自从在20世纪80年代中期被Texaco化学公司的研讨人员开宣布来，喷涂聚脲涂料现已获得了涂料商场广泛的认可。与其它涂料代替技能(如环氧和丙烯酸)对比，喷涂聚脲具有得天独厚的优势，这是因为它具有极点条件下的运用功能。这些功能包含疾速固化和投入运用、低温固化(低于0℃)、对湿气不灵敏、低VOC含量和优良的物理和机械功能。这些特色和施工设备的改善一同推进聚脲变成有关范畴的抢先技能，如二次密封、防腐、防水膜和槽罐面料。
聚脲涂料化学可分为两个有些：(1)纯聚脲和(2)杂化聚脲，两者都是根据异氰酸酯固化的化学反响。纯聚脲涂料是异氰酸酯封端的预聚物和仅富含端胺基树脂与扩链剂的固化共混物间一步反响的成果。另一方面，杂化聚脲是由异氰酸酯封端的预聚物，与富含羟基和端胺基树脂和扩链剂的固化共混物反响得到的产物。尽管简直没有观察到纯聚脲和杂化聚脲的终究物理功能和机械功能有不一样，杂化聚脲中参加含羟基的树脂时需求参加催化剂以坚持与纯聚脲相同水平的反响活性。因为水和端羟基树脂与反响性异氰酸酯基团之间的竞赛性反响，杂化聚脲变得对湿气的灵敏，当有高含量的水分存在时会构成气泡。
而纯聚脲化学技术一向占有了喷涂聚脲的首要商场，倒是近来研发杂化聚脲喷涂涂料才变成新热点。配方规划师正利用杂化聚脲的功能优点来进步喷涂聚脲涂料的某些功能。这些性质包含机械功能、耐热性以及耐化学品性。而端胺基树脂，如聚醚胺的可用性在规划方面是有限制的，端羟基树脂(例如多元醇)有宽规模的可变性。这些多元醇可以在主链构造、相对分子质量和官能团方面有差异。利用这些特征可以开宣布高功能杂化聚脲涂层，其功能水平是运用典型的纯聚脲技能所不能到达的。例如，近来发布的文章说明晰经过在聚合物主链上参加聚酯多元醇可以进步聚脲的耐烃类溶剂功能2。经过在配方中引进聚酯多元醇，作者可以开宣布具有优良的耐二甲苯功能涂料，二甲苯是石油和天然气工业中常常碰到的一种腐蚀性化学品，聚脲可用于二次密封和容器面料。
咱们近来推出新型疏水性VORAPEL™多元醇3。运用这些多元醇现已配制成浇铸型聚氨酯弹性体，该弹性体体现出优良的抗湿气功能以及杰出的耐水溶性酸功能(如10%的盐酸和30%的硫酸)。因为水溶性酸在污水处理、化学处理、钢铁酸洗、石油和天然气收回等范畴中运用不断添加，咱们经过研发杂化聚脲喷涂涂料来扩展这些疏水性多元醇的效用。当涂覆到钢筋混凝土上时，这种资料能供给机械功能杰出的涂层，一起具有杰出的附着力和耐高浓度酸的功能。
实验
在装有温度计、顶部拌和器、用于氮气接连活动的氮气入口和出口的15升玻璃反响器中组成预聚物。在榜首过程中，将多元醇参加到该反响器中，一起参加几滴苯甲酰氯，将其加热到温度50℃。一旦多元醇到达平衡，在1小时内将液体亚甲基二苯基异氰酸酯(MDI)分红两有些参加到该反响器中。在添加每一等份的异氰酸酯后，应细心监测反响器的温度，以保证温度不会因为多元醇与异氰酸酯之间的放热反响而上升。在参加最终一有些的异氰酸酯后，将反响器加热至70℃，并在该温度下坚持3小时。然后将反响器冷却至50℃以避免热灼伤，将预聚物包装至洁净、枯燥的金属罐中贮存。经过这种办法制备的预聚物具有高达六个月的保质期。
用于固化预聚物的树脂共混物是经过将质料直接添加到一个洁净、枯燥的金属罐内制备。尽管没有强行规定特定的添加次序，在这种情况下，质料的添加次序是依照配方中的质量浓度由最低至高而添加。其间若运用催化剂，催化剂应在剖析天平上细心称量，并在添加前事先用40～50克的树脂混合物稀释。该资料用高速拌和器以大概1000rpm的转速拌和混合后当即投入运用。
弹性体涂层用Isotherm PM或许其它适宜的多组分高压喷涂设备制备。将资料在2000psi的静态压力下分配，运用固瑞克Fusion清洁喷枪或ProblerAP-2聚脲喷涂枪喷涂。将样品喷涂到低外表能资料上，例如聚乙烯，涂层可以在喷涂后20～30分钟的时刻内剥离。用于附着力测验的样板是经过将涂料施涂到¼英寸厚的钢板上，钢板根据SSPC10规范喷砂处理至2～4毫米的粗糙度。在进行物理功能和耐化学性测验前，一切样板在室温下枯燥7天。
依照ASTM实验办法规范D2240测验硬度；依照ASTM实验办法规范D1708或D412来测验拉伸强度和开裂伸长率。依照ASTM实验办法规范D624测定撕裂强度(C模头)。经过将2×2英寸的试样(3毫米厚)
在水中浸渍2周来测定水解稳定性，测验温度95℃。浸泡后，将样品拍干，称重，在进行拉伸实验前将其贮存在塑料袋中以避免水分蒸发。依照ASTM实验办法规范D534-95测验耐化学介质性，将2×2英寸的试样浸渍在25℃下所需的介质中7-21天进行测验。然后将样品用水漂洗，拍干，在进行拉伸实验前将其贮存在塑料袋中。依照ASTM实验办法规范D4541进行拉开法附着力实验，选用自校准(IV型)气动附着力测验仪进行测验。关于浸渍过化学介质的样品，将试样在25℃下枯燥1周后将试柱粘接在涂层外表。
对根据疏水性VORAPEL多元醇的杂化喷涂聚脲涂层的物理功能和机械功能进行评价，并与那些纯聚脲涂层的功能进行对比。关于这项研讨中，选用两种办法来将VORAPEL多元醇引进配方中。在榜首办法中，将从VORAPEL得到的16%NCO的预聚物(预聚物2)与富含聚胺的规范聚脲树脂共混物固化。在第二种办法中，将相同的16%NCO封端的预聚物与也包含VORAPEL多元醇的树脂共混物固化。选用这两种办法得到的样品富含近25%(质量比)的VORAPEL(以下简称为VORASTAR™7000纯聚脲)和50%(质量比)的VORAPEL(以下简称为VORAPEL 7000杂化聚脲)。如表1所示，在NCO封端的预聚物中参加上述VORAPEL多元醇对预聚物的黏度简直没有影响。但是，当聚醚胺被替换为VORAPEL多元醇时发现树脂黏度明显降低。从有用观念来看，与纯聚脲系统对比较，较低的黏度更便于1∶1配方的准确混合，答应系统在较低温度下进行处理。能在较低温度下处理资料为喷涂施工设备供给了更大的灵活性，用给定温度下的黏度作为操控异氰酸酯和树脂配料泵之间压力差的办法。将压力差坚持<100psi保证了资料可以喷涂，并以所期望的1∶1的份额充沛混合。
一切弹性系统统的反响性高度依赖于树脂固化剂共混物的挑选。如图1所示，两种根据聚醚胺/DETDA树脂共混物系统的有用胶凝时刻均为3～5秒，表干时刻在7～10秒之间。在树脂共混物中富含VORAPEL多元醇的杂化配方，其凝胶时刻被延伸至7秒，表干时刻为20秒。出其不意的是，在配方中参加VORAPEL确实导致涂层的硬度适度添加。只富含VORAPEL多元醇的杂化聚脲得到的邵氏A硬度为90，而纯聚脲的邵氏A硬度只有85。通常来说，当在纯聚脲资料中运用含聚醚胺的树脂共混物时，能得到优良的机械功能如伸长率和撕裂强度。
在纯聚脲资料的应力——应变功能的差异也反映在它们的热流变曲线中，热流变曲线是从-100℃至200℃的温度规模内进行DMTA剖析得到。盯梢每个系统的tanδ和储能模量(G')，见图1。与杂化聚脲(25兆帕)对比，在室温下VORASTAR 7000纯聚脲资料具有高得多的储能模量(约80兆帕)。高储能模量的聚合物需求更大的力(应力)来拉伸资料(应变)，因而得到更大的极限抗拉强度和伸长率功能。另一方面，高硬度的聚合物，如VORAPEL杂化资料，需求更少的力来拉伸资料，关于像防水这样的用处，这是一种优选挑选。VORASTAR 7000杂化聚脲的高温稳定性也体现出适度改善。tanδ曲线标明，这两种纯聚脲资料能饱尝150℃左右的熔融改动，而杂化聚脲的熔融温度超越200℃。
为了评价多元醇VORAPEL改动弹性体样品的全体疏水性的才能，咱们开始的尽力会集在丈量水解稳定性。因为聚脲是已知的在正常环境条件下能体现出优良的水解稳定性，咱们挑选了更严厉的一组条件来测验咱们的资料。表2中的数据标明在95℃下的去离子水中浸渍14天后的质量和机械功能的改变。对样品鉴定浸渍后的抗拉强度、伸长率、硬度和质量的改变。与纯聚脲样品对比，一切含VORAPEL的资料有优良的水解老化功能。当将VORAPEL多元醇一起参加到预聚物和树脂组分中时，拉伸强度的丢失从57%降低到只有35%，观察到简直彻底伸长和硬度坚持。VORAPEL 7000杂化配方的改善的水解稳定性可能是因为浸渍后样品的质量添加明显较低的缘故。而纯的聚脲在水中吸收了其本身质量的约5%，而VORAPEL 7000杂化物只吸收<1%的水。经过最大极限地削减聚合物基质中水的吸收，水的增塑效果(硬度较低)和氨基甲酸酯/脲键的水解裂解(较低的拉伸强度)效果都降低。高温水解老化研讨成果显现出了喷涂聚脲的处理和聚脲的长时刻功能之间的微妙平衡。尽管这是现实，即杂化聚脲在固化过程中通常对大气湿度灵敏，大幅进步聚合物的总的水解功能可以经过细心挑选多元醇组分来完成；特别是在施工过程中可以操控环境条件的情况下，如湿度。
发现了聚脲涂料的很多工业用处，它们能维护钢和混凝土外表免受水溶性酸(如盐酸和硫酸)存鄙人的腐蚀效果。这些工业包含钢材加工、石油和天然气的出产、采矿和废水处理。尽管商场上有一些聚脲涂料可以耐受低浓度水溶性酸的效果，仍然需求一种能证实本身能在较长时刻的露出周期内耐受高浓度水溶性酸的聚脲涂料。这些类型用处中的抵抗力最佳定义成涂层能坚持其原有的刚性和柔韧性的才能，和其耐溶胀的才能(尺度和质量的添加)的组合。为了完成这一方针，咱们决议评价在这些用处中富含VORAPEL的聚脲涂料的功能。将聚脲涂料浸在28%的HCl和50%的H2SO4中的影响见表3。当在25℃下浸在28%的盐酸中7天后，两种纯的聚脲涂料拉伸强度的丢失接近90%，柔韧性降低50%。尽管在聚脲中参加VORAPEL(55%对85%)后发现质量添加有适度改善，但对机械功能的降低简直没有影响。当将疏水性多元醇VORAPEL一起参加到异氰酸酯和树脂共混物中时，涂层仍具有其原始拉伸强度的91%，质量添加降低至<2%。关于在50%H2SO4中浸泡7天的样品，也发现了涂层相似趋势。但是在这种情况下，只有VORASTAR混合系统挺过了露出实验。在露出时期后，样品保留了60%的拉伸功能，保留了大于90%的开始柔韧性，且只有23%的质量添加。外表显现出细微的变色和外表缺陷。两种纯聚脲样品显现出极点的溶胀，质量添加分别为135%和90%(根据VORAPEL)。外表变形程度十分严峻，以至于不能对物料进行机械功能的测验。
在研发一组特定的耐化学介质和溶剂的杂化涂料时，一个潜在的缺陷是样品越来越简单遭到其它种类化学介质的影响。例如，规划成耐水性的疏水性聚合物通常简单遭到来自非极性介质的腐蚀效果。为了了解根据VORAPEL系统的耐水性和非极性介质才能，咱们研讨了柴油对弹性体的机械功能的影响。如表4所示，与纯聚脲配方对比，在预聚物配方(VORASTAR 7000纯聚脲)中参加VORAPEL多元醇后发现简直没有不一样。拉伸和伸长功能的改变相似，只发如今质量添加百分数(9%对13%)上有小的不一样。当在聚合物(杂化聚脲)中参加更高含量的VORAPEL时，发现机械功能的降低和质量添加简直是以富含聚醚胺树脂作为固化剂的纯聚脲样品的两倍。令人惊讶的是，一切样品浸渍在柴油中后，外观方面没有改变，杂化聚脲资料坚持优良的附着力(表5)。
聚脲涂料可以常常因为涂层从基材脱离而失效。涂层剥离可能是冲击力的影响或化学介质对聚合物腐蚀的成果。优良的坚持原有机械功能的才能和低的质量添加是涂料的主要特征，即其可以附着在外表上，并在经过化学品露出后仍坚持杰出的粘附性是极为主要的。根据其在长时刻浸渍实验后令人形象深入的功能体现，VORASTAR杂化物需求进行进一步的附着力测验。彻底沉浸在28%的HCl和柴油中后涂层坚持原有附着力的才能可经过拉开法附着力进行测验。表5给出了对两个不一样涂层样品进行拉开法附着力测验的数据。在28%的盐酸中浸渍21天后观察到优良的附着力，附着力降低仅100～150磅。值得注意的是，这些测验能得到资料特定外表的内聚损坏。这可能标明任何由酸诱导的损坏只是发生在涂层的外表上，并因而使该有些变弱，对基材涂层界面简直无影响。对浸渍在柴油中的涂层的机械功能测验(表4)标明，VORASTAR杂化涂层比纯聚脲涂层稍微简单遭到影响。但是21天后的附着力实验标明，这些涂层坚持优良的附着力，即使是在露出后。这些样品保留了大于80%的开始附着力。
总归，根据疏水性VORAPEL多元醇的喷涂聚脲涂料为终端用户供给了典型喷涂聚脲涂料优良的物理和机械功能，一起耐湿气和耐水性浓酸的功能进步。尽管经过将多元醇VORAPEL参加到仅用异氰酸酯封端的预聚物中时发现功能有适度进步，别的将VVORAPEL多元醇参加到树脂固化剂共混物中能得到耐28%的盐酸和50%的H2SO4的涂层。VORAPEL 7000杂化聚脲涂料对钢具有优良的附着力，经过长时刻浸渍实验后仍坚持杰出的附着力。具有这样功能水平的喷涂聚脲涂料有广泛的用处，可用于储罐和容器内衬、管道内壁涂料，并作为混凝土防护涂层。