展歷史

　　噴涂彈性體最早起源于上世紀70年代，初期的品種是噴涂聚氨酯彈性體（簡稱SPU），其在施工時體系容易與周圍環(huán)境中的水分、濕氣反應(yīng)，產(chǎn)生二氧化碳，生成泡沫狀彈性體（外觀類似癩蛤蟆皮），造成材料力學(xué)性能顯著下降。因此，人們很快想到在B組分中引入端氨基化合物，即噴涂聚氨酯（脲）彈性體（簡稱SPU[A]）。這樣，可有效地阻止異氰酸酯與水分、濕氣的反應(yīng)，材料力學(xué)性能得到很大改善，工程應(yīng)用效果明顯增強。

　　但是，噴涂聚氨酯（脲）彈性體仍然沒有從根本上解決體系的發(fā)泡問題，在工程實踐中，還是經(jīng)常出現(xiàn)一些缺陷和問題，尤其是在潮濕、梅雨環(huán)境下，仍然會出現(xiàn)“癩蛤蟆皮”現(xiàn)象，造成戶外防護工程失敗的案例很多。

　　歐洲（純）聚脲的起步比中國晚10年，德國人一直是主張使用半聚脲，后來感受到了純聚脲的優(yōu)勢后，才于2007年成立聚脲組織（即PDA-Europe）。我國聚脲事業(yè)一直是走在世界前列，今年
　　2月24日在北京召開的“聚脲兩會”就是例證。

　　純聚脲和半聚脲的本質(zhì)區(qū)別

　　首先，從材料的定義和組成上，兩者的主要區(qū)別在于，純聚脲因全部采用端氨基化合物作為B組分，因此它不需要加入任何催化劑，就能在室溫（甚至零度以下）與A組分瞬間生成聚脲材料。這其中隱含的重要化學(xué)意義如下：

　　耐老化性能提高。催化劑在完成加速聚合反應(yīng)之后，會長期殘留在生成的聚合物材料中，成為材料在經(jīng)受陽光、氧氣、水以及各種腐蝕介質(zhì)侵蝕、劣化的誘導(dǎo)因素，從而產(chǎn)生自由基，導(dǎo)致材料力學(xué)性能下降，即我們通常所說的材料老化。純聚脲材料不含任何催化劑，其耐老化性能顯著優(yōu)于半聚脲。預(yù)計純聚脲材料的壽命在75年以上。這是目前已知的任何合成高分子材料（包括聚氨酯、半聚脲在內(nèi)）所不具備的特殊性質(zhì)。

　　材料生成過程穩(wěn)定、可靠。聚脲不同于我們以往使用的防水卷材等成品材料，它是一種需要在施工現(xiàn)場環(huán)境下，經(jīng)過噴涂工藝完成的半成品材料。所以，單單出示實驗室的檢驗合格報告是遠遠不夠的，必須保證在施工現(xiàn)場條件下，同樣達到在實驗室的性能。這就要求材料必須具備強大的抗擊戶外（甚至野外）施工時，周邊環(huán)境溫度、濕度對噴涂過程的嚴重影響。

　　性能優(yōu)劣。由于半聚脲可供選擇的原材料要比純聚脲豐富得多，所以在實驗室（即保證溫度、濕度的條件下）制備的半聚脲樣品往往在強度（尤其是伸長率）方面超過純聚脲，很容易使非專業(yè)人士產(chǎn)生混淆。

　　純聚脲和半聚脲的識別

　　根據(jù)純聚脲和半聚脲在化學(xué)組成上的不同，我們可以通過氣味、混合手感、羥基分析、氨基分析、原子吸收光譜、傅里葉變換紅外等多種方法，輕而易舉地進行分析和鑒別。

　　青島理工大學(xué)功能材料研究所，已經(jīng)發(fā)明了一種在施工現(xiàn)場快速識別純聚脲和半聚脲高效而簡便的方法。目前，該正在組織中試和申報國家發(fā)明專利。

　　京滬高速鐵路

　　聚脲防護工程的難度

　　京滬高速鐵路聚脲防護工程將跨越黃河、長江兩大流域帶，施工現(xiàn)場既有干燥、寒冷的北方氣候，又有潮濕、多雨的南方環(huán)境，其實施聚脲工程的復(fù)雜程度遠遠超過京津城際鐵路。所以，我認為無論是原材料供應(yīng)、施工機具采購、專業(yè)施工人員培訓(xùn)、專業(yè)監(jiān)理和檢測等諸多方面，都不可能在1個月～2個月完成京滬聚脲防護工程。

　　在今年2月24日北京聚脲峰會上，美國人已經(jīng)提到我們京津線使用半聚脲的嚴重后果。如果京滬線再重蹈覆轍，這在國際、國內(nèi)的影響都是巨大的。

 　 原作者： 青島理工大學(xué)功能材料研究所所長   
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