建筑防水工程用聚脲与聚氨酯涂料有何异同？

作者：山东九旭发布时间：2020-05-09

　　聚氨酯（PU）作为一种高分子材料，用途很广，如粘合剂、密封胶、涂料、保温材料、填充材料、发泡材料、工程塑料、橡胶制品、纤维等等，建筑防水行业应用的多的聚氨酯材料是聚氨酯防水涂料。近几年出现了聚脲（PUA）防水涂料，逐步为人们所熟悉。聚脲防水涂料与聚氨酯防水涂料有何相似点，又有何相异点，则是本文要着重介绍的。1聚氨酯与聚脲分子结构上的异同点

　　聚氨酯是由含端异氰酸酯（—NCO）化合物与含多羟基化合物经过化学反应，形成具有氨酯键（—NHCOO—，又称氨基甲酸酯）的高分子材料。

　　—NCO＋HO—→—NHCOO—

上图：双组份喷涂聚脲

　　该反应需要一定的温度，并且需要催化剂。其所形成的高分子材料固化成膜后，高分子链上含有多种化学键，如：碳碳键（—C—C—）、醚键（—O—）、酯键（—COO—）、氨酯键（—NHCOO—），也含有少量脲键（—NHCONH—）等。

　　聚脲是含端多异氰酸酯（—NCO）与端多元胺（包括树脂和扩链剂）反应所形成的具有脲键（—NHCONH—）的高分子材料。

　　—NCO＋NH2—→—NHCONH—

　　它无需催化剂，也不须加热即可迅速反应。喷涂聚脲（SPUA）需加热，以调节粘度，便于均匀喷出成膜。其固化后高分子链中含有碳碳键（—C—C—）、醚键（—O—）、脲键（—NHCONH—）、酯键（—COO—）、氨酯键（—NHCOO—）等。

　　1.1相同点

　　1）聚氨酯固化成膜后和聚脲固化成膜后，分子链中所含的化学键种类是相同的或相似的。

　　2）无论是聚氨酯还是聚脲，必须先制成含端基为异氰酸酯的预聚体或半预聚体或齐聚物。也有人将聚脲称为一种特殊的聚氨酯或高力学性能的聚氨酯。

　　1.2不同点

　　1）尽管聚氨酯和聚脲固化成膜后，所含化学键的种类相同或相似，但聚氨酯橡胶膜中对其物理性能起关键作用的官能团为氨酯键，而聚脲固化后对其性能起关键作用的官能团为脲键。在聚氨酯和聚脲中都会有氨酯键和脲键，但由于在聚氨酯固化后的橡胶膜中，氨酯键数量大大超过脲键，其性能主要由氨酯键所决定；而聚脲固化后的橡胶膜中脲键的数量超过氨酯键数量，其性能主要由脲键所决定。

　　2）脲键强度大大超过氨酯键强度，并且脲键很稳定。

　　3）对于市场上常见的喷涂聚氨酯（脲）或称杂合聚脲（hybride），在双组分中除采用氨基聚醚以及端氨基扩链剂外，还有羟基类物质（如聚醚、聚酯等）以及催化剂。杂合聚脲中氨类物质的量在交联固化剂中应在20％～80％，如果低于20％则称为聚氨酯。

　　4）单组分聚氨酯固化过程中，1个水分子消耗2个NCO，产生1个脲键，分子结构中氨酯键的数量仍大大超过脲键数量，其力学性能远低于单、双组分聚脲（包括杂合聚脲）。即使加入潜伏性固化剂，其氨酯键仍然大于脲键数量。常见的潜伏性固化剂为羟基和氨基同时封端化合物，解封后，与NCO（异氰酸酯）反应形成氨酯键和脲键。潜伏性固化剂只不过抑制CO2气泡的数量，抑制肉眼可见泡孔的产生。相当部分的NCO还是靠水分子反应形成脲键，只不过所产生CO2的速度和数量大大减少，不形成气孔。交联点有脲键，也有氨酯键。

　　5）市场上常见的双组分刮涂聚脲实质上为聚氨酯（脲）即杂合聚脲。甚至，一些所谓的双组分刮涂聚脲其氨类固化剂低于20％，实际为聚氨酯。

　　6）对于双组分聚氨酯，B组分中如果不加入任何端氨基物质，而只有多元醇类物质，两者混合后，固化后的橡胶膜中主要含氨酯键，但仍然含有这少量脲键。因为当有催化剂存在时水分与羟基存在竞争反应，水分消耗NCO后，形成这少量脲键。

　　7）单组分聚脲必须对端氨基物质（包括扩链剂、树脂）进行封端，并且封端要完全，更不能加入含有羟基的物质，也不能加入封端的羟基物质。否则，在同一系统中很快凝胶。

　　8）双组分喷涂聚脲（SPUA），A组分为含有NCO的齐聚物或半预聚体，R组分（B组分）为含氨类物质（树脂、扩链剂）的混合物，不能加入羟基物质和催化剂。这是聚脲发展协会（PDA）的新定义。传统定义是R组分（B组分）中氨类物质的量要超过80％，允许有低于20％的羟基类化合物（聚醚、聚酯）存在。

　　2单双组分聚氨酯、聚脲的固化机理与物理性能

　　2.1固化过程

　　固化过程就是交联反应过程，对于双组分聚氨酯：

　　NCO?NCO＋HO?OH→—NHCOO?NHCOO—

　　单组分聚氨酯：

　　—NCO＋H2O→—NH2＋CO2↑

　　—NH2＋NCO—→—NHCONH—

　　对于双组分喷涂聚脲：