聚脲[niào]（Polyurea）是指由異氰[qíng]酸酯[zhǐ](含異氰酸根-N=C=O) 組分和含胺(組分含氨基NH2)生成的高分子化合物，其主鏈上含有重復(fù)的脲基 (-NH-CO-NH-) 鏈段。由于異氰酸酯和胺的反應(yīng)速率很快，數(shù)秒內(nèi)便可完成，所以難以控制其操作壽命和成膜反應(yīng)凝膠時(shí)間，因此很難應(yīng)用。至20世紀(jì)80年代，在反應(yīng)注射成型技術(shù)支持下，噴涂聚脲體涂料得以發(fā)展應(yīng)用。
聚脲用途極為廣泛。其應(yīng)用領(lǐng)域分布為：混凝土防護(hù)占60%，卡車耐磨襯里占15%，鋼結(jié)構(gòu)防腐占10%，屋面防水占10%，其他占5%。聚脲凝膠快，對(duì)溫度濕度不敏感，物理性能優(yōu)異，配方體系可調(diào)，如制造耐磨、耐腐蝕的管道、儲(chǔ)罐、防爆材料等產(chǎn)品。聚脲主要作為一種性能優(yōu)越的彈性體涂料使用。比如，聚脲可以作為一種混凝土表面防護(hù)材料，提高混凝土結(jié)構(gòu)的整體性能。家庭中也常用聚脲作為防水美縫劑，該類美縫劑耐磨性、耐水性優(yōu)異，且無揮發(fā)性有機(jī)物質(zhì)排放，綠色環(huán)保。
發(fā)展歷史
1937 年，德國(guó)法本公司（拜耳集團(tuán) 公司的前身）的奧托·拜耳博士（OttoBayer）用異氰酸酯合成了聚氨酯，20 世紀(jì) 40~60 年代聚氨酯技術(shù)得到較快發(fā)展。20 世紀(jì) 70 年代，美國(guó) 杰斐遜（JEFFERSON ）化學(xué)公司的專利產(chǎn)品聚醚胺問世，早期用作環(huán)氧固化劑。20 世紀(jì) 70 年代，噴涂聚氨酯（脲）（簡(jiǎn)稱半聚脲）在噴涂聚氨酯技術(shù)和端氨基聚醚的基礎(chǔ)上產(chǎn)生，人們用端氨基聚醚代替了部分端羥基聚醚作 R 組分，從而提高了反應(yīng)速度，改善了彈性體的物理性能。
20 世紀(jì) 70~80 年代，在德國(guó)和美國(guó)率先開展反應(yīng)注射成型（RIM）技術(shù)的研究，并實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化。聚脲技術(shù)是在反應(yīng)注射成型的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它繼承了 RIM 高壓撞擊混合的原理，實(shí)現(xiàn)了聚脲快速噴射成型。1986 年，美國(guó)亨斯邁公司（HUNTSMAN）的化學(xué)家保費(fèi)（Dudley J. Primeaux）及其團(tuán)隊(duì)率先研發(fā)成功噴涂聚脲彈性體材料，并于 1991 年在北美投入商業(yè)化應(yīng)用，用于混凝土基材防護(hù)、鋼基材防腐和皮卡車耐磨襯里。
理化性質(zhì)
物理性質(zhì)
聚脲有著十分優(yōu)異的物理性能，其抗張強(qiáng)度高，柔韌性好，耐老化，耐介質(zhì)，耐磨，具有良好的熱穩(wěn)定性，可在150℃下長(zhǎng)期使用，亦可承受350℃的短時(shí)熱沖擊。通過添加不同的填料，可以方便的改變聚脲涂層的顏色和涂層手感。聚脲材料中不含有機(jī)溶劑，100%固含量，生成的涂層致密、無針孔，一次成膜厚度大，在酸、堿、鹽環(huán)境均有良好的防腐性能。
但其也存在一定的缺點(diǎn)，如不能抵抗高溫性、不耐強(qiáng)酸及溶劑腐蝕性，彈性較差，斷裂伸長(zhǎng)率較低，阻燃性差、抗黃變性差、不防靜電等。
跟據(jù)中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 23446—2009，噴涂聚脲防水涂料物理性能如下表：
化學(xué)性質(zhì)
聚脲主鏈上含有重復(fù)的脲基 (-NH-CONH-) 鏈，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不易分解，很難與酸、堿反應(yīng)，對(duì)于酸性、堿性環(huán)境均有很好的耐性。需要注意的是，在氧氣、較強(qiáng)酸（Ph≤1）溶液的綜合作用下，涂層分子鏈會(huì)斷裂，且酸性環(huán)境下會(huì)加速涂層的降解，形成菜花狀降解產(chǎn)物。
聚脲一般結(jié)構(gòu)如下圖：
特點(diǎn)
聚脲獨(dú)特的理化性質(zhì)決定了其有著獨(dú)特的特點(diǎn)：
聚脲的類型
聚脲可分為純聚脲和半聚脲，純聚脲和半聚脲都是異氰酸酯組分（A組分）與樹脂組分（R組分）反應(yīng)生成的彈性體物質(zhì)，但是它們的A組分和R組分之間存在一定的差異，材料性能也因此存在不同。
純聚脲
純聚脲：A組分由端氨基或端羥基化合物與異氰酸反應(yīng)制得的預(yù)聚物和半預(yù)聚物組成，R組分由端氨基樹脂和端氨基擴(kuò)鏈劑組成，且R組分中不得含有任何羥基組分和催化劑的聚脲材料。
純聚脲中不含催化劑，不會(huì)出現(xiàn)催化劑降解失效的問題，因此純聚脲耐腐蝕性和耐用性較高。因?yàn)?a href="/hebeideji/5557827442756098176.html">聚醚胺與異氰酸酯的反應(yīng)快于水與異氰酸酯反應(yīng)，因此純聚脲不會(huì)發(fā)生異氰酸酯和水反應(yīng)生成CO2而導(dǎo)致化學(xué)發(fā)泡的問題。但純聚脲固化速度快（3~10 s凝膠）導(dǎo)致其對(duì)基材的浸潤(rùn)時(shí)間短，粘結(jié)強(qiáng)度低，且快速固化的過程中會(huì)集中放熱，在涂層中產(chǎn)生較大應(yīng)力及較大收縮量，易造成涂層卷曲，甚至鼓泡和脫層。
半聚脲
半聚脲：A組分由端氨基或端羥基化合物與異氰酸酯反應(yīng)制得的預(yù)聚物和半預(yù)聚物組成，R組分由端羥基樹脂或端氨基樹脂和端氨基擴(kuò)鏈劑組成，R組分中可以含有提高反應(yīng)活性的催化劑。
在相同的強(qiáng)度和硬度條件下，半聚脲的彈性更好，有著較高的斷裂伸長(zhǎng)率和低溫柔性。半聚脲固化時(shí)間適中，故放熱及收縮率較小，卷曲、鼓泡、脫層現(xiàn)象較少，對(duì)基材的浸潤(rùn)性好，有較高的粘結(jié)強(qiáng)度。但由于半聚脲中存在催化劑，可能會(huì)發(fā)生催化劑降解失效，導(dǎo)致耐用性下降。因其固化速度不快，固化過程中可能會(huì)與水反應(yīng)生成CO2而導(dǎo)致化學(xué)發(fā)泡。
聚脲的應(yīng)用
粘合劑
聚脲可以作為一種優(yōu)良的粘合劑，廣泛應(yīng)用于建筑、航空航天、電子、汽車等領(lǐng)域，如用于飛機(jī)和汽車的結(jié)構(gòu)膠、木材和木質(zhì)板材的膠合等。研究結(jié)果表明，經(jīng)過特殊的底材處理和嚴(yán)格的施工工藝處理，聚脲彈性體對(duì)鋼、鋁、混凝土、橡膠、復(fù)合材料等多種底材都能具有良好的粘接性能。
表面涂料
聚脲可以用于制備高效、高質(zhì)的表面涂料，具有耐候性好、耐化學(xué)性強(qiáng)、防水性能優(yōu)異等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于汽車、電子等領(lǐng)域。在汽車底盤噴涂聚脲面漆涂層，有較好的防護(hù)效果，在耐鹽霧和耐老化性能上達(dá)到了很高的標(biāo)準(zhǔn)，且聚脲涂料的低溫固化特性和優(yōu)異的性能，非常匹配汽車底盤需要節(jié)能降耗和提高涂膜防護(hù)效果的要求。
抗爆抗沖擊材料
噴涂聚脲彈性體憑借良好的力學(xué)性能和耗能特性被廣泛運(yùn)用于抗爆抗沖擊防護(hù)領(lǐng)域。將聚脲材料應(yīng)用在抗沖擊領(lǐng)域中，可以通過增強(qiáng)材料的方式對(duì)復(fù)合結(jié)構(gòu)的抗沖擊能力進(jìn)一步提高，抗沖擊復(fù)合結(jié)構(gòu)具有良好的吸能特性，墊高結(jié)構(gòu)的隔離層加入聚脲材料后會(huì)大幅增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的耗能特性達(dá)到減振抗沖擊的效果。
聚脲膜
聚脲膜的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛。在建筑領(lǐng)域，聚脲膜可用于涂料、防水邊、隔熱材料等方面。在汽車、船舶、鐵路、航空航天等交通運(yùn)輸領(lǐng)域，聚脲膜可用于涂裝和防腐蝕。在電子、光學(xué)、醫(yī)療等領(lǐng)域，聚脲膜可用于涂層、保護(hù)膜、隔離膜等方面。
纖維
聚脲纖維是一種合成纖維，由聚脲單體聚合而成。聚脲單體通常由多種含有異氰酸酯基團(tuán)（－N=C=O）和胺基（-NH2）的化合物通過聚合反應(yīng)制備而成。聚亞壬基脲是代表性的聚脲高分子。由壬二胺與尿素縮合制備，其性質(zhì)與聚酰胺（如耐綸6）相似，可以熔融紡絲，熔融溫度230℃～235℃，密度較小（1.066克/厘米3），具有良好的耐熱性、染色性和耐腐蝕性，纖維抗拉強(qiáng)度0.0441～0.0539牛頓/旦，伸長(zhǎng)率23%，適宜制造漁網(wǎng)和針織品。
聚脲纖維的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛。在紡織領(lǐng)域，聚脲纖維可以用于制造各種紡織品，如服裝、床上用品、窗簾、地毯等。由于聚脲纖維具有很高的強(qiáng)度和耐熱性，在工業(yè)領(lǐng)域可以用于制造過濾材料、輸送帶、輪胎簾子、鋼絲繩芯等。此外，聚脲纖維還可以用于制造人造毛發(fā)、假發(fā)、假發(fā)毛等。
制備方法
聚脲是通過脲化反應(yīng)合成的。脲化反應(yīng)是一種酰胺鍵形成的反應(yīng)，通常使用二異氰酸酯和二元胺或多元胺進(jìn)行反應(yīng)，也有一些新型的合成方法。
主要方法
二異氰酸酯與二元胺反應(yīng)成聚脲的方式主要有兩種途徑：（1 ）二異氰酸酯與二胺的聚合；（2）二異氰酸酯與水的聚合。
（1 ）二異氰酸酯與二胺的聚合
nOCN-R-NCO + nH2N-R'-NH2 → -[-OCNH-R-NH-CO-NH-R'-NH-]n-
其中，OCN-R-NCO為二異氰酸酯，H2N-R'-NH2為二元胺，反應(yīng)產(chǎn)物為聚脲。在反應(yīng)過程中，二異氰酸酯的兩個(gè)異氰酸基與二元胺或多元胺的兩個(gè)或多個(gè)氨基反應(yīng)，形成酰胺鍵，從而將它們連接成有機(jī)高分子化合物聚脲。
（2）二異氰酸酯與水的聚合
nOCN-R-NCO + nH2O→ -[-HN-R-NH-CO-]n-+nCO2
該反應(yīng)實(shí)質(zhì)上是水與二異氰酸酯反應(yīng)生成了二元胺，二元胺與異氰酸酯進(jìn)一步反應(yīng)生成聚脲。
其他方法
（1）CO2與二胺化合物縮聚制備聚脲
CO2廣泛存在于環(huán)境當(dāng)中，其無毒，廉價(jià)，來源廣泛，利用其制備聚脲可以實(shí)現(xiàn)對(duì)CO2的回收利用，綠色環(huán)保。CO2與二胺化合物的反應(yīng)無需催化劑，溶劑，僅需要在高溫下脫水即可生成聚脲。
(2) 氨基甲酸酯與二胺縮聚制備聚脲
CO2與甲醇、苯酚、環(huán)氧乙烷、環(huán)氧丙烷反應(yīng)可制備碳酸二甲酯、碳酸二苯酯、環(huán)狀碳酸酯，然后碳酸二甲酯等和二胺類化合物反應(yīng)形成氨基甲酸酯，最后氨基甲酸酯自縮聚或與二胺通過氨酯交換反應(yīng)可制備聚脲。該方法可在溫和條件下通過甲醇、苯酚、乙二醇的脫除，得到有機(jī)高分子化合物量的聚脲。
安全事宜
聚脲是一種易燃化學(xué)品，應(yīng)避免與火源接觸。在使用聚脲時(shí)要遠(yuǎn)離明火、高溫和火花等火源。聚脲具有刺激性氣味，對(duì)皮膚、眼睛、呼吸系統(tǒng)有刺激作用，應(yīng)避免接觸皮膚、吸入氣體和接觸眼睛。聚脲是一種易吸濕的化學(xué)品，應(yīng)儲(chǔ)存在干燥、通風(fēng)的地方，并嚴(yán)密密封。
參考資料 >
噴涂聚脲防水涂料.全國(guó)標(biāo)準(zhǔn)信息公共服務(wù)平臺(tái).2023-09-21