本文所定義單組分聚脲為異氰酸酯封端物質與特殊叔胺基類封端物質或者酮亞胺(或醛亞胺)混合的組合物。封端胺基或酮亞胺暴露于空氣中后,在水份中質子酸作用下,形成仲胺基團物質,仲胺基團與異氰酸酯形成脲基,反應過程無催化劑,也沒有羥基物質與NCO反應。組合物中,NCO和封閉仲胺基團或酮亞胺基團,當量比按約1:1左右設計。通常狀態下,異氰酸酯與解除封閉的仲胺基HNR—與NCO形成脲基-NR-CO-NH-交聯點。這種單組分聚脲可以稱之為一類特殊的聚氨酯,也可以稱之為高力學性能聚氨酯。盡管其可手涂也可噴涂,但其完全不同于(雙組分)噴涂聚脲彈性體。
通常所說(雙組分)噴涂聚脲彈性體,簡稱(或口頭語稱)聚脲;但聚脲不只有(雙組分)噴涂聚脲彈性體,它還包括單組分聚脲和聚脲密封膠,聚脲膠粘劑。德國某公司在生產聚脲密封膠,其表干時間可長達2-3小時。另有公司在生產單組分聚脲涂膜。(雙組分)噴涂聚脲彈性體表干速度非常快。那是因為我們都知道伯胺類樹脂(或物質)與NCO反應非常快。但我們應去研究一下仲胺、叔胺與NCO反應速度。
——NCO+NH2—— —— NH—COO—NH——(伯胺 非常快)
——NHR+NCO- ——NRCONH—— (仲胺 較快或較慢)
R1R2NR3 + NCO- 不反應 (叔胺 不反應)
叔胺是不會與NCO反應的,而仲胺-NHR與NCO-反應也快,但與伯胺-NH2相比則慢多了。如果在分子設計上引入一些位阻基團,則仲胺反應速度可適度慢下來。在實際操作中,凝膠時間可以延緩到30分鐘以上。如果在仲胺和叔胺之間建立一種轉換關系,或選用酮亞胺,則可以制作成單組分聚脲。有效的途徑可以用伯胺與羰基物質生產酮亞胺或醛亞胺并蒸去水份。首先應做成有一定NCO含量的預聚體或半聚體,然后采用適當的方法將端胺基封閉成環狀含叔胺基團的結構。亞穩定狀態的分子鏈兩端含特殊叔胺類物質,或酮亞胺。其在水份和質子酸作用下,生成兩端含有仲胺基(二官能團或三官能團)物質;沒有二氧化碳和氣體物資產生。
封端的胺類物質與預聚體或半聚體按一定比例在真空狀態下相混,加入特種功能性助劑,在高度密閉并填充有惰性氣體的容器中保存,此為一亞穩定狀態。在分子設計時,按分子官能團當量比NCO/NH應為1.05-1.00之間,當量比低于1.0時,涂膜固化后性能受到大的影響。單組分聚脲一旦開桶,涂布到基材上,雙環類叔胺物質逐步轉換為含有仲胺基物質,然后與NCO作用則形成脲基。
仲胺基物資與NCO端反應,
-----NHR1+NCO-- -----NR1CONH----- (聚脲橡膠)
從叔胺基解封,轉換成仲胺基,后形成脲基,此過程比伯胺直接與NCO-反應慢多了,但其固化機理與狹義意義上的單組分聚氨酯顯然不一樣。單組分聚脲因此對基層材料有足夠長的浸潤(wetting)時間,可達一個小時以上,其對基層粘附力大大增加了。單組分聚脲在(雙組分)噴涂聚脲彈性體完全固化后的表面上粘接,不需要底涂劑,粘接十分牢固。這種單組分聚脲也可稱之為一種特殊的聚氨酯,或者稱為一種高力學性能的聚氨酯。
單組分聚脲的力學性能明顯優于普通單組分聚氨酯力學性能。某公司生產并在市場上銷售的暴露型單組分聚脲SJK590經北京城建-中關村建設項目部在奧運會運動場(五棵松棒球場看臺表面防水耐磨一體化工程)抽檢,由中國建筑科學院國家化學建材監督檢測中心檢測結果如下:
表2:SJK590暴露型單組分聚脲
斷裂伸長率,%
771.7