(3)聚脲弹性体(SPUA)防腐材料
聚脲弹性体(polyurea elastomer,PUA)是国外近20年来继高固体分涂料、水性涂料、光固化涂料、粉末涂料等低(无)污染涂料后兴起的一种新型环保材料。它是在反应注射成型(RIM)技术的基础上发展起来的。美国聚脲发展协会(PDA)对聚脲的定义是由异氰酸酯封端的预聚物(A组分)与氨基化合物组分(R组分)反应生成的高聚物。A组分与R组分通过高温高压设备喷涂。该工艺属快速反应喷涂体系,原料体系不含溶剂,固化速率快,工艺简单,可很方便地在立面、曲面喷涂十几毫米厚而不流挂。采用喷涂工艺施工的聚脲弹性体称为SPUA(spray polyurea elastomer)。SPUA技术全面突破了传统型涂装技术的局限。聚脲优异的物理化学性能及适用性能使该技术一问世,便得到了迅猛的发展。目前,该技术在防水工程、石油化工、机械设备、矿山开采、道具制作、车间地坪、体育设施等工程领域获得了越来越广泛的应用。
(1)性能优异 聚脲材料的拉伸强度、撕裂强度、冲击强度、粘结力、延伸率、耐磨性、耐刺穿、耐碾压、防湿滑等特点显著,并且有优异的耐混凝土开裂性、对混凝土开裂的防护性及对失强混凝土结构的补强性。具有高耐冲击性、高强度、高伸长率、高撕裂强度等优异的综合力学性能,其拉伸强度可超过30MPa,伸长率可达1000%,撕裂强度达100N/mm。聚脲的耐介质性能十分突出,可耐酸、碱、盐、海水、氯离子等大部分腐蚀介质的长期浸泡。具有良好的热稳定性,可在120℃下长期使用,可承受200℃的短时热冲击。耐候性好、耐老化性好。芳香族聚脲在紫外线下虽然有泛黄现象,但无粉化、开裂,可以长期使用,耐冻融、耐冷热冲击及风雨霜雪的交变冲击。涂层具有优良的耐水渗透性,整体无缝、致密、粘接力强。100%固含量,属于无溶剂环保体系。
(2)施工便捷 施工时受环境温度、湿度的影响相对较小,对水分、湿气的容忍度较强。快速固化,可在任意曲面、斜面及垂直面上喷涂成型,不产生流挂现象。可10s凝胶,2h投入使用。使用成套设备,施工方便,效率极高;一次施工即可达到设计厚度要求,克服了传统多层施工的弊病。
(3)应用领域广 聚脲弹性体的拉伸强度、撕裂强度、冲击强度、粘接力、延伸率等物化性能优良,耐磨性、耐刺穿、耐碾压、防湿滑等特点显著,并且有优异的耐混凝土开裂性和防腐功能。聚脲可耐大部分腐蚀介质的长期浸泡,已成为石油、天然气、石化、海洋石油、高速铁路、水利工程、污水处理等众多领域新一代防腐、防水、耐磨的新型材料。目前,中国已经应用喷涂聚脲技术的重要工程有京津高速铁路、国家奥运场馆、上海世博会场馆、上海外滩交通通道等大型基础设施建设,正在建设中的京沪、京石高铁全线路轨混凝土防护也正在应用这项先进技术。在防腐蚀和环境保护方面,聚脲弹性体已显示出无可比拟的技术和市场优势,并受到日益广泛的关注。聚脲技术作为防护技术,主要用于防水、建筑修缮、地坪、混凝土看台、运动场地防滑地面、管道防腐(取代现有常用熔接环氧粉末FBE和三层聚乙烯3PE用于管道的腐蚀)、耐磨耐冲刷、表面装饰等几个领域。
(4)防腐领域的应用 目前聚脲相对成熟的防腐领域的应用主要集中在:化工钢质储罐防腐、化工储罐围堰防腐、化工管道防腐、除盐水箱防腐几个方向。附着力是目前聚脲在防腐领域得不到大量应用的主要原因,保证聚脲的足够附着力的前提是基材处理要求务必到位,并且采用环氧树脂类底漆,且底漆质量和施工都得到保障,只有这些前提得到保障时,聚脲材料的附着力才可以达到要求,否则很容空鼓大面积脱壳;耐低温及温交变性能优异,但前提也是附着力没有问题,没有出现鼓起脱壳的前提下,由于常温或者低温下聚脲弹性体材料具有足够的软性,确实在常温或者中低温情况(一般45℃以下,也就是户外环境或者室内常温环境),聚脲弹性体具有良好的耐温交变性能;
(5)聚脲施工中常见问题及解决方案 聚脲的最大特点是多项力学性能兼优、超强的稳定性和耐久性,同时具优良的耐渗性和一定的耐腐蚀性,作为一种特殊的涂膜材料聚脲有着广阔的应用前景。目前在国内,聚脲已在建筑防水、城市供排水、交通运输、化工、海岸工程及矿产等行业中,尤其在混凝土沟池、地坪以及其他需现场制作安装的设备方面,获得了日益广泛的应用。但值得注意的是,随着聚脲应用不断扩大,问题工程也越来越多。聚脲工程的质量事故频发,既损害了用户利益,甚至使一些用户对聚脲产生怀疑,也对聚脲市场的健康发展带来消极影响。以下就影响工程质量的一些重要因素进行分析和探讨,以期引起业界的关注并通过各方共同努力加以改善。
到目前为止,聚脲在防水领域有许多成功的应用案例,但在防腐领域,尤其是重防腐领域,聚脲还没有太多的成功案例,最多只有零星的聚脲防腐地坪、聚脲污水池槽衬里的表现。且聚脲与底材的粘结性能(基材处理以及底漆要求非常高)至今为止并未解决,因此建议在使用聚脲重防腐时,务必谨慎。
实践中,SPUA喷涂聚脲弹性体材料防腐层出现大面积起泡、空鼓,严重的大面积起皮、脱落,造成严重的防腐工程质量问题。不管聚脲是否耐腐蚀,产生大面积空鼓、起皮、脱落这样的问题,则就是“皮之不存毛将焉附”!这样的失败案例比比皆是!
对于SPUA材料的起皮脱落现象,究其根本原因主要有两个方面:
(1)对基材处理以及底漆封闭作用的重要性认识不足。基材处理质量将直接影响到混凝土结构上喷涂聚脲弹性体材料的工程质量。对混凝土材料的基材处理应遵循“广义基材处理”的要求,详细请见本书其他相关章节的介绍。底漆是重要的配套材料,底漆一般为混凝土封闭底漆,用于提高聚脲层和基材的粘结强度。聚脲材料喷涂之后迅速固化,在涂覆好底漆的混凝土基材表面来不及湿润与铺展,或者湿润的时间极短,混凝土中的水分就会沿着毛细管、微空隙和表面裂纹上升到混凝土基材界面,如果底漆封闭效果不够(比如底漆中挥发性溶剂加入过多,或者底漆涂布不均等原因造成底漆针孔过多,封闭效果不够),就会严重影响到聚脲层和底漆层之间的粘结,造成聚脲材料起泡、脱落,继而大面积空鼓、起皮。
(2)对施工方没有进行供方评价,产品质量及施工工艺没得到保证。“三分材料七分施工”就说明了施工的重要性。不仅仅是喷涂SPUA材料这一环节,还有对细节的处理,包括沟、槽、根、孔、缝、角、边、裙座等部位都是容易引起结构变形、干缩变形、温差变形的薄弱环节,需要进行重点处理。基材处理不当或者不充分也容易引起SPUA的脱落。
实践中,一旦出现脱落起鼓,都需要将已经喷涂的SPUA层铲除返工,重新进行基材处理和相应的规范的施工操作。返工的材料成本和施工费用都是非常巨大的,因此说聚脲应用于混凝土基材防腐,务必认真谨慎对待。
误导之一是“喷涂聚脲的快速反应成膜,不受施工环境影响,可以在潮湿表面或低温等气候环境下施工”。聚脲异氰酸酯组分和氨基组分的反应速率非常快,因此,相比聚氨酯体系,其受环境温度和湿度的影响较小,但并不能说喷涂聚脲的施工条件就不受限制。一方面聚脲的反应过程是一个剧烈放热的过程,漆膜瞬间积聚的热可使潮湿基材的水分蒸汽化,从而使聚脲局部鼓泡翘起或大面积脱黏;另一方面,虽然聚脲设备可对材料进行加温加压喷涂,但喷涂出的漆料还必须要经过后期固化性能才能完全体现,外部环境温度越高,交联固化越充分,性能越好。在低温环境下,漆膜固化不充分,性能大打折扣,影响了实际使用。
误导之二是“喷涂聚脲快速反应成膜,与各种基材的附着力好”。多数情况下快速反应成膜对黏结力都有不良影响,聚脲的快速反应成膜仅有利于连续喷涂、提高工效,但就黏结力而言,不仅不是施工的便利条件,恰恰是施工中要加以注意的不利因素。这从粘接理论分析就不难理解,快速成膜因不能保证足够的浸润角而不利于粘接,为此在涂装工程中应根据底材情况施工配套底漆确保涂层的粘接力。
高强度和极好的柔韧性虽然是聚脲涂层的优良特性,但一旦产生气泡或脱落等局部缺陷,则正因该优良特性而使这些缺陷更容易扩大,因此与一般涂层比较,聚脲的局部缺陷对整个工程质量影响更大,这是聚脲工程质量问题的一大特点。
a)鼓泡 这是施工中最常见的问题之一。起泡现象可能在施工后很快出现,也可能在4h~24h内出现;可能发生在第一道聚脲涂层,也可能在原先没有鼓泡的已施工聚脲的涂层上施工时,发生在下一道涂层上。原因一般由以下或几种:喷涂体系的配方设计、体系的反应活性;施工设备方面操作不当造成A、B料比例失调;底材未作处理或预处理不当或不充分;在未固化的底漆表面施工等。预防和解决方法除了选择正规的聚脲产品、喷涂前检查喷涂设备的状况,还要做好以下步骤:①要涂装专用的底漆,封闭毛细孔;②使底材充分干燥,可用火烤,消除底材毛细孔中的水汽。
b)脱落 作为防水、防腐、耐磨等保护性涂层(或衬层),工程质量主要取决于两个方面:一是涂料自身是否正常固化(或干燥)成膜;二是涂层(或衬层)能否牢固地与基层黏合。而在大部分工程中,影响工程质量的主要原因是后者,即与基层的粘接力不好,局部鼓泡壳起或大面积脱落等。而脱落是施工中最严重的问题,严重时整体如卷材般被揭下来的情况在施工中也时有出现,这不仅是对人力、物力、财力的浪费,也是对聚脲推广应用的巨大打击。前面提到聚脲反应很快造成它本身与基材粘接力不够,所以一定要施工配套底漆。目前市场上对配套底漆性能的评价指标在粘接力方面只有粘接强度这一项。在实际应用中,只以粘接强度来判断底漆与聚脲的层间粘接力是远远不够的,聚脲集高强度及极好的柔韧性于一身,更容易被剥离。所以说一种合格的底漆还需要与聚脲层间有良好的剥离强度。
c)针孔 针孔也是喷涂聚脲施工中最常见的缺陷,空气或潮气被封闭在所要施工的混凝土底材上,施工后,反应热导致潮气或空气膨胀,在快速固化的涂层下面形成一定压力。如果在涂层固化之前,气体顶破涂层泄漏出来,就会在涂层上形成很多小针孔。并且,当在一个已有针孔的表面施工聚脲涂层时,可能会出现更大的针孔,喷涂得越多,针孔越大。预防针孔的方法同预防鼓泡的方法一样,也包括涂装专用底漆,使底材充分干燥,并且喷涂时分多次尽量薄而快地喷涂,以减少放热,减少气体的膨胀程度。修补针孔可用修补料,也可以将聚脲喷到附近的纸板上,快速地用手将未固化的聚脲料填补到针孔上。
d)空缺 新旧混凝土底材上有许多的缺陷孔,如果直接在缺陷孔上喷涂聚脲,聚脲快速反应没有足够的流平时间,因此涂层不会将底材全部覆盖,涂层会出现空白点,不能形成连续的膜,这些地方将成为涂层中最薄弱的地方,是涂层破坏的起点。要处理缺陷孔,最好先在底材表面施工一道底漆后采用修补腻子进行修补。缺陷孔少可点补,缺陷孔较多的表面,就需要用修补腻子进行满刮。
e)分层 如果由于厚度不够要对已施工涂层的表面再进行喷涂,或因为天气原因,间隔一段时间后再在已施工的涂层表面进行聚脲的喷涂,则极易在聚脲的层与层之间出现分层。这是因为聚脲反应快,而且自身内聚能很大,间隔时间过长,则后一道聚脲涂层和前一道涂层几乎成为独立的两层而没有粘接。要避免这种现象,两道聚脲涂层的喷涂间隔时间不超过2h,如果超过,一定要在原来的涂层表面涂刷层间粘接剂后,在适宜的时间里喷涂下一道聚脲。
喷涂聚脲弹性体性防腐更详细介绍请参见第陆卷之《第8章 硅橡胶、改性沥青、弹性体衬里防腐》的阐述。
以上
欧阳13918593706,13386252202
2022年12月23日 AM9:00
于 上海 松江 Office