首先介绍了聚脲材料的特性、发展历程，着重指出高速铁路路基工程使用聚脲防水材料的重要意义，及生产聚脲防水材料的原料优选、配方设计、设备配置和在路基工程施工操作中各个环节的注意事项。
关键词：聚脲配方；聚脲原料优选；聚脲生产控制；聚脲喷涂施工
喷涂聚脲弹性体是由异氰酸酯（简称A组分）与胺基化合物（简称B组分）反应生成的高分子材料。是世界上继高固体涂料、水性涂料、辐射固化涂料、粉末涂料等低污染或无污染涂料技术之后，为适应环保需求而研制开发的一种新型无溶剂、无污染的绿色工程涂料。
该技术发源于上世纪80年代中期的美国，90年代末引入中国。据《上海涂料》杂志统计，2001年我国聚脲产量仅200t，至2007年已增产到6000t，但在国内发展10年来的总产量尚不足2万t。
1 在我国高速铁路工程中的市场空间
京津城际轨道路基工程喷涂聚脲防水材料从2006年9月开始，历时1年左右完工。有关参与企业克服了首次在大规工程中模喷涂经验不足的困难，周密调度，适时调整施工方案，最终按设计要求完成了此项具有创新意义的重要工程，也为聚脲防水材料在大规模的高铁工程中的喷涂方面奠定了扎实的基础。
中国国家铁道部副总工程师、中国铁道科学研究院首席专家张曙光于2009年9月8日透露：三年内中国将建成四十二条高速铁路客运专线，总里程1.3万km。在将建成的1.3万km的高速铁路客运专线中，时速250km的线路有5000km，时速350km的线路有8000km。“四纵”、将建的客运专线铁路网有“四纵”、“四横”。哈尔滨经大连、沈阳到北京；北京到上海；杭州经福州、厦门到深圳；北京经武汉到广州四条南北走向线路为“四纵”。太原经石家庄与京沪高铁接轨再向东到达胶东半岛；西安到郑州、向东与京沪高铁接轨，向西延伸到兰州；武汉向东连接合肥，在南京与京沪高铁接轨，武汉向西沿长江到重庆、成都；长三角地区从杭州沿浙赣线，经南昌、长沙，继续向西，经贵阳到昆明这四条线路为东西走向的“四横”。
届时，中部和中西部地区大多数城市均纳入规划，不但打通了南北东西的大通道，还形成了环渤海、长三角、珠三角三个城市群的轨道交通网。以北京为例，到2012年将会形成1h、2h、3h、4h城市圈。从北京乘坐高铁出发，1h可达天津、唐山、秦皇岛、石家庄、张家口、承德等地；2h可到济南、郑州、太原、沈阳一带；3h可达青岛、南京、合肥、包头、长春、大连一带；4h可达杭州、武汉、西安、哈尔滨等地。
未来，高铁路基防水将大量采用纯聚脲喷涂弹性体涂层，较之京津高铁工程提出了更高要求。许多主要指标都有所提高，在主要物理性能和耐老化性能上提出了更严格的规定，这对我国聚脲行业是一个新的课题和挑战。
为了进一步提高高速铁路路基聚脲防水防护工程的质量，建议提供喷涂聚脲A、B组合料的企业，从原材料源头及设备、工艺等诸多方面严格把关，精益求精、提高质量，通过大家共同努力切实筑好中国高铁路基工程，把我国聚脲行业的技术水平推进至世界先进行列。
2 聚脲配方结构的优化
喷涂聚脲弹性涂料交联反应，实际是半预聚物与氨基聚醚及胺类扩链剂的反应。由于氨基聚醚活性很高，反应不需要催化剂，可在极短的时间内固化成型。因此，喷涂聚脲弹性涂料可以在极为苛刻的条件下施工，即使底材完全被水浸湿或空气湿度很大，在采用了相应技术措施后，喷涂聚脲弹性涂料仍不会有任何发泡的迹象。聚脲弹性涂料的喷涂也可在极低的温度下（-10℃）进行施工，这一点，喷涂聚脲弹性体涂料较喷涂聚氨酯弹性涂料或聚氨酯（脲）弹性涂料有极大的优越性。
从分子结构分析，喷涂聚脲弹性涂料中的脲基呈现C=O基团为中心的几何对称结构，比聚氨酯弹性涂料的氨基甲酸酯基稳定，所以聚脲弹性涂料的耐老化、耐化学介质、耐磨、耐核辐射和耐高温等综合性能优于聚氨酯弹性体。因此，未来高速铁路路基聚脲防水防护设计配方应严格采用纯聚脲材料，而不应使用混合聚脲/聚氨酯配方。为了使各项技术标准达标。应采用科学的聚脲配方设计确保合格聚脲产品的供应。
3 聚脲原材料的合理选择
3.1 异氰酸酯预聚物的选择
喷涂聚脲的聚合反应速度极快，不仅不需要添加催化剂，反而要求将反应置于易于控制和操作的条件下。因此有效的办法就是将异氰酸酯通过半预聚合反应，制成符合要求的预聚体，通常的预聚体的NCO质量分数在12%-25%之间。选择好NCO基团的含量对聚脲合成反应及成品性能具有决定性的作用。另外MDI中的2、4异构体的含量对控制聚合反应的速度和成品质量也有重要意义。
3.2 端氨基聚醚和胺类扩链剂的选用
为了确保聚脲涂层的性能指标，选用高质量的氨基聚醚也是一个关键因素。主要的伯胺基聚醚的纯度、官能度、胺基当量、分子量大小和分子量分布的均匀性，都将影响涂层的最终性能。二官能度和多官能度氨基聚醚的比例合理搭配也可调整涂层的整体性能。
胺类扩链剂是使聚脲材料形成交联结构的关键组分。正确合理的选用胺类交联剂可以得到最佳的交联密度、交联速率，既能满足施工中的技术要求，又能提高材料的耐久性和稳定性。
4 聚脲A、B组分的适中配比
4.1 异氰酸酯指数
在喷涂聚脲弹性涂料配方设计时，A组分与B组分的物质的当量比（即异氰酸酯指数为Nnco/NNH2）一般设定在1.05～1.1左右。其主要原因为：一、半预聚物在储存过程中NCO含量会有一定程度的下降；二、在施工过程中，极少部分的湿气会与异氰酸酯反应，因此异氰酸酯稍微过量一些可以适当补偿在贮存、施工过程中的损失。实践证明，异氰酸酯指数在1.05-1.1之间时，所得到的涂层综合性能好；而低于1.05时，喷涂聚脲弹性涂料产品性能差别大，时好时坏；三、如果异氰酸酯过量太多，即异氰酸酯指数大于1.1，则异氰酸酯过量太多，多余的异氰酸酯会和空气中水分反应，容易发泡。
应当注意的是通常使用的喷涂设备都是按体积比设计和运行的。而A,B组分的密度在同温度下是不一致的。因此同体积比的物料，必须经过密度校正才能确保达到配方设计的异氰酸酯指数。
4.2 A、B组分的体积比
A组分与B组分应设计为接近11，尽管目前已有适合于不同组分比的喷涂设备问世，但从混合效果而言，唯有体积比为1：1时，混合效果最好，操作方便，更适合于普通工作人员使用。
4.3 A、B组分的粘度
因为A、B组分的反应活性非常高，凝胶时间非常短。为了达到最佳的混合效果，喷涂聚脲弹性涂料最好控制在1000MPa·s以内，在喷涂温度下最好控制在50-100MPa·s，甚至更低，以便于物料搅拌、提升和输送；并且两组分的粘度要尽量接近，两者之差不要超过200MPa·s，这样有利于提高混合效果。试验发现：当粘度大于3000MPa·s时，混合效果差，雾化不好，涂层力学强度差，出现局部发粘；层间附着力差；当粘度小于2000MPa·s时，混合效果、涂层力学强度及外观良好。
应当指出的是聚脲材料的A、B组分都属于粘性流体，即非牛顿型流体。其流体阻力与剪切强度为非线性关系。其粘度随温度的变化率也呈现非线性的关系。其粘度随预热温度的升高而降低，但其降低的程度又不一致。因此应当精心做好A、B料的粘度测定和控制。掌握并调整好物料在常温下、输送中和预热过程等各种状态下的粘度值，确保在喷枪中达到最佳混合效果。
喷涂设备的供应厂商也要求各组分粘度不大于3000MPa·s，否则会直接影响设备的混合效果。一般情况下，半预聚物A料粘度常大于B料粘度。如果出现A料粘度过大，造成A料压力远远高于B料，产生喷涂压力不平衡，出现“五指状”、“麻绳状”扇面，甚至造成过压停机。如果在A、B压力不平衡状态下喷涂，得到的喷涂聚脲弹性涂层往往外观粗糙、表面凹凸不平、色泽不均匀、强度低、附着力差，个别情况甚至粘手、不固化。因此，控制喷涂聚脲弹性涂料中A料的粘度，是关系到能否获得高质量产品的关键。
5聚脲A、B组分在生产过程中的工艺控制
聚脲A、B组分生产工艺过程的控制是保证产品质量的重要环节。每个生产过程的细节都需要操作人员、工程技术人员严格精心操作。
5.1 A料预聚体生产过程
◆物料投料顺序；
◆操作温度控制；
◆滴加速度（时间）；
◆反应时间控制；
◆恒温，降温控制；
◆严格灌装过滤；
◆冲氮气包装；
◆储存仓库保管。
5.2 B料配料过程中
◆物料投料顺序；
◆搅拌速度和时间；
◆色浆精确计量和分散效果；
◆冲氮气保持微正压，严格控制水分带入；
◆严格灌装过滤；
◆冲氮气包装。
各聚脲原料企业能认真按上述操作规程进行，产品检验合格后，包装入库。坚持不合格的产品坚决杜绝出厂的原则。
6 聚脲喷涂设备的选择
喷涂聚脲弹性涂料由两个化学活性极高的组分组成，混合后快速反应造成粘度迅速增大，如果没有适当的物料输送、计量、混合、雾化和清洗设备，这一反应将是无法控制的，这一点完全不同于以往的普通涂料。所以喷涂聚脲弹性涂料所需专业化的喷涂设备必须具有平稳的物料输送系统、精确的物料计量系统、均匀的物料混合系统、良好的物料雾化系统及方便的物料清洗系统。喷涂设备自然也就成了喷涂聚脲技术的基础，同时也是喷涂聚脲技术推广应用的难点。虽然喷涂聚脲设备制造技术在国外已有近10多年的发展历史，但在我国尚处于发展阶段。
目前国外主要设备制造商有：美国的Gusmer公司、Graco公司和Glas-Craft公司等。比较理想的是美国Gusmer公司生产的H-20/35型高压无气喷涂主机和GX-7系列喷枪。该设备具有以下功能：
（1）加热降粘功能：为在冬季寒冷条件下的施工提供了保障；
（2）加压功能：提供稳定、准确、高压的操作，以确保A、B料两组分混合均匀，并产生良好的雾化效果；
（3）撞击混合功能：由于两组分反应速度极快，故传统的静态或动态的混合设备不能满足要求；GX-7喷枪有一个尺寸很小的混合室，两组分借助主机的高压沿各自的料管到达喷枪混合室，在喷出的瞬间撞击分散、混合均匀。
7 聚脲的喷涂施工细节
喷涂聚脲，施工是非常重要的环节，至聚脲诞生以来，部分工程质量出现问题，都出现在施工过程中。
我国聚脲专家、青岛理工大学黄微波教授多次就喷涂聚脲施工在全国很多重要场所呼吁指出，聚脲应用好坏，施工最关键。以他的丰富经验总结指出，“三分原料，七分施工”。随着京津城际高铁聚脲喷涂工程暴露诸多问题后，他又中肯地告诫聚脲行业的同仁们——施工的重要性，提出了“一分原料，九分施工”的新理论。
实际上对于高速铁路这样至关重要的聚脲应用工程，作为一个聚脲原料生产企业，需产出合格的优质产品，我们赞成坚持“原料和施工两个百分之百”的原则。建议承接高速铁路路基施工企业注意以下几个方面：
◆有实践经验的专业聚脲喷涂施工人员；
◆施工企业需配备空气干燥器；
◆原料供应厂家B料必须提供3口包装桶；
◆施工过程中B料桶需配备气动搅拌器；
◆冬季施工，A、B料必须配备硅橡胶温控电加热带；
◆建议每台设备配备两把喷枪（一把施工，一把清洗备用），以提高施工质量，加快施工速度。
8 结束语
喷涂聚脲弹性体是双组分反应固化生成的高分子弹性涂膜，是新一代国际绿色施工涂料技术的代表。它解决了喷涂聚氨酯弹性体系的发泡问题，同时它又具有极优异的耐候性、耐酸碱化学介质性、耐老化性、防水防气防渗透性，以及在各种基材表面附着力良好和对基层伸缩或开裂等变形的适应性强的特点，而且使用成套设备施工、施工方便、效率高、环保、节能、省时、完全符合涂料发展的方向。但喷涂聚脲弹性涂料作为一种全新材料，笔者呼吁聚脲同行（原料供应商和施工单位）在各自原有的经验基础上精益求精，努力提高技术水平和质量水平,共同为我国高速铁路路基喷涂聚脲防水工程做出贡献！
