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森羅萬象，詳解聚脲、聚氨酯耐磨、防腐的異同點 (耐磨、防腐)

www.xxjncy.cn 2020/12/12 16:56:54

一、聚氨酯與聚脲的分子結構相似點和相異點：

聚氨酯是以含端異氰酸酯NCO化合物與含多羥基化合物經過化學反應，形成具有氨酯鍵 NHCOO（又稱氨基甲酸酯）的高分子材料。

- NCO+HO- → -NHCOO-

該反應需要一定的溫度，并且需要催化劑。其所形成的高分子材料固化成膜后，其高分子鏈上含有多種化學鍵。如：碳碳鍵-C-C-、醚鍵-O-、酯鍵-COO-、氨酯鍵-NHCOO-、也含有少量脲鍵-NHCONH-等。

聚脲是以含端多異氰酸酯NCO與端多元胺（包括樹脂和擴鏈劑），反應所形成具有脲鍵 -- NHCONH- 的高分子材料。

-NCO-+NH2- → -NHCONH-

它無需催化劑，也不須加熱即可迅速反應。在噴涂聚脲SPUA中需加熱是調整粘度，便于均勻噴出成膜的需要。化學反應過程本身不需要加熱。其固化后高分子鏈中含有碳碳鍵C-C 、醚鍵 -O- 、脲鍵-NHCONH- 、酯鍵-COO-、氨酯鍵-NHCOO-等。

相同點：

1、聚氨酯固化成膜后和聚脲固化成膜后，分子鏈中所含的化學鍵種類是相同的或相似的的。

2、無論是聚氨酯和聚脲，其必須先制成含端基為異氰酸酯的預聚體或半預聚體或齊聚物。也有人將聚脲稱為一種特殊的聚氨酯或高力學性能的聚氨酯。

不同點：

1、盡管聚氨酯和聚脲固化成膜后，所含化學鍵的種類相同或相似。但聚氨酯橡膠膜中對其物理性能起關鍵作用的官能團為氨酯鍵，而聚脲固化后對其性能起關鍵作用的官能團為脲鍵。在聚氨酯和聚脲中都會有氨酯鍵和脲鍵。但由于在聚氨酯固化后的橡膠膜中，氨酯鍵數量大大超過脲鍵，其性能主要由氨酯鍵所決定。而聚脲固化后的橡膠膜中脲鍵的數量超過氨酯鍵數量，其性能主要由脲鍵所影響。

2、脲鍵強度大大超過氨酯鍵強度，并且脲鍵很穩定。

3、對于市場上常見的噴涂聚氨酯（脲）PU（A）或稱雜合聚脲hybride，在雙組分中除采用氨基聚醚以及端氨基擴鏈劑外，還有羥基類物質（如聚醚、聚酯等）以及催化劑。雜合聚脲中氨類物質的量在交聯固化劑中應在20%-80%，如果低于20%則稱為聚氨酯。

4、單組分聚氨酯固化過程中，一個水分子消耗兩個NCO，產生一個脲鍵，分子結構中氨酯鍵的數量仍大大超過脲鍵數量。其力學性能遠低于單、雙組分聚脲（包括雜合聚脲）。即使加入潛伏性固化劑，其氨酯鍵仍然大于脲鍵數量。常見的潛伏性固化劑為羥基和氨基同時封端化合物。解封后，與NCO異氰酸酯反應形成氨酯鍵和脲鍵。潛伏性固化劑只不過抑制CO2氣泡的數量，抑制肉眼可見泡孔的產生。相當部分的NCO還是靠水分子反應形成脲鍵。只不過所產生CO2的速度和數量大大減少，不形成氣孔。交聯點有脲鍵，也有氨酯鍵。

5、市場上常見雙組分刮涂聚脲實質上為聚氨酯（脲）即雜合聚脲。如果氨類固化劑在B組分（或稱R組分）含量低于20%則為聚氨酯。一些市場上所謂的雙組分刮涂聚脲實際為聚氨酯。因為其氨類固化劑低于20%。

6、對于雙組分聚氨酯，B組分中如果不加入任何端氨基物質，而只有多元醇類物質，兩者混合后，固化后的橡膠膜中主要含氨酯鍵，但仍然含有極少量脲鍵。因為當有催化劑存在時水份與羥基存在競爭反應。水份消耗NCO后，形成極少量脲鍵。

7、單組分聚脲必須對端氨基物質（包括擴鏈劑、樹脂）進行封端，并且封端要完全，更不能加入含有任何羥基物質，也不能加入封端的羥基物質。否則，在同一系統中很快凝膠。

8、雙組分噴涂聚脲SPUA，A組分為含有NCO的齊聚物或半預聚體。R組分（B組分）為含氨類物質（樹脂、擴鏈劑）混合物，不能加入羥基物質和催化劑。這是國際聚脲發展協會PDA最新定義。傳統定義是R組分（B組分）中氨類物質的量要超過80%，允許有低于20%的羥基類化合物（聚醚、聚酯）存在。

二、單雙組分聚氨酯、聚脲的物理性能：

1、固化過程：

固化過程就是交聯反應過程，對于雙組分聚氨酯：

NCO-NCO + HO-OH → -NHCOO-NHCOO-

對于單組分聚氨酯： -NCO + H2O → -NH2 + CO2↑

-NH2 + NCO- → -NHCONH-

對于聚脲的固化過程：

雙組分噴涂聚脲：

NCO-NCO+NH2-NH2 → -NHCONH-NHCONH-

單組分涂膜聚脲： XYN-NXY+ H2O → NH2-NH2

NH2-NH2 + NCO-NCO → -NHCONH-NHCONH-

上述XY為封閉劑。

固化過程均發生了化學反應。

雙組分聚氨酯交聯后，交聯點形成氨酯鍵；單組分聚氨酯、單組分聚脲、雙組分聚脲固化交聯后交聯點均形成了脲鍵。但單組分聚氨酯只有一個脲鍵。雙組分聚氨酯反應過程中極少量的水份也會與NCO反應，產生極少量脲鍵。

2、影響性能的化學鍵

上述表中，單組分聚氨酯在交聯固化過程中，在水份作用下二個NCO產生一個二氧化碳分子，生成一個脲鍵。而單組分聚脲在交膠固化過程中，在水份作用下，解除封閉的胺基，而形成二個脲鍵。正是由于單組分聚脲和雙組分噴涂聚脲在交聯后交聯點上形成二個脲鍵，其本體強度大大高于聚氨酯。而單組分聚氨酯交聯后形成了一個脲鍵，其強度低于具有兩個脲鍵的聚脲，另外其產生二氧化碳氣泡也是造成強度低的一個原因。雙組分聚氨酯固化后形成了2個氨酯鍵。上述為一種理想狀態，實際交聯反應要復雜得多。聚脲中有擴鏈劑，聚氨酯中也可有擴鏈劑，擴鏈劑均參與反應。另外在高溫潮濕環境下，還有水份參與競聚反應。反應過程中所選用分子種類、分子鏈大小以及擴鏈劑甚至包括施工過程等，對固化后的橡膠膜均有影響。

3、聚氨酯與聚脲的力學性能對比：

由于聚氨酯和聚脲交聯后所形成氨酯鍵、脲鍵在相對數量上的差異，從而影響了其力學性能。其中最為關鍵的兩點是拉伸強度和斷裂伸長率。