国内聚氨酯防水涂料技术的发展及其应用.doc

国内聚氨酯防水涂料技术的发展及应用杜辉、郑广朋、王琳琳、郭东雷、王振波、董建国（上海东大化学有限公司）摘要：本文针对国内聚氨酯防水涂料产品的发展和分类进行阐述，详细介绍了双组份聚氨酯防水涂料和单组份聚氨酯防水涂料产品的特点。同时，对其在民用建筑、地铁隧道、铁路桥梁、水利水电工程、及其它特殊领域的应用情况进行说明。1 前言我国现代防水材料在新中国成立后得到快速的发展，最初的防水技术主要采用焦油沥青和石油沥青纸胎油毡。随着我国石油工业的快速发展，到了20世纪70年代，全国油毡产量已达1000万卷（2亿平方米）。聚氨酯防水涂料最早出现在20世纪60年代的欧美等国，直到70年代我国才开始进行这一方面的研究。其以聚氨酯树脂为主要原材料，它的出现弥补了沥青防水涂料和防水卷材的不足。由于聚氨酯涂料涂膜延伸性好、抗拉强度高、粘结性好、体积收缩小、防水无接缝、对基层裂缝变形适应性强、施工维修方便等特点，使得其在民用建筑、地铁隧道、铁路桥梁、水利水电工程等领域的发展非常迅速。2 聚氨酯防水涂料的发展自70年代末期江苏化工研究所成功研发出彩色聚氨酯防水涂料，国内聚氨酯防水涂料研究已经走过了30多年。自20世纪80年代焦油型聚氨酯防水涂料出现，以851为代表的双组份焦油型聚氨酯防水涂料一直占据市场主导，该产品使用焦油部分替代聚醚多元醇降低成本。焦油型聚氨酯防水涂料本身使用有害物质做为原材料，使得该类型产品终将面临被淘汰的命运。随着国内最新防水涂料标准的出台，聚氨酯防水涂料研究正逐步向着高性能、绿色环保的方向发展，行业竞争也愈发趋于规范化。但是，目前国内聚氨酯防水涂料市场存在着大量以假乱真、以次充好的产品，这些聚氨酯防水涂料产品含有大量的有机挥发物，施工过程中排向大气，造成大气污染。同时施工人员在施工过程中不可避免地会吸入部分有机挥发物。挥发物不仅腐蚀皮肤，而且对呼吸系统、神经系统、造血器官造成影响，可以引起头疼、胸闷、恶心、乏力、呕吐等症状。全球因为使用有毒化学溶剂的涂料造成环境破坏和人体伤害而带来的经济损失非常大，中国也曾经出过几次死亡事故。另外由于技术、施工、市场竞争等各方面原因，现在市场上的聚氨酯防水涂料产品性能相对较差。同时，拉伸强度低、延伸率小、耐候性较差、使用寿命短。随着人们环保意识的提高，随着国家对聚氨酯防水涂料市场监管力度的加强，开发生产对环境友好、各项性能真正达到国家标准、对基层伸缩或开裂适应性强的聚氨酯防水涂料已成为行业发展的必然趋势。在这种条件下，单组份聚氨酯防水涂料正是适应了行业发展的必然而出现的，单组份聚氨酯涂料施工更方便，对混合无要求，操作也更加简单，技术门槛相对双组份也较高。单组份聚氨酯防水涂料以-NCO为端基的预聚体通过与空气中的湿气反应而固化成膜。利用其粘度适中的特点，因而可以不用稀释，其可以在90%以下湿度施工。环保型单组份聚氨酯防水涂料方便施工、无公害、有利环保、价格合理，使其逐渐成为聚氨酯防水涂料最有潜力的发展方向。3 聚氨酯防水涂料的分类根据聚氨酯防水涂料生产、使用工艺的不同，一般聚氨酯防水涂料可以简单分为双组份聚氨酯防水涂料和单组份聚氨酯防水涂料。双组份聚氨酯涂料在中国市场上出现的时间比较早，是目前占有率最高的涂料产品，也是聚氨酯防水涂料用量最大的一个品种。一般的双组份聚氨酯防水涂料，一个组份是聚氨酯预聚体，另一个组份是扩链剂或固化剂成分。预聚体的合成各个厂家区别比较小，根据不同的固化机理又可分为-NCO/OH固化、-NCO/H2O固化和-NCO/-NH2固化。单组份聚氨酯防水涂料是近几年来逐渐发展起来的，根据固化原理不同又可以分为湿固化、水固化、潜固化。单组份聚氨酯防水涂料的施工非常方便，尤其是湿固化和潜固化型，在施工时不需要与第二组份现场搅拌，避免了双组份产品搅拌时带来气泡、搅拌不均匀产生涂膜性能较差的缺点。同时，单组份聚氨酯防水涂料的技术和生产门槛较高，限制了一些不具备条件厂家的进入，一定程度上有利于单组份聚氨酯防水涂料行业的健康发展。此外，具备技术和生产条件的厂家相对拥有较大实力，且市场影响力较大，其在生产单组份聚氨酯防水涂料的时候，就不会选用苯、甲苯、乙苯、二甲苯、煤焦油、沥青等有毒有害物质，完全可以做到JC1066-2008的标准要求。4 聚氨酯防水涂料的应用在中国聚氨酯防水涂料发展的三十多年中，技术研发水平不断提高，行业也越来越规范，然而聚氨酯防水涂料仍然是聚氨酯应用领域中市场最不规范的行业之一。随着聚氨酯防水涂料国家行业标准的出台和政府相关部门监管力度的加强，聚氨酯防水涂料产品必将走向环保和高性能的发展路线，也必将越来越广泛的应用于各个领域。4.1 民用建筑领域的应用聚氨酯防水涂料在民用建筑领域有着非常广泛的应用，如卫生间、地下室、贮水池、游泳池、屋顶花园、屋顶养鱼池、建筑屋顶、地下车库及地下商场等建筑场所的防漏水。（图1和图2） 图1 建筑屋顶 图2 大型地下车库聚氨酯防水涂料产品最大的应用领域就是民用建筑，如万科地产、龙湖地产、华润置地等大型房产公司，其建筑防水项目所采用的防水材料，聚氨酯防水涂料占很大比重，其优势在于与基体无缝粘结、拉伸强度高、耐水性优良。随着中国城镇化建设的发展，人们对地下空间拓展力的不断加强，地下停车库、地下广场、地下商场、地下管网等地下建筑物越来越多，建筑物越深所采用的聚氨酯防水涂料品质要求也就越来越高，使用量正呈现逐年增长的趋势。4.2 在地铁隧道领域的应用聚氨酯防水涂料在地铁隧道领域的应用主要指北京地铁、上海地铁、南京地铁、广州地铁、苏州地铁等各重大城市地铁工程项目。由于地铁隧道线一般地势较低、且长期车载负荷和振动，容易出现裂缝漏水，所以在地铁隧道启用前，都会采用聚氨酯防水涂料对地下通道的基层、墙壁等领域进行保护，其防水工程成为该项目的重要组成部分。地铁隧道工程不同于其它地下工程，其选用的聚氨酯防水涂料不仅具有较好的抗拉强度高、延伸率大、抗基层变形能力强、耐高低温性、耐腐蚀、耐冻融和耐久性能优良，而且还需施工方便、对地下水及地下环境无污染。（图3和图4） 图3、上海地铁 图4、北京地铁4.3 在铁路桥梁领域的应用聚氨酯防水涂料在铁路桥梁领域的应用也比较多，主要用于高速客运专线的桥梁和电缆沟防水，如京沪高铁客运专线、京津城际高速客运专线、温福高速客运专线、福厦高速客运专线、秦皇岛唐山段磁悬浮列车客运专线等。 图5、京沪高铁 图6、铁路电缆沟高速铁路上行驶的火车时速都超过200公里/小时，而且大部分在300公里/小时以上，长期车载负荷和高频率振动就要求防水层的性能必须远高于普通建筑用聚氨酯防水涂料，如该领域使用的聚氨酯防水涂料要求拉伸强度要达到6MPa以上。为此相关部门专门制订了铁路桥用高强度聚氨酯防水涂料标准，其同GB/T192502003聚氨酯防水涂料技术标准相比，要求表干时间更短、拉伸强度更大、抗基层变形能力强、固体含量更高。 4.4 在水利水电工程领域的应用聚氨酯防水涂料在水利水电领域的应用，主要是指用于水库、输水隧道、水利枢纽工程、水利发电工程、城市用水工程、堤防工程等项目的防水、防渗层，避免水通过长时间冲击和渗透来侵蚀大坝和输水通道影响项目的正常运行。 图7 长江三峡大坝 图8 黄河小浪底枢纽 2011年中央的“一号文件”开启了水利行业发展的新篇章，未来10年，我国全社会的水利投资将达到4万亿元，这必将推动聚氨酯防水涂料产品在水利水电领域更快更好地发展，为水利水电工程项目保驾护航。（图7和图8）4.5