拱墅區(qū)建筑防水工程
一、聚氨酯與聚脲的分子結(jié)構(gòu)相似點和相異點：
聚氨酯是以含端異氰酸酯NCO化合物與含多羥基化合物經(jīng)過化學反應(yīng)，形成具有氨酯鍵 ----NHCOO----（又稱氨基甲酸酯）的高分子材料。
------NCO+HO---- → ----- NHCOO----
該反應(yīng)需要一定的溫度，并且需要催化劑。其所形成的高分子材料固化成膜后，其高分子鏈上含有多種化學鍵。如：碳碳鍵---C---C--、醚鍵----O-----、酯鍵 -----COO----、氨酯鍵--- NHCOO---、也含有少量脲鍵 ---NHCONH---等。
聚脲是以含端多異氰酸酯NCO與端多元胺（包括樹脂和擴鏈劑），反應(yīng)所形成具有脲鍵 --- NHCONH---- 的高分子材料。
----NCO+NH2 --- → ---- NHCONH-----
它無需催化劑，也不須加熱即可迅速反應(yīng)。在噴涂聚脲SPUA中需加熱是調(diào)整粘度，便于均勻噴出成膜的需要?；瘜W反應(yīng)過程本身不需要加熱。其固化后高分子鏈中含有碳碳鍵C---C 、 醚鍵 -----O---- 、脲鍵----NHCONH---- 、酯鍵----COO---- 、氨酯鍵----NHCOO----等。
相同點：
1、聚氨酯固化成膜后和聚脲固化成膜后，分子鏈中所含的化學鍵種類是相同的或相似的的。
2、無論是聚氨酯和聚脲，其必須先制成含端基為異氰酸酯的預聚體或半預聚體或齊聚物。也有人將聚脲稱為一種特殊的聚氨酯或高力學性能的聚氨酯。
不同點：
1、盡管聚氨酯和聚脲固化成膜后，所含化學鍵的種類相同或相似。但聚氨酯橡膠膜中對其物理性能起關(guān)鍵作用的官能團為氨酯鍵，而聚脲固化后對其性能起關(guān)鍵作用的官能團為脲鍵。在聚氨酯和聚脲中都會有氨酯鍵和脲鍵。但由于在聚氨酯固化后的橡膠膜中，氨酯鍵數(shù)量大大超過脲鍵，其性能主要由氨酯鍵所決定。而聚脲固化后的橡膠膜中脲鍵的數(shù)量超過氨酯鍵數(shù)量，其性能主要由脲鍵所影響。
2、脲鍵強度大大超過氨酯鍵強度，并且脲鍵很穩(wěn)定。
3、對于市場上常見的噴涂聚氨酯（脲）PU（A）或稱雜合聚脲hybride，在雙組分中除采用氨基聚醚以及端氨基擴鏈劑外，還有羥基類物質(zhì)（如聚醚、聚酯等）以及催化劑。雜合聚脲中氨類物質(zhì)的量在交聯(lián)固化劑中應(yīng)在20%-80%，如果低于20%則稱為聚氨酯。
4、單組分聚氨酯固化過程中，一個水分子消耗兩個NCO，產(chǎn)生一個脲鍵，分子結(jié)構(gòu)中氨酯鍵的數(shù)量仍大大超過脲鍵數(shù)量。其力學性能遠低于單、雙組分聚脲（包括雜合聚脲）。即使加入潛伏性固化劑，其氨酯鍵仍然大于脲鍵數(shù)量。常見的潛伏性固化劑為羥基和氨基同時封端化合物。解封后，與NCO異氰酸酯反應(yīng)形成氨酯鍵和脲鍵。潛伏性固化劑只不過抑制CO2氣泡的數(shù)量，抑制肉眼可見泡孔的產(chǎn)生。相當部分的NCO還是靠水分子反應(yīng)形成脲鍵。只不過所產(chǎn)生CO2的速度和數(shù)量大大減少，不形成氣孔。交聯(lián)點有脲鍵，也有氨酯鍵。
5、市場上常見雙組分刮涂聚脲實質(zhì)上為聚氨酯（脲）即雜合聚脲。如果氨類固化劑在B組分（或稱R組分）含量低于20%則為聚氨酯。一些市場上所謂的雙組分刮涂聚脲實際為聚氨酯。因為其氨類固化劑低于20%。
6、對于雙組分聚氨酯，B組分中如果不加入任何端氨基物質(zhì)，而只有多元醇類物質(zhì)，兩者混合后，固化后的橡膠膜中主要含氨酯鍵，但仍然含有極少量脲鍵。因為當有催化劑存在時水份與羥基存在競爭反應(yīng)。水份消耗NCO后，形成極少量脲鍵。
7、單組分聚脲必須對端氨基物質(zhì)（包括擴鏈劑、樹脂）進行封端，并且封端要完全，更不能加入含有任何羥基物質(zhì)，也不能加入封端的羥基物質(zhì)。否則，在同一系統(tǒng)中很快凝膠。
8、雙組分噴涂聚脲SPUA，A組分為含有NCO的齊聚物或半預聚體。R組分（B組分）為含氨類物質(zhì)（樹脂、擴鏈劑）混合物，不能加入羥基物質(zhì)和催化劑。這是國際聚脲發(fā)展協(xié)會PDA最新定義。傳統(tǒng)定義是R組分（B組分）中氨類物質(zhì)的量要超過80%，允許有低于20%的羥基類化合物（聚醚、聚酯）存在。
二、單雙組分聚氨酯、聚脲的物理性能：
1、固化過程：
固化過程就是交聯(lián)反應(yīng)過程，對于雙組分聚氨酯：
NCO----NCO + HO----OH → ----NHCOO---NHCOO--
對于單組分聚氨酯： ----NCO + H2O → -----NH2 + CO2↑
-----NH2 + NCO--- → ------NHCONH----
對于聚脲的固化過程：
雙組分噴涂聚脲：
NCO-----NCO+NH2----NH2 → ----NHCONH-----NHCONH--
單組分涂膜聚脲： XYN----NXY+ H2O → NH2------NH2
NH2-----NH2 + NCO----NCO → --NHCONH----NHCONH--
上述XY為封閉劑。
固化過程均發(fā)生了化學反應(yīng)。
雙組分聚氨酯交聯(lián)后，交聯(lián)點形成氨酯鍵；單組分聚氨酯、單組分聚脲、雙組分聚脲固化交聯(lián)后交聯(lián)點均形成了脲鍵。但單組分聚氨酯只有一個脲鍵。雙組分聚氨酯反應(yīng)過程中極少量的水份也會與NCO反應(yīng)，產(chǎn)生極少量脲鍵。
2、 影響性能的化學鍵
以兩官能團分子為例，交聯(lián)后分子中交聯(lián)點形成的主要化學鍵如下 ：
成膜物種類
化學鍵數(shù)量（交聯(lián)點）
雙組分聚氨酯
單組分聚氨酯
雙組分噴涂聚脲
單組分涂膜聚脲
二個氨酯鍵
一個脲鍵
二個脲鍵
二個脲鍵
上述表中，單組分聚氨酯在交聯(lián)固化過程中，在水份作用下二個NCO產(chǎn)生一個二氧化碳分子，生成一個脲鍵。而單組分聚脲在交膠固化過程中，在水份作用下，解除封閉的胺基，而形成二個脲鍵。正是由于單組分聚脲和雙組分噴涂聚脲在交聯(lián)后交聯(lián)點上形成二個脲鍵，其本體強度大大高于聚氨酯。而單組分聚氨酯交聯(lián)后形成了一個脲鍵，其強度低于具有兩個脲鍵的聚脲，另外其產(chǎn)生二氧化碳氣泡也是造成強度低的一個原因。雙組分聚氨酯固化后形成了2個氨酯鍵。上述為一種理想狀態(tài)，實際交聯(lián)反應(yīng)要復雜得多。聚脲中有擴鏈劑，聚氨酯中也可有擴鏈劑，擴鏈劑均參與反應(yīng)。另外在高溫潮濕環(huán)境下，還有水份參與競聚反應(yīng)。反應(yīng)過程中所選用分子種類、分子鏈大小以及擴鏈劑甚至包括施工過程等，對固化后的橡膠膜均有影響。
3、 聚氨酯與聚脲的力學性能對比：
由于聚氨酯和聚脲交聯(lián)后所形成氨酯鍵、脲鍵在相對數(shù)量上的差異，從而影響了其力學性能。其中最為關(guān)鍵的兩點是拉伸強度和斷裂伸長率。見表1
表1
橡膠膜種類
拉伸強度
斷裂伸長率
標準
雙組分聚氨酯
1. 50~6MPa
300-600%
DIN53504
單組分聚氨酯
1. 50~6MPa
300-600%
DIN53504
雙組分聚脲
3~29 MPa
50-600%
DIN53504
單組分聚脲
1.50~29MPa
150~700%
DIN53504
以上為市場一般常見產(chǎn)品。但拉伸強度和斷裂伸長率與分子設(shè)計時分子種類、分子大小、官能度、輔助材料等有很大關(guān)系，其變化也很大。
下面以某公司的單組分聚脲和雙組分聚脲介紹作對比。
表2
編號
組分
主要成份
用途
型號
拉伸強度
斷裂伸長率
標準
1
單組分
聚脲
室外暴露
SJK590T
22~28MPa
大于150%
DIN53504
2
單組分
聚脲
室外暴露
SJK590C
15~22MPa
大于350%
DIN53504
3
單組分
聚脲
室外暴露
SJK590
10~15MPa
大于400%
DIN53504
4
單組分
聚脲
室外暴露
SJK580C
5~10MPa
大于500%
DIN53504
5
單組分
聚脲
室外暴露
SJK580
4~8MPa
大于400%
DIN53504
6
單組分
聚脲
室內(nèi)地下
SJK480
4~7MPa
大于400%
DIN53504
7
單組分
聚脲
非暴露
SJK570
<2MPa
大于700%
DIN53504
8
雙組分
聚脲
SJK900
10~16MPa
大于400%
DIN53504
9
雙組分
聚脲
SJK905
16~21MPa
大于300%
DIN53504
10
雙組分
聚脲
SJK906
18~25MPa
大于100%
DIN53504
通常情況下對于高強度聚脲，其延伸率相比之下會降低。通常適用于室外防水工程應(yīng)在拉伸強度5~20MPa延伸率在400%以上較為合適，依不同部位，可選用不同強度值。大于10MPa以上可用作保護性材料，如耐磨地坪比較合適，保護性材料應(yīng)該具有抗紫外線功能，即用于室外暴露。
4、脂肪族和芳香族產(chǎn)品：
無論是聚氨酯還是聚脲，采用芳香族異氰酸酯如TDI、MDI均不能長時間抵抗陽光下紫外線照射。因此一些生產(chǎn)廠商將芳香族聚氨酯和聚脲設(shè)計成黑色、深綠色、褐色以便顏色變化發(fā)黃時不易辯出。芳香族聚氨酯用于室外沒有保護層，分子鏈易于衰減并粉化。聚脲因其強度很高，并且脲鍵穩(wěn)定，強度變化不太大。但因聚脲含芳香族基團，也會變色。因此，對于室外暴露型的防水層，如果采用芳香族聚脲且顏色調(diào)成淺色，如白色、淺蘭色、淺灰色等，其在陽光暴曬作用下，易于變色。采用脂肪族的聚氨酯或脂肪族的聚脲，則不會發(fā)生顏色變化。即便調(diào)制成單組分透明或白色聚脲，它也難以變色。因為脂肪族聚脲具備抗紫外線能力，其用于室外無須保護層。
三、關(guān)于防水涂料中底涂劑：
在建筑防水工程上大多數(shù)基材為混凝土?；炷帘砻娴降仔璨恍枰淄縿┨幚?？混凝土為多孔性材料，實際情況非常復雜。這里有一個現(xiàn)場實際施工作業(yè)問題。通常要求基層結(jié)實、平整、合理排水坡度、且干燥的混凝土。對于基層結(jié)實、平整、干燥的混凝土，作業(yè)人員對此處理問題不大。但對于高含水率混凝土表面施工，尤其是潮濕基面施工，往往會有一些問題。事實上我們應(yīng)對混凝土含水率進行分級。如表3：
表3
含水率<5% 混凝土
干燥
含水率<10% 混凝土
一般
10%<含水率<15% 混凝土
常見、潮濕
含水率>15% 混凝土
十分潮濕基面
對于不同含水率混凝土表面的處理應(yīng)是不同的。對于小于5%含水率混凝土表面，聚氨酯和單組分聚脲可以不用底涂劑處理，聚氨酯和單組分聚脲涂布后有足夠的時間浸潤其表面毛細孔中；雙組分噴涂聚脲要用底涂劑。對于含水率大于5%以上混凝土無論是聚氨酯還是聚脲提倡使用底涂劑。含水率高于10%，要求使用底涂劑，如果不用底涂劑，涂膜固化形成橡膠膜后，水汽難以通過防水膜，水汽壓力越來越大，最高壓力可達到0.6MPa。如果未使用合適底涂劑或使用底涂劑不正確則產(chǎn)生氣泡起鼓。
以某公司底涂劑為例如表4：
表4
底涂劑
Primer H
Primer HF
Primer E
Primer EW
Primer B
組分
單組分
雙組分
雙組分
雙組分
單組分
干燥時間（23℃，50%濕度）
12-24小時
4-6小時
6-12小時
6-12小時
12-24小時
含水率小于5%混凝土
OK
OK
OK
OK
OK
含水率小于10%混凝土
OK
OK
OK
OK
OK
含水率大于10%，小于15%混凝土
╱
╱
OK
OK
╱
含水率大于15%混凝土（含十分潮濕基面）
╱
╱
╱
OK
╱
柔性材料表面（如瀝青、SBS、APP、PU、PUA、PVC、CPE）
╱
╱
╱
╱
OK
鋼板表面
OK
OK
OK
OK
OK
用量kg/m2
0.1-0.2
0.2-0.3
0.2-0.3
0.3
0.1-0.2
底涂劑不要求涂抺過多，而要求涂遍涂到，不要漏涂。重要的是對基材要有化學粘結(jié)。如果只有物理粘接，在潮濕混凝土中水氣壓力下易于起鼓。通常所說物理粘結(jié)，就是底涂劑與基層表面只有分子間作用力（范德華力）和氫鍵。作用力較弱。而化學粘結(jié)，是底涂劑與基層形成化學鍵或部分化學鍵（當然也有范德華力）其作用力較大。
作用力類型 作用力大小
范德華力（色散力、誘導力、偶極力） <3kcal/mol
氫鍵 約3-10 kcal/mol
化學鍵 >200 kJ/mol
因此在底涂劑與混凝土之間形成化學鍵或形成部分化學鍵是非常重要的。在底涂劑的分子設(shè)計時盡量考慮到這點。
四、討論：
1、 用于建筑防水的聚氨酯防水涂料和聚脲防水涂料均是一類含有異氰酸酯經(jīng)交聯(lián)固化后成為橡膠類的高彈性防水材料。聚氨酯的物理力學性能主要由交聯(lián)固化后分子中氨酯鍵所決定。而聚脲的物理力學性能主要由交聯(lián)固化后分子中脲鍵所決定。因脲鍵穩(wěn)定、強度大于氨酯鍵，故聚脲的拉伸強度大大超過聚氨酯的強度。聚氨酯防水涂料交聯(lián)固化后，氨酯鍵的數(shù)量超過脲鍵的數(shù)量。而聚脲中脲鍵性能從根本上決定聚脲物理性能。有人認為純聚脲無論單組分聚脲還是雙組分聚脲其固化后橡膠中不含氨酯鍵，只含有脲鍵，這是一種錯誤的理解。因為聚脲預聚體中含有氨酯鍵。純聚脲無論是單組分還是雙組分，涂料中是不含羥基物質(zhì)的。另外分子種類、分子鏈長短對聚氨酯和聚脲性能影響也大。
2、 聚氨酯防水涂料應(yīng)該繼續(xù)發(fā)展，應(yīng)該由低檔向高檔發(fā)展。當前市場上常見的單、雙組分聚氨酯中，均加入增塑劑、廢油、填料（礦物填料或瀝青）造成聚氨酯涂料中有效高分子含量偏低。增塑劑（含廢油）量過大，大大降低了其粘附力以及混凝土砂漿在其表面的附著力，造成起空鼓。尤其是廚衛(wèi)間、立面墻上，粘貼瓷磚到一定高度時，在水的滲入作用下出現(xiàn)空鼓，水平面雖感覺不到空鼓，但在水的浸泡作用下，其力學性能衰減在加快。高品質(zhì)的聚氨酯是不加入廢油、礦物粉料的，其耐久性應(yīng)在10年以上。加入廢油和過多的粉料后，如果長期浸水，該橡膠膜中粉料與高分子發(fā)生相分離，耐久性降低。另外其芳香族類聚氨酯防水涂料不耐紫外線，限制了其在室外使用。如果采用脂肪族異氰酸酯與聚醚作用，此便于室外使用。聚氨酯可朝高耐候性方向發(fā)展。也就是要采用脂肪族異氰酸酯來合成預聚體。并且不建議加入廢油、增塑劑及過多礦物粉體料等。
3、 聚脲作為一種新型的防水涂料。其在建筑防水工程上有廣泛的應(yīng)用前景。其有雙組分噴涂聚脲和單組分液體涂膜聚脲。雙組分噴涂聚脲通過專用噴涂機器涂布在基面上，其反應(yīng)速度快，幾秒鐘至幾十秒鐘很快凝膠，幾分鐘即表干。快速固化是其顯著優(yōu)點之一。但其在基層處理時必須十分嚴格，因其固化速度很快，其對基層浸潤時間較短，因而對基層粘結(jié)受到影響。在作基層處理時應(yīng)該堅固、結(jié)實、平整，噴涂面為連續(xù)平面或連續(xù)曲面，在確定基層含水率后，應(yīng)選用合適的底涂劑處理基層混凝土。單組分聚脲具有不需要機器施工的優(yōu)點，可直接用人工滾涂和刷涂但其所用滾筒不同，市場上常見的羊毛滾筒或腈綸滾筒強度太低不可使用。單組分聚脲應(yīng)用PE或PP材質(zhì)滾筒。單組分聚脲固化相對雙組分聚脲較慢，表干時間約2-4小時，固化時間需12-24小時。因固化較慢，因而其對基層浸潤時間較長，對基層的粘接力較好。在實際施工操作中，雙組分噴涂聚脲和單組分涂膜聚脲可以用作耐久性長的高等級防水工程中，并可相互補充。對于垂直立面，雙組分噴涂聚脲和單組分聚脲非下垂型均可使用。對于水平面，雙組分聚脲和單組分聚脲施工時，依面積大小以及人員可確定工效。對于一臺Greco-Gusmer H20/35噴涂機，一般需3-4人協(xié)同作業(yè)，一人負責噴槍，1-2人負責管道，1人負責機器。每天可噴涂800-1600平方米。而對于單組分聚脲可直接將液體倒于地上。用帶定位高度刮板刮平即可，其具有自流平性能， 4人平均每天可涂布1000-2000平方米平面面積。對于特殊區(qū)域，如細部（陰角、管根等）以及雙組分噴涂起鼓需維修部分，用單組分聚脲來修補非常方便。噴涂聚脲機器應(yīng)有專人維護，每次打回流加熱時間需20分鐘至40分鐘，中途換桶應(yīng)事先加熱（如電熱帶），不建議現(xiàn)場明火加熱。每天收工前應(yīng)做清洗保養(yǎng)工作。現(xiàn)場施工時每組至少有一名熟悉機器的人員，以免出錯。
4、 潮濕混凝土基面。非常潮濕混凝土表面應(yīng)使用特殊底涂劑，無論何種類型底涂劑，要想從根本上解決粘結(jié)后不起鼓問題，必須解決兩個問題，一是底涂劑與潮濕混凝土實現(xiàn)粘結(jié)，而不僅僅是物理粘接，盡量實現(xiàn)化學粘接；二是底涂劑在表面成膜后，水汽透過率要低。做到了這兩點無論是聚脲還是聚氨酯在該底涂劑表面固化成膜，效果均會大大提高。關(guān)于固化后起鼓，起包。形成的鼓包有幾種：一種是空氣泡，涂料在混合攪拌均勻時帶入空氣泡，混凝土里層及表面孔隙含空氣。另外，施工涂布時，帶入空氣，涂料表面表干或固化后，形成鼓包；第二種是材料在固化過程中產(chǎn)生二氧化碳，尤其是聚氨酯，聚氨酯在高溫、高濕環(huán)境下，因逸出二氧化碳速度不及反應(yīng)生成二氧化碳速度，故產(chǎn)生氣泡；第三種是水蒸汽氣泡，此種情況最為常見，實際情況是在同一個泡包內(nèi)，既有空氣也有二氧化碳，更多是水氣。就材料而言，無論是聚氨酯還是聚脲，分子設(shè)計人員應(yīng)控制NCO含量以及NCO與固化劑的比例。潮濕面造成鼓包是最頭痛的現(xiàn)象。因此一定要選擇合適的底涂劑。底涂劑選用得當，完全可以解決潮濕面施工鼓包的問題。目前市場上多數(shù)采用環(huán)氧樹脂底涂劑。但不同品種的環(huán)氧樹脂差別是很大的。鋼板沒有氣孔，非常平整，常規(guī)環(huán)氧樹脂對鋼板沒有任何問題?；炷烈_到鋼板平整度是很難的。應(yīng)該用合適的環(huán)氧樹脂，更好的辦法是用異氰酸酯底劑與環(huán)氧樹脂底涂劑結(jié)合起來使用，另外基層一定要結(jié)實平整。如果基層有小坑，即使是一個很小的坑，噴涂聚脲SPUA很容易在該處形成鼓包。而聚氨酯和單組分聚脲因有足夠時間浸潤其對基層要求一般性平整即可。
5、 無論是聚氨酯還是聚脲，它們在耐強堿、鹽、水浸泡時具有優(yōu)異的性能，尤其是聚脲。耐弱酸以及低濃度如20%以下強酸也不會有大的問題。但耐高濃度的強酸，如40%以上的硫酸聚氨酯和聚脲會很快弱化。因此對聚脲必須改性。這里所說改性，不是物理改性，而是在分子鏈上接技，或互串網(wǎng)絡(luò)，引入長碳鏈分子段。如某公司單組分改性聚脲SJK590S、SJK590D可浸泡于70%硫酸中3個月，沒有起皮脫落、變色等變化。
6、 聚脲、聚氨酯涂料應(yīng)向高檔化發(fā)展。首先其原材料應(yīng)先行發(fā)展。目前國內(nèi)原材料生產(chǎn)商多為發(fā)泡材料而設(shè)計。中國在異氰酸酯方面，TDI和MDI較為成熟。但MDI仍需發(fā)展，如液化純MDI需開發(fā)生產(chǎn)，國內(nèi)有炭化二亞胺液化MDI和液化聚合MDI，但純的液化MDI未見有生產(chǎn)。另外，脂肪族異氰酸酯如HDI、HMDI、IPDI一直依賴進口，上海有巴斯夫、享斯曼等公司在投資異氰酸酯，是否會全部生產(chǎn)上述脂肪族異氰酸酯，將試目以待。中國公司應(yīng)該可以自行開發(fā)。國內(nèi)聚醚在分子量分布上應(yīng)盡量合理。另外，聚醚不飽和度應(yīng)進一步降低。江蘇有廠在生產(chǎn)氨基聚醚和擴鏈劑。目前在中國境內(nèi)生產(chǎn)高檔聚氨酯和聚脲，其部分原料需從國外進口。當中國汕頭搬家 女老師求婚男同學 杭州防水補漏 18675439769境內(nèi)的原材料水平與歐美接近或達到超過歐美水平時，它為中國開發(fā)高檔的聚氨酯和聚脲提供方便。只要真正生產(chǎn)出高性能的聚氨酯產(chǎn)品和聚脲產(chǎn)品，就可以打造出耐久性更長的建筑防水工程，為國家節(jié)省資源，提高綜合效益。
http://www.www.shb123.cn/meizu01/colornot-10.htm |
