聚脲防腐涂料概述

    钢结构的腐蚀问题遍及各行各业，大量的钢结构、管道、构件因腐蚀造成破坏的损失相当严重。许多国家的调查表明，金属腐蚀造成的经济损失高达国民经济生产总值的3％～4％，腐蚀造成的间接损失更加难以估计。
    能在严酷的腐蚀环境下应用并具有长效使用寿命的涂料称为重防腐涂料。一传统的重防腐涂料有环氧树脂、氯化聚烯烃、聚氨酯树脂、氟碳树脂涂料和丙烯酸树脂涂料等几大品种，在实际应用中取得了较好的效果，但这些涂料体系都存在以下缺点：(1)硬度有余而韧性不足，在热应力或冲击作用下极易开裂，过早地开裂可能导致对底材的腐蚀，修补及保养费用增加。(2)体系含有有机溶剂，对人体有害、污染环境，溶剂挥发产生的针孔会造成腐蚀介质的渗入。(3)必须采用多道施工，施工周期长，效率低。
    喷涂聚脲弹性体技术(以下简称SPUA)的出现为防腐领域提供了一种全新的材料和施工技术，在工程应用中显示出无可比拟的优越性。SPUA有效地解决了上述难题，在钢质储罐内、外壁防腐工程中应用，具有以下突出特点：(1)固化快，立面连续喷涂不流淌。(2)100％固含量，符合环保要求，尤其适合储罐内壁的施工。(3)涂层致密、无接缝，耐介质性能十分突出，可耐受水、酸、碱、盐、油等介质的侵蚀，用途广泛。(4)附着力好，长期使用不起泡、不脱落、不空鼓。(5)耐紫外光老化，在户外长期使用不粉化、不开裂。(6)相对于聚氨酯树脂，聚脲对水分、湿气不敏感，施工时不受环境温度、湿度的影响。(7)使用温度范围宽，可在-50～150℃下长期使用。(8)一次施工即达到厚度要求，克服以往多层施工的缺点。
    1 聚脲的概述
    1．1聚脲的定义及组成
    聚脲是由异氰酸酯组分(简称A组分)与氨基化合物组分(简称R组分)反应生成的一种弹性体物质。其中A组分中的异氰酸酯既可以是芳香族的(例如PAPI、LMDI、C—MDI)，也可以是脂肪族的(例如HDI、IPDI、XDI、H6XDI、H12MDI、TMXDI)。
    A组分可以是异氰酸酯的聚合体、衍生物、预聚物或半预聚物，预聚物和半预聚物由端氨基或者端羟基化合物与异氰酸酯反应制得，通常采用的是半预聚体。在合成半预聚体的过程中，有以下几种反应并存：(1)芳香族异氰酸酯同端羟基聚醚的反应；(2)脂肪族异氰酸酯与端氨基聚醚的反应；(3)异氰酸酯同端氨基(或羟基)聚醚等原料中微量水分的反应；(4)异氰酸酯的自聚反应
    R组分由端氨基树脂和端氨基扩链剂组成；R组分中不得含有任何羟基成分和催化剂，但可含有便于颜料分散的助剂。常用的端氨基聚醚为Hunstman公司的Jefamine系列聚醚，规格见表1。
                
                                    表 1 Jeffamine 氨基聚醚的规格
    1．2聚脲的发展史
    现今聚脲的发展历程已经历了3代，具体情况可见表2。
                 
                                     表 2 聚脲发展历程
    2 聚脲在防腐领域的应用
    2．1 聚脲的耐溶剂性能
    SPUA材料致密、连续、无接缝，其在干燥、固化过程中，完全依靠化学反应，而不会象以往油漆的干燥过程中，需要向空气中挥发有机溶剂或者水分。因此就不会有针孔、气泡、缩孔等缺陷产生，也就杜绝了外界腐蚀介质入侵的途径，所以防腐性能十分突出。同时，由于其优异的柔韧性，完全能够抵御昼夜、四季环境温度变化带来的热胀冷缩，不会产生开裂和脱落现象，使得SPUA材料表现出十分优异的耐化学介质性能(见表3)，在材料保护领域具有广阔的应用前景。
            
                                    表 3 SPUA 材料的耐介质性能
    聚脲的防水和耐介质性能与配方中硬链段的含量以及交联密度有关，提高材料的硬链段含量可有效地提高其防水和耐介质性能。另外，提高材料的交联密度也有利于提高其防水和耐介质性能，在R料中采用不同比例的三官能度和二官能度的端氨基聚醚也能调节它的耐介质性能。
    因此，合理的配方设计能够获得耐水、耐介质和耐油的高性能聚脲材料。
    2．2 聚脲在防腐领域的具体应用
    2．2．1化工储罐
    聚脲在钢质储罐内、外壁防腐工程中应用，具有以下突出特点：(1)固化快，立面连续喷涂不流淌。(2)100％固含量，符合环保要求，尤其适合储罐内壁的施工。(3)耐介质性能十分突出，可耐受水、酸、碱、盐、油等介质的侵蚀，用途广泛。(4)附着力好，长期使用不起泡、不脱落、不空鼓。(5)耐紫外光老化，在户外长期使用不粉化、不开裂。以下以青岛碱业股份有限公司为例说明聚脲的应用情况。
    青岛碱业股份有限公司是原化工部的纯碱生产企业，年产量60万t。在生产过程中，需要处理大量的氨水、碱水和饱和食盐水，腐蚀介质多、浓度大，环境十分恶劣，钢质储罐的防护一直是困扰该公司的一大难题。该公司也曾采用了很多防腐技术和材料，如氯磺化聚乙烯、高氯化聚乙烯、环氧鳞片涂料等，都没有收到理想的效果。许多钢质储罐少则几周多则几个月就出现严重腐蚀。
    聚脲的防水和耐介质性能与配方中硬链段的含量以及交联密度有关，提高材料的硬链段含量可有效地提高其防水和耐介质性能。另外，提高材料的交联密度也有利于提高其防水和耐介质性能，在R料中采用不同比例的三官能度和二官能度的端氨基聚醚也能调节它的耐介质性能。
    因此，合理的配方设计能够获得耐水、耐介质和耐油的高性能聚脲材料。
    2．2 聚脲在防腐领域的具体应用
    2．2．1化工储罐
    聚脲在钢质储罐内、外壁防腐工程中应用，具有以下突出特点：(1)固化快，立面连续喷涂不流淌。(2)100％固含量，符合环保要求，尤其适合储罐内壁的施工。(3)耐介质性能十分突出，可耐受水、酸、碱、盐、油等介质的侵蚀，用途广泛。(4)附着力好，长期使用不起泡、不脱落、不空鼓。(5)耐紫外光老化，在户外长期使用不粉化、不开裂。以下以青岛碱业股份有限公司为例说明聚脲的应用情况。
    青岛碱业股份有限公司是原化工部的纯碱生产企业，年产量60万t。在生产过程中，需要处理大量的氨水、碱水和饱和食盐水，腐蚀介质多、浓度大，环境十分恶劣，钢质储罐的防护一直是困扰该公司的一大难题。该公司也曾采用了很多防腐技术和材料，如氯磺化聚乙烯、高氯化聚乙烯、环氧鳞片涂料等，都没有收到理想的效果。许多钢质储罐少则几周多则几个月就出现严重腐蚀。
    在使用聚脲防腐涂料仅3个月后，聚脲优异的防腐蚀效果便显现出来。随后，碱业公司陆续将聚脲材料在三十多个盐水罐、重碱罐、液氨罐、澄清罐、炭化塔、除钙塔上应用，累计涂装面积超过300000m。其中最早的储罐时间已超过3年，聚脲涂层仍完好无损，防腐蚀效果十分显著。因此对于纯碱生产行业来说，聚脲是一种值得推广应用的新型防腐技术和材料。
    2．2．2管道防腐
    3PE结构防腐层是目前欧洲埋地管道外防腐的首选体系，它结合了高密度聚乙烯包覆和熔结环氧粉末的优点。该体系环氧粉末与钢管表面结合牢固，利用高密度聚乙烯耐机械损伤，两层之间特殊的胶层使三者形成分子键结合的复合结构，从而实现了防腐性能、力学性能的良好结合。
    聚脲是比3PE结构防腐层和双层融熔粘结环氧粉末更先进的施工技术，它打破了传统防腐涂层需要加热和缠绕带来的缺陷，一次喷涂厚度可达1～2mm，使涂覆工艺大大简化。聚脲技术集优异的物理性能、防腐性能和施工性能于一体。
    国内很多管道新建或修复工程中都使用了聚脲。据不完全统计，至2004年初国内使用聚脲作为防腐层的管道累计超过160000m，其中包括山东管道煤气公司的煤气管道、山东成山公司的原油管道、大庆油田的原油管道、新兴铸管公司的供水管道、江苏大学热网工程、杭州热集团热网工程等等。