脂肪族聚氨酯面漆在高铁聚脲防水工程中的应用研究

0 前言
喷涂聚脲弹性体（SPUA）由于无溶剂、固化速度快、垂直面不流挂、整体无接缝、防水效果优异等特点，在国内最早用于京津城际铁路桥面防水工程，后被推广到京沪、石武高铁的桥面防水。但是，由于聚脲的原材料主要为二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）衍生物和苯胺类扩链剂，分子结构中含有大量的苯环和胺基，该结构在阳光照射下容易氧化成醌式结构，导致材料变色，并且长时间的日晒将导致其性能退化、使用寿命缩短。为了防止聚脲材料的老化，延长材料的使用寿命，必须在聚脲表面涂刷耐候性的面漆。耐候性面漆主要有氟碳类涂料、丙烯酸聚氨酯类涂料和天冬氨酸酯类聚脲涂料[1]。由于氟碳类涂料的弹性达不到高铁混凝土桥梁聚脲防水层面漆的指标要求，实际使用的面漆主要是后两种。秀珀公司针对高铁聚脲防水工程的要求专门开发了SP-7806 脂肪族聚氨酯涂料（下称SP-7806 面漆），该材料结合了聚氨酯和聚脲的优点。本文研究了该面漆的性能及其在高铁聚脲防水工程上的应用，对施工现场常见问题进行了分析，并提出了解决方案。

1 脂肪族聚氨酯面漆简介
SP-7806 面漆为双组分聚氨酯涂料，A 组分为异氰酸酯固化剂，是由脂肪族的异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）和六亚甲基二异氰酸酯（HDI）与多羟基化合物反应合成得到的预聚物；B 组分为反应性的位阻胺和多羟基丙烯酸酯作为反应原料配制而成的色漆。由于使用的原料都不含有芳香族生色基团，能完全克服普通异氰酸酯预聚物不耐紫外线、容易黄变的缺点，具有优异的耐候性，长时间在室外使用不会黄变，且性能保持不变。表1 列出了SP-7806 面漆的基本理化数据。

1.1 性能指标
铁道部科技司《客运专线铁路桥梁混凝土桥面喷涂聚脲防水层暂行技术条件》详细规定了脂肪族聚氨酯面层的性能指标及试验方法[2]，表2 列出了SP-7806 面漆的主要性能指标。

1.2 特点
1）优异的弹性。由于聚脲弹性很好，断裂伸长率在400%（或450%）以上，因此涂装在其表面的面漆也必须有很好的弹性。SP-7806 面漆的断裂伸长率接近300%，能很好地适应聚脲的形变，避免面漆因膨胀而开裂。
2）良好的附着力。由于SP-7806 面漆中既含有聚氨酯键（—NHCOO—），又含有聚脲键（—NHCONH—），与下层的聚脲结构相似，容易生成大量的分子间氢键，使层间结合紧密（即SP-7806 面漆对聚脲具有良好的附着力），不会由于使用时间长而导致层间分离脱层。
3）涂装方式多样。SP-7806 面漆能采用刷涂、滚涂和喷涂的方式施工。该面漆的流平性和防流挂性能较好，适用于垂直面或者曲面的施工，在侧向挡板部位都能正常成膜。

2 施工工艺及条件
SP-7806 面漆在高铁聚脲防水工程上已有应用，被用于京沪高铁四标段（供货约250 t）和石武客专河南段北线（约90 t），面漆涂刷后颜色一致，整体效果较好，并且能与下层的聚脲紧密附着，达到了预期的效果。下文以SP-7806 面漆为基础，结合其他公司相关产品的使用情况，介绍耐候性脂肪族聚氨酯面漆的施工工艺和施工条件。
2.1 施工工艺
耐候性脂肪族聚氨酯面漆的施工流程为：聚脲表面清理→涂刷界面处理剂→涂刷面漆→养护。面漆涂装前应彻底清扫聚脲表面的浮尘，保持表面干燥无油渍；在大面积涂装面漆前应先涂装细部结构，如排水口、边缘位置等。由于聚脲的固化速度很快，其表面通常比较致密，再涂装面漆时会使粘结强度降低，影响层间附着力。当聚脲和面漆的施工间隔超过24 h 时，应先用界面处理剂对聚脲表面进行处理，在滚涂界面处理剂10 min 后就可施工面漆。高铁聚脲防水工程要求面漆的厚度均匀且不低于0.2 mm。当采用刷涂或者滚涂方式施工时，应分两道进行，每道用量为0.15 kg/m2，施工间隔为12 h；采用无气喷涂方式施工时，可涂装一道，考虑到喷涂效率，面漆的用量为0.35～0.4 kg/m2，喷涂压力为10MPa 左右。无气喷涂方式只施工一道就能达到厚度要求，施工效率高，漆膜平整一致，是最佳的施工方法。
2.2 施工条件
脂肪族聚氨酯面漆涂装的环境温度范围为5～40℃，基面温度至少应高于空气露点温度5 ℃以上，涂装环境的相对湿度应低于80%。当涂装温度过低时，应加入适量的催干剂，并提高现场温度（催干剂应缓慢加入，并持续搅拌均匀，防止局部浓度过高导致反应过快）；当涂装环境的湿度过大时，聚脲表面容易吸收微量水分，会导致面漆起泡并影响层间附着力。为了获得最佳性能，脂肪族聚氨酯面漆混合后应在1 h内用完。
3 常见问题与解决方案
高铁聚脲防水工程的现场条件比较复杂，脂肪族聚氨酯面漆施工中常会出现漆膜表面发黏、开裂、起泡等质量问题（图1），下面对产生这些常见问题的原因作一分析并提出解决方案。

3.1 漆膜表面发黏
脂肪族聚氨酯面漆的漆膜表面发黏，具体表现为涂装24 h 后表面发黏，容易粘灰。这是由于面漆的配比不对，—NCO 基团反应不完全导致的。由于脂肪族聚氨酯面漆为双组分涂料，当配比偏离要求配比较大时，涂料中树脂反应不完全，剩余比较多的反应基团，分子量比较低，导致表面发黏、强度降低。当面漆没有完全搅拌均匀时，也会导致漆膜表面发黏。解决的方法是配料时准确称量脂肪族聚氨酯面漆的两个组分，并充分搅拌均匀后再施工。
3.2 粘结强度低
聚脲施工完后间隔时间比较长再施工脂肪族聚氨酯面漆时，由于聚脲的反应趋向完全，表面致密，面漆对聚脲基体缺乏有效的物理、化学键连接，导致层间附着力很低，在很小的剪切力作用下就可能出现层间脱离现象，严重时可发生大面积脱落。因此，聚脲和面漆的施工间隔在24 h 以上时，应先涂刷一道界面处理剂。界面处理剂含有少量强溶剂，能轻微溶胀聚脲表面，其中的活性物质能深入到聚脲与面漆的界面，促进界面的融合，提高面漆在聚脲上的粘结强度。
3.3 开裂
当聚脲与面漆的施工间隔比较短时，聚脲虽然基本固化，但是体系中的反应还没有停止，强度比较低，应力较大，在聚脲和面漆同时干燥的过程中，会导致面漆漆膜开裂。解决方法是控制聚脲与面漆的施工间隔在4 h 以上，以保证下层聚脲基本反应完成。
3.4 起泡
脂肪族聚氨酯面漆起泡的原因有多种：下层聚脲的表面有针孔时，容易导致面漆起泡；如果施工时现场湿度比较大，聚脲表面容易吸收水汽，涂装面漆后，水汽的蒸发以及—NCO 基团与水发生的反应，都会导致漆膜起泡，并影响层间附着力；在夏天施工时，由于桥面温度比较高，面漆固化速度大大提高，表层很快成膜，下层溶剂来不及挥发也会导致起泡，这时应避免在中午炎热天气下施工，尽量选择在上午或者傍晚施工。