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    噴涂聚脲防水涂料技術應用

    發布日期:2016-07-13

    聚脲涂料(polyureacoatings)技術是國外近20年來,為適應環保要求而研制、開發的一種新型無溶劑、無污染的綠色施工技術,其主要特點如下:


     ?。?)涂料不含催化劑,快速固化,可在任意曲面、斜面及垂直面上噴涂成型,無流掛現象,5s凝膠,1min即可達到步行強度。


     ?。?)涂料對水分、濕氣不敏感,施工時不受環境溫度、濕度的影響。


     ?。?)涂料100%固含量,不含任何揮發性有機物(VOC),對環境友好。


     ?。?)具有優異的理化性能,如抗拉強度、伸長率、柔韌性、耐磨性、耐老化、防腐蝕等。


     ?。?)具有良好的熱穩定性,可在120℃下長期使用,可承受150℃的短時熱作用。


      在早期,噴涂聚氨酯彈性體沒有很好解決體系的發泡問題,在室外應用中經常出現一些缺陷。20世紀80年代中期,美國Texaco公司在世界上率先開發出噴涂聚脲彈性體材料。澳大利亞于1993年引進該技術;日本和韓國也分別于1995年和1997年引進該技術,并相繼投入商業應用;歐洲地區2000年開始也逐漸接受該技術并推廣應用。1995年,青島海洋化工研究院黃微波等人在國內率先開展SPUA技術的研究與開發,獲得了很好的商業應用業績,所研發的系列產品應用涉及防腐、防水、防滑、裝飾、布景、道具、耐磨、耐酸、耐堿、耐老化、抗沖擊等眾多領域,并陸續發表了大量論文和申請了發明**。2000年起,江蘇化工研究所郁維銘等人開始SPUA的探索,應用領域涉及隧道防水、水閘防腐;湖南湘江涂料集團有限公司廖有為等人開展了SPUA技術在皮卡車耐磨襯里方面的研究與應用;煙臺華特聚氨酯公司李洪劍等人開展了噴涂剛性SPU技術管道防腐應用。與此同時,美國SPI公司和聯合涂料、德國巴斯夫、韓國一山聚氨酯公司等企業也陸續將它們的產品銷往中國市場,自此,聚脲技術在我國蓬勃發展起來。據2002年美國聚脲發展協會的初步統計,全球純聚脲材料的產量為1.13萬t,銷售額為7500萬美元。其中北美地區占85%,亞太地區占10%,歐洲占4%,其它國家和地區占1%.聚脲在我國發展也非???,產量從2000年的100t,迅速增長到2007年的6000t左右。


      2聚脲涂料體系的發展階段與國內外現狀


      聚脲涂料體系的發展經歷了以下5個階段:第一階段:純聚氨酯;第二階段:聚氨酯-聚脲;第三階段:純聚脲/芳香族;第四階段:脂肪族/聚天冬氨酸防腐裝飾體系;第五階段:各種改性高性能防腐防水體系。前三個階段比較容易混淆,因此將其特點作一對比,。


      表1聚氨酯、聚氨酯/聚脲、純聚脲體系比較


      為了更好地推動聚脲技術在世界各地的蓬勃發展,及時交流信息、開發市場,實現資源共享,2000年美國成立了“聚脲發展協會”。協會的宗旨是:發展新的營銷策略,促進聚脲及PDA的成長;為會員構建一個討論聚脲問題的專門場所;為聚脲產品建立相關的標準;明確聚脲的定義;每年定期召開討論會(目前已召開9屆年會并出版了論文集);定期舉辦聚脲操作培訓課程。歐洲聚脲發展協會于2007年末成立并召開了首屆年會,這標志著聚脲技術正式向全世界大規模發展。2005年7月25~27日,在煙臺萬華北京研究院舉行了“首屆中國聚脲彈性體應用論壇”。中美兩國的聚脲專家做了精彩演講及演示活動,交流了聚脲彈性體應用技術,大大推動了該技術在我國的發展。由于價格及化學合成工藝不同,市場上出現許多不同配方的噴涂聚氨酯(脲)。在噴涂聚氨酯(脲)彈性體配方設計中,排除水分對材料力學性能的影響是*為關鍵的考慮因素。為了使體系中A組分與R組分的混合更加充分、完善,兩者的粘度應盡量接近。由于純聚脲部分原料價格昂貴,使得純聚脲技術難以在短期內大規模普及。在一些用戶要求不高、環境比較干燥的場合,噴涂聚氨酯或者聚氨酯(脲)彈性體也是一種較為經濟實用的辦法。但是,雜合體系統對施工人員的操作水平及現場技術質量保證體系提出了更高的要求,因此,美國PDA至今未把雜合體列入聚脲定義范圍內。聚脲行業國內與國外產品檔次差距較大,主要與我們國家的產品價位、市場接受能力、經濟消費水平較低有關。北美地區經濟發達,用的基本是純聚脲,性能方面都能保證。而在我國,為降低材料成本,一般都用雜合體,特別是在戶外/野外現場施工時可能更復雜。雜合體中如果摻入了聚氨酯,就會出現發泡、起皮現象,影響聚脲的施工質量和應用效果。特別是有些設計人員及現場施工操作人員并未真正理解雜合體體系的特點,忽視雜合體配方體系現場施工需要更高的技術要求這一特點,造成涂層質量未能達到設計要求,嚴重影響了聚脲的應用效果,也為聚脲涂料的進一步發展及應用帶來了負面影響。聚脲涂料技術經過20年的應用,目前在世界范圍已基本成熟,成功案例比比皆是。但同時在應用過程中也出現了不少問題,造成返工現象,主要是由于材料性能選擇、項目/體系設計、現場施工及質量保證體系過程等方面的不完善造成的。噴涂聚脲涂料技術的特點和優點十分明顯,但在實際應用時,底材及底漆是關鍵。當用于混凝土表面時,就特別需要注意基面的處理;基面處理的好壞,直接影響到施工質量。聚脲的固化速度極快,通常在尚未充分浸潤混凝土表面時就已經固化,影響了涂層與混凝土的粘結力;聚脲固化時的發熱量很大,混凝土表面毛細孔里含有的空氣或水分受熱后便會膨脹或蒸發,造成涂層表面出現針眼和氣泡。因此,聚脲噴涂施工前混凝土基面一定要涂布底漆,以增加粘結力和封閉毛細孔洞。目前新近開發的專用底漆,系水乳化的聚氨酯體系,其特點是可在潮濕混凝土基面上直接涂布,滲透力強、固化快,底漆施工后3h即可噴涂聚脲;涂層與混凝土的粘結力大于5MPa;可有效解決噴涂聚脲在混凝土表面施工的基面處理問題。聚脲防水施工大多數在應用現場進行,而現場施工環境一般較為復雜,同時聚脲涂料反應速度較快,施工要求相對于普通油漆噴涂難度更大。國內目前還沒有專門的培訓機構,合格的施工技術人員比較短缺。應該說,聚脲施工行業的門檻較高,即使是聚脲理論知識豐富的人,如果在施工技術(如:項目管理、材料選擇、底材處理、設備操作等)方面沒有3年以上時間的鍛煉,操作時是很難達到設計質量要__求的。


      3聚脲防水涂料標準及相關技術規程的制定


      2008年9月,具有里程碑意義的中國《噴涂聚脲防水涂料》國家標準歷經4次工作會議,經過來自全國32個單位、38名代表以及12名標準審查專家的熱烈討論和認真審查,形成了我國(也是世界上)第一部聚脲防水涂料標準的報批稿。標準規定了噴涂聚脲防水涂料的術語和定義、分類和標記、一般要求、技術要求、試驗方法、檢驗規則、標志、包裝、運輸與貯存。標準將適用于建設工程、基礎設施防水用噴涂聚脲涂料。該標準在對聚脲科學定義的同時,結合我國國情,將聚氨酯(脲)(又稱半聚脲)也納入標準控制范圍。但該標準沒有對“半聚脲”的設計使用及應用范圍(特別是戶外/野外施工)作出限制,因此設計單位、總包商以及業主出于價格方面的考慮,可能將更多地設計、采用半聚脲體系,這就對施工提出了更高的要求,特別是在底材處理、現場噴涂操作、質量保證體系等方面。


      2008年8月1日,《噴涂聚脲防水技術規程》標準編制組成立,來自全國21家單位的代表參加了第一次工作會議,就工程設計、噴涂設備、施工、工程質量及驗收,以及施工安全和環境保護方面做了初步探討,確定了編制大綱、任務分工及編制進度。該規程預計于2009年形成*終報批稿?!秶娡烤垭宸浪夹g規程》將有助于科學地評判現場操作人員的技術水平,指導噴涂聚脲防水工程的設計,規范現場施工程序,完善現場檢測方法與技術。


      4噴涂聚脲設備


      20世紀80年代中期,Gusmer公司(即現今的Huntsman公司)為配合Texaco開發聚脲技術,對其原有的聚氨酯RIM設備進行了相應的設計改進,在繼承其計量、混合原理的基礎上,推出了第1代噴涂設備組合——H-2000主機和GX7-100噴槍。由于該設備混合壓力偏低,結果并沒有使聚脲技術實現產業化,但卻在聚氨酯泡沫領域取得了大量應用。隨著對聚脲技術的深入研究和開發,該公司又于90年代中期,推出了其第2代噴涂設備組合——H-3500主機和GX7-400噴槍;2000年又推出了性能更加**的H-20/35主機和GX7DI噴槍。2002年,Glas-Graft公司推出專門用于聚脲噴涂的設備組合:MXⅡ主機和LS噴槍;2003年,Graco公司推出了**競爭力的ReactorE-XP2主機和FUSION噴槍,減輕了聚脲行業施工人員的操作強度,使聚脲技術進入快速發展階段。Reactor主機摒棄了Gusmer公司H系列主機采用液壓驅動的設計理念,選用電機驅動作為動力源,通過對電機和控制元器件的有機組合,實現對開、關槍操作的瞬間控制,不再需要上百公斤的液壓油,大大減少了設備體積和質量,整機質量180kg,僅為H-20/35主機的一半,極大地方便了運輸和現場施工。該主機配備有新穎的數據下載裝置,能夠對噴涂過程中A料、B料和管道的溫度、壓力進行實時監控和記錄,有利于施工結束后的數據分析和查找事故原因。Reactor主機控制面板可根據用戶的需要,加裝長度可達91m的延長線,實現施工人員對設備參數的***控制,減少了以往施工設備在遠距離操作時的聯絡不暢和控制失靈,極大地改善了現場監控能力,提高了工程質量。該主機還設計有方便的回流系統,在A料、B料出現壓力不平衡時,能自動停機,防止將不合乎比例要求的原料噴涂到施工現場,保證了施工質量。操作時,旋轉相應的閥門,即可使壓力快速平衡,不必像以往的主機那樣必須經過拆卸噴槍后才能調整壓力,方便了施工人員的現場操作。Fusion噴槍有2種,即空氣自清潔槍(air-purge,簡稱AP槍)和機械自清潔槍(mechanical-purge,簡稱MP槍),其*突出的特點是:混合室耐磨損、拆卸簡單、零配件少、維護方便。AP槍的工作原理與Gusmer公司的GAP槍、Glas-Craft公司的Probler槍相同,但拆卸和維護過程非常簡單、方便,不需要使用任何工具就可將槍頭打開;短時間停機不需要洗槍,只要加注專用油脂即可;獨特的金屬混合室流動力學設計使得混合、霧化效果更好。MP槍的工作原理與Gusmer公司的GX7-400槍,GX-DI槍相同,除了具有AP槍的所有優點外,它的混合室采用聚碳酸酯材料,比采__用尼龍混合室的噴槍更加耐磨;同時,噴槍閥桿調整更加便捷、方便,型號簡化,使用成本更低。自1987年第1代Graco-Gusmer聚脲噴涂設備問世以來,Graco-Gusmer為適應市場及原料的發展,不斷更新并推出新型可靠的主機及噴槍;2007/2008年為滿足聚脲涂料快速發展的需要,美國Graco公司在全球隆重發布第5代聚脲噴涂設備——ReactorH-XP3及FusionCS噴射自清潔噴槍。2007年12月,美國Graco公司成功收購美國Glas-Craft公司,二者于2008年10月正式合并,從而實現了噴涂設備領域3G(Graco/Gusmer/Glas-Craft)合一的局面。目前的設備操作培訓,都是設備代理商在設備安裝、調試時給*終客戶進行1~2天的現場簡單培訓,包括設備連接、參數設定、開關程序以及基本的噴涂操作要領。由于客戶方操作人員接受程度及代理商/原料商技術培訓能力的局限,往往會出現*終客戶在相當長一段時間內(如第1年內)都還不能獨立、完整、正確地使用設備,完成高質量的噴涂聚脲工程,更多地依賴所購買設備或原料的代理商或生產商提供日常的設備使用技術支持。為了滿足日益增長的聚脲市場的發展需要,2009年起,Graco公司將聯合聚脲原料商/設備代理商定期舉辦第5代聚脲噴涂系統ReactorH-XP3/FUSIONCS系統操作認證培訓課程,這將有助于提升中國噴涂設備操作人員的基本技能。目前大部分聚脲涂料的混合比例(體積比)是1:1,因此相關噴涂設備的首要作用是保證比例;由于A、B組分粘度不同,因此需要設定不同的主加熱器溫度,要能快速加熱原料,并保持可以霧化的溫度;又由于材料在數秒鐘內就固化,**采用直接對撞式混合噴槍,如:MP(機械自清潔)、AP(空氣自清潔)以及全新的CS(噴射自清潔)。在確保兩組分比例的前提下,噴涂聚脲涂層的物理性能技術指標將隨著壓力的增大而明顯提高。不同的設備配置(氣動、電動、液壓主機計量系統)及噴槍(混合室及噴嘴組合),保證了現場施工的效率及涂層質量的穩定。同時,設備都具有比例誤差過大報警裝置以及數據下載功能,以保證合格的材料能達到材料商所設定的物理指標及涂層效果。比例誤差超過10%~15%以上,噴涂材料的物理性能技術指標將大大降低。


      5聚脲在國內外大型基礎設施工程中的應用


      聚脲材料的出現,打破了以往涂層保護領域環氧、丙烯酸、聚氨酯一統天下的局面,為工程界提供了一種非常先進、實用的技術。特別是它對高水分、高濕度環境的容忍度,深受戶外施工者的稱道,因此得以在國內外大型基礎設施工程中廣泛應用。近年來,國內不少重點基礎設施工程選用了聚脲涂料:


      ●京津城際高速鐵路作為我國第一條設計時速350km的客運專線,采用了大量的新技術、新工藝,包括聚脲材料的全線應用。防水處理面積超過100萬m2,聚脲用量在2000t以上,用量之大,在鐵路防水工程中****,在世界上也是著名的聚脲工程之一。


      ●國家大劇院景觀水池防水工程全部采用聚脲涂料。


      ●部分奧運場館看臺及屋頂采用聚脲涂料,大大加快了施工進度,如:北京豐臺壘球中心、曲棍球館、奧林匹克中心、奧林匹克水上公園等奧運場館的混凝土看臺表面保護,累計達到10萬m2.


      ●全運會場館的聚脲防水施工正在進行中。其他成功案例:


      ●美國波士頓地鐵隧道以及中國香港地鐵隧道都成功采用純聚脲作為防水材料,大大加快了施工進程并提高了質保年限。


      ●中國臺灣的高鐵路基也成功采用純聚脲涂料,縮短工期,延長防水防腐涂層壽命。


      ●美國五角大樓停車場修復項目,采用純聚脲涂料作為地面及屋頂防水材料。該涂層同時具有防沖擊的防護作用。


      盡管國內聚脲行業發展目前還存在一些現場應用問題,但隨著相關材料標準的制修訂(化工行業標準的修訂和防水國家標準的制定)、工程技術規范的編制與發布實施、施工技術的人員培訓與認證以及將來中國聚脲行業協會的建立等,我們有理由相信,聚脲技術在中國將得到更為廣泛、規范、快速健康的發展與應用。


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