1　聚脲简介

聚脲是由异氰酸酯组分与氨基化合物组分反应获得的一种弹性体。由于聚脲的反应原理与聚氨酯类似，且应用形式和领域也基本一致，因此广义的聚氨酯往往将聚脲包含在内，统称为聚氨酯。从分子结构上，聚氨酯与聚脲也有相似之处，因为常用的双组分聚脲也往往利用羟基与异氰酸根的反应进行预聚改性，因此分子结构中含有氨酯基结构。一般来说，将由异氰酸根与氨基反应完成最终固化反应的材料称为聚脲材料，而最终固化反应是异氰酸根与羟基反应的材料称为聚氨酯材料。

聚脲的一大特点是其固化反应速度快，异氰酸酯同各种活泼氢化合物的相对反应速度如表1 所示。

其中脂肪族伯胺与脂肪族仲胺的反应速度远超其它活泼氢化合物，比异氰酸酯与水的反应要快出2~3个数量级。在实际应用中，快速反应喷涂聚脲的固化时间往往以秒为单位，使其施工效率极高，且受环境湿度影响较小，在潮湿环境下的施工( 如隧道、地下工程等) 更加具有优势，基本不会受到异氰酸酯与水反应生成二氧化碳的副反应影响而产生发泡现象。

喷涂聚脲涂料的发展是以其优越的性能为基础的。聚脲涂料力学性能优异，在耐磨性、耐冲击性、耐腐蚀性、耐介质性、热稳定性等方面均表现突出，使其在防腐蚀、防水、耐磨、阻尼、防护、抗震等领域都获得了应用，且聚脲涂料施工效率高，一次喷涂可达到毫米级，极大地节约了人工成本。此外，由于双组分聚脲涂料中不包含或仅含有少量溶剂，具有较好的环境友好性，是绿色涂料发展的一个重要方向。

喷涂聚脲的性能虽然广受好评，但其快速固化的特性也在一定程度上限制了其应用，早期使用的聚脲涂料凝胶时间仅有数秒到十数秒，与基材的润湿不充分，且所需的专门喷涂设备也较为复杂，价格高，稳定性不佳，需要认真维护。为了提高涂料的适用性，Bayer 公司推出了聚天门冬氨酸酯树脂作为氨基化合物组分，聚天门冬氨酸酯中的活泼氢基团为仲胺基，且由于临近基团的位阻作用进一步降低其反应活性，使聚天门冬氨酸酯聚脲的反应速度大幅下降。

2　聚脲涂料发展现状

喷涂聚脲涂料的快速固化是一柄双刃剑，优点与缺点同样鲜明。作为涂料的双组分之一，氨基组分的性能对涂层性能影响很大。由腰果壳油改性获得的酚醛胺类环氧固化剂具有即使在潮湿条件下也能快速、低温固化的优点，在环氧固化剂中得到了广泛的应用，并可以提供很好的附着力和防水性能。含硅氧烷的聚天门冬氨酸酯树脂，与HDI 三聚体进行预聚，获得了有机硅改性树脂，通过引入有机硅结构单元，使得树脂的性能兼具聚天门冬氨酸酯树脂和有机硅材料的特性，提高了漆膜的耐水性、耐腐蚀性，并对漆膜外观有所提高。

颜填料是涂料中的重要组成部分，将石墨烯添加在聚天门冬氨酸酯涂料配方中，通过测试拉拔附着力、耐盐雾性能及电化学交流阻抗，研究了石墨烯对聚天门冬氨酸酯涂层性能的影响。结果表明，添加质量分数1% 的石墨烯粉末，可改善聚天门冬氨酸酯底面合一涂层的附着力及盐雾性能，电化学阻抗值在30 d 内基本保持不变。

与传统涂层最多几百微米的厚度不同，喷涂聚脲厚度往往较大，对阻燃性能的研究也不容忽视。快速固化聚脲涂料主要应用于防腐、防水和耐磨领域，随着聚天门冬氨酸酯聚脲的发展，地坪、机械涂料等方面的应用也不断增加。

3．1　防护领域

聚脲材料的高强度特性使其在防护领域具有极高的应用潜力，喷涂聚脲弹性体在爆炸冲击载荷下不仅有突出的防护性能，还能够通过其高韧性减少爆炸碎片对人体的伤害，喷涂聚脲弹性体在结构背面加固时抗爆性能和吸能效率更加突出。

聚脲涂料在军事防护领域的应用是其非常重要的方向，也已经产生了一系列的产品并已经投入市场，但由于针对爆炸等威胁的防护材料工作状况极其复杂，运用实验手段进行测试不仅价格高昂，有能力开展相关测试的单位数量有限，且难以完全掌握材料在工作状态下的性能参数信息，而利用仿真手段进行数据处理，仍不能完全满足设计需要，从材料的设计和研发角度来说，聚脲涂料在军事防护方面的应用仍需要开展大量工作。

3．2　混凝土防护涂料

混凝土是一种应用广泛的建筑材料，在自然环境中，混凝土会遭遇表面风化、冻融破坏，不仅外观不甚美观，且介质渗入混凝土内部，还会使钢筋腐蚀，混凝土材料失效，导致安全隐患。混凝土表面喷涂聚脲材料，可以有效防止水分、盐分等的渗透，且可以耐光老化和高低温交变，是一种优良的混凝土防护涂料。聚脲防水涂料在隧道工程上应用很有意义，与聚脲材料快速固化、对湿度环境不敏感、无溶剂、物理性能优异、涂层致密连续、抗渗透性高的特点非常契合，特别适合于在放坡开挖的隧道或分离式侧墙的现浇混凝土箱形结构( 如大型箱涵涵管)、预制混凝土管节( 如沉管法隧道的管段) 的顶板侧墙，以及沉井井壁外防外喷涂层。且聚脲防水涂料用来对旧隧道进行维修也十分合适，可用于混凝土的内防水、防腐蚀涂层处理已弱化的老混凝土内面。

3．3　机械和汽车用涂料

汽车底盘喷涂了环氧富锌底漆配套聚脲面漆涂层，在耐盐雾和耐老化性能上达到了很高的标准，并对超导电防腐底漆／阴极电泳漆／聚脲面漆和阴极电泳漆／聚脲面漆的性能进行了测试，聚脲涂料的低温固化特性和优异的性能，非常匹配汽车底盘需要节能降耗和提高涂膜防护效果的要求。聚脲涂料作为底盘涂料、汽车中涂漆、汽车面漆的性能进行了检测，认为聚脲汽车涂料在综合施工性能、节能降耗、耐老化性方面完全能够满足汽车涂料实用要求。

3．4　防腐涂料

聚脲防腐涂料是聚脲材料的重要应用方向，主要是基于聚脲的高耐候性和高致密性，从树脂材料上分类，聚脲防腐涂料又可分为纯聚脲防腐涂料和聚天门冬氨酸酯聚脲防腐涂料，前者是基于SPUA 技术，涂装厚度大，受限于树脂和种类而仅添加少量或不添加固体颜填料，后者的涂料配方与施工工艺与传统聚氨酯涂料类似。应用情况，指出由于水利工程的特殊性，水工混凝土大坝长期处于含砂高速水流冲刷侵蚀、气温变化大、冻融频繁等恶劣环境下，其耐久性直接影响着水利工程的安全性和服役寿命。在混凝土表面涂覆防护涂层可有效阻止有害介质渗入混凝土毛细孔内部，从而达到提高混凝土耐久性的目的，被广泛应用于大坝表面的防护领域。

 3．5　防水涂料

聚脲材料耐水性好，涂层致密，具有作为防水涂料应用的潜力。一种无溶剂型聚天门冬氨酸酯聚脲防水涂料，该涂料由A，B 两个组分组成，A 组分为多异氰酸酯和封端异氰酸酯预聚体，B 组分为聚天门冬氨酸酯、聚合型改性聚天门冬氨酸酯、填料和少量助剂。该涂料凝胶时间长、拉伸强度大、断裂伸长率高，防水防腐性能优异且耐候性好，无溶剂、对环境友好。同时，该涂料可手工施工，不需要专门的大型喷涂设备，应用领域较广。海洋腐蚀环境下纯聚脲重防腐涂层耐久性研究，加速老化实验证明纯聚脲防腐涂层与基体结合力牢固，对外力产生的细小缝隙有自愈效果，防腐蚀效果优异，该涂层已成功应用于青岛海湾大桥承台、港珠澳大桥沉管隧道接缝等防护工程。SPUA 在海洋防腐中的应用潜力巨大，但也指出在后续研究中应更加关注聚脲涂料反应速度过快，耐高温耐腐蚀性与氟碳涂料存在差距等问题，并提出了喷涂聚脲的喷涂本身技术难度较大，对施工人员的素质、技术要求较高，是涂层性能不足的隐患之一。

喷涂聚脲弹性体成型于20 世纪80 年代，而聚天门冬氨酸酯聚脲的第一份涂料专利也是在20 年代90 年代初期公开，几十年间，聚脲涂料已经逐步覆盖了各种应用场景。聚脲涂料的优点与特点同样鲜明，高强度、高耐候、环保、高效的特点在涂料领域得到好评，而其施工工艺的复杂又限制了其推广，即使是固化速度相对较慢的聚天门冬氨酸酯聚脲体系，适用期也比传统涂料短很多，不能完全满足施工人员的要求。

一方面，对聚脲体系的研发仍应继续，特别是针对其适用期、附着力和外观方面的性能要求进行分子结构设计或加强相关助剂的开发，以及对其专门喷涂设备的性能改进；另一方面，要求某一种树脂体系拥有完美的性能不现实，应重视对聚脲涂料的应用研究，加强聚脲涂料在其适用领域的产品开发，进一步提升涂料产品的性能。只有双管齐下，聚脲涂料的市场才能够进一步发展壮大。