改性喷涂聚脲 弹性体技术进展
青岛佳联化工新材料有限公司 刘培礼 王宝柱 刘东晖 胡松霞
    由于特殊的固化特征和优异的材料性能，喷涂聚脲弹性体技术已成功应用于防腐、防水、耐磨等常规材料无法
胜任的领域。但是，喷涂聚脲弹性体在实际应用过程中也暴露出一系列的问题，如对底材的浸润性不好，在无底漆
的基材上附着力差；反应放热集中，热收缩率大，内应力大；保色性及耐紫外线性能较差；耐强酸、耐有机溶剂等
介质性能差等。因此其应用受到一定的限制，尚未获得大规模的应用。为了提高其综合性能并扩大其应用范围，可
以通过有机硅、环氧树脂、酚醛树脂及液态聚硫橡胶对聚脲进行改性，改性后材料的性能变化尤为突出，目前已成
为喷涂聚脲弹性体研究的热点。
    一、 环氧树脂改性聚脲
　　环氧树脂具有强度高、收缩小、耐化学介质性能好、附着力高等特点，但其固化产物变形能力差、脆性大。用
环氧树脂对聚脲进行改性，将胺基聚醚或胺类扩链剂等按设计的配比加入到环氧树脂中，65～100℃反应2h，生成
端胺基的环氧加成物（见图1）。端胺基的环氧加成物和异氰酸根反应，生成环氧改性聚脲。
　　在胺基聚醚或胺类扩链剂与环氧树脂反应过程中，生成部分与仲碳原子相连的羟基，这些羟基和环氧树脂分子
结构中所含的醚键都是强极性基团，这些强极性基团可使聚脲与基材表面产生很强的粘结力，因此可以大幅度地提
高聚脲对底材的附着力；且由于环氧树脂固化时产生的内应力小，固化收缩率低，改性后的聚脲与底材附着的耐久
性更佳。通过环氧改性的聚脲在混凝土上的附着力提高了1倍以上。因此，环氧树脂改性聚脲较好地结合了环氧树
脂特有的附着力优良、耐酸、耐碱、耐介质性能优异和聚脲材料的柔韧性、低温固化性能、无溶剂、施工速度快等
特点，相互弥补了不足，可以更好地应用于金属、钢铁、混凝土等底材的防护中。
    二、有机硅改性聚脲
　　将有机硅用于聚脲弹性体的改性可以克服原有聚脲材料的性能缺陷，是扩大其应用领域的一条重要途径。有机
硅改性喷涂聚脲弹性体的方法主要有两种：一是预聚法，该法是将聚硅氧烷二醇与半预聚体按一定比例混合，加热
到65～80℃保温2 h，得到含有硅烷骨架的异氰酸根封端的半预聚体；另一种是用环氧基硅烷改性端氨基聚醚或胺
类扩链剂，该法是将含环氧基硅烷与端氨基聚醚或胺类扩链剂等按一定比例混合，在50～100℃下反应2h，得到含
有硅烷骨架材料的端氨基聚醚或扩链剂。含环氧基硅烷的商业化产品为GE公司CoatOSil?誖2810和Wacker公司的
HP1000，其基本结构见图2。
　　由于硅烷极性低，降低了聚脲涂料的表面张力，提高了浸润程度，增加了涂膜对底材的附着力；同时，-SiO-
键具有很高的键能（106 kJ/mol），高温下分子的化学键不断裂、不分解，且聚合物分子链具有高度卷曲性，这决定
了聚合物无论化学性能还是物理机械性能，随温度的变化都很小，从而使得聚脲的耐介质性能、耐温性能及抗老化
性能得以明显的改善。因此有机硅改性聚脲是防腐发展的一个重要方向。Reactamine公司的有机硅改性聚脲，不但
其耐候性能可以和聚硅氧烷相媲美，而且可以在不同溶剂以及强酸、碱溶液中长期浸泡状态下应用，吸水率也由常
规聚脲的2.0%降低至0.1%。
    三、 酚醛树脂改性聚脲
　　酚醛改性喷涂聚脲弹性体一般以在碱性催化剂（一般选用NaOH）存在下，采用不同摩尔比的烷基苯酚和甲醛，
反应生成端羟基的甲基酚醛树脂（反应机理见图3）为原料，其方法主要有以下两种：一是将端羟基的酚醛树脂与
半预聚体按一定比例混合，加热到70～90℃保温2h，得到异氰酸根封端的半预聚体；二是将端羟基的酚醛树脂直接
加入到含氨基聚醚、胺类扩链剂的组份中，实际上是形成的聚氨酯/脲弹性体。
　　由于酚醛参与到聚脲反应过程中，酚醛苯环上的羟基被稳定的氨基甲酸酯基所取代，形成交联结构，提高了聚
合体的交联密度，且分子中引入刚性基团，分子间作用力增加，可以在不影响原有聚脲弹性体基本物理性能的前提
下大幅度地提高聚脲的耐酸、耐碱性能、耐化学介质性能等，特别适合应用于重防腐领域。
　　同样因为改性后，聚合体的交联密度增加，分子间网络结构缠结密度增加，引入更耐溶剂的刚性基团，从而使
得聚合体的耐溶剂性能更优异。
    四、 液态聚硫橡胶改性聚脲
　　液态聚硫橡胶的固化产物具有耐油、耐溶剂、耐酸、耐碱、耐海水腐蚀、耐紫外光和高能辐射等优良特性，并
且气密性、低温屈挠性优异，对金属和非金属材料有良好的粘接性采用液态聚硫橡胶改性喷涂聚脲弹性体，可以显
著提高聚脲的耐介质性能、降低其湿气透过率。
　　液体聚硫橡胶为端巯基液态齐聚物，商业化的端巯基的液态聚硫橡胶产品为Akzo Nobel 的THIOPLASTTMG4、G44、
G22等，Thiokol的LP-33、LP-35等。液态聚硫橡胶粘度较大，不适合于预聚物的合成。因此，聚硫改性喷涂聚脲
弹性体一般采用将端巯基的液态聚硫橡胶直接加入到含有胺基聚醚、胺类扩链剂的组分中，实际上是形成的聚氨酯
(脲)弹性体，其反应见图4。
　　通过液态聚硫化物改性聚脲可以大幅度地提高聚脲弹性体的耐水性、耐油性能以及耐溶剂性能。利用巯基与异
氰酸酯反应的聚硫改性聚脲，既保持了聚硫橡胶的优异耐油性、耐紫外线、耐老化性能以及较好的耐水性能，又结
合了聚脲的特性。此外，改性后聚合体中引入了聚硫橡胶的饱和分子链结构及硫原子，同时存在聚脲的脲基甲酸酯
结构，起到了物理和化学交联作用，此微观两相结构有效提高了聚脲的物理机械性能，从而降低了聚脲的湿气透过
率，其耐化学介质性能更优异。
    五、 其他改性方法
　　除以上几种改性聚脲以外，目前还开发出氟改性聚脲以及端羟基聚丁二烯改性聚脲等。含氟化合物具有极佳的
防涂鸦、抗油污、疏水性、耐介质、自清洁性能，并可显著减少制品的摩擦系数及降低表面能等，含氟氨基聚醚或
含氟扩链剂用于喷涂聚脲弹性体，使聚脲的侧链上含有氟原子，而氟碳原子可以很好的迁移到聚脲的表面，使聚合
物表面的氟原子密度增加，从而改性聚脲兼具氟化物和聚脲的双重性能。基于端羟基聚丁二烯合成预聚物，提供聚
脲的耐溶剂性能。
　　通过各种材料如环氧树脂、有机硅、酚醛树脂、聚硫橡胶等对喷涂聚脲弹性体的改性，结合了各种材料的优点，
可以显著的改进聚脲材料的某方面的性能（如附着力、耐化学介质性、耐强酸/碱等性能）， 突破了单一材料的局限
性，提高了聚脲的综合性能并扩大其应用范围，促进了聚脲的发展。