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新型PMMA防护涂料技术及应用进展

时间:2019-06-23 10:45  来源:安徽拓力  作者:admin  人气:

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新型PMMA 防护涂料技术及应用进展
廖有为 1吴志高 1  徐风 2
 
(1 湖南湘江涂料集团有限公司 长沙 410003)
(2 PROJECT CHEMICAL美国工程化学上海代表处 上海 200092)
 
 
摘要:本文介绍了 PMMA 防护涂料的组成、固化机理、性能(与聚脲对比)、施工
方式和应用领域。PMMA 防护涂料是一种基于甲基丙烯酸甲酯(MMA)单体的新型
高性能防水材料,它能快速固化形成一层坚韧无缝的涂膜。PMMA 防护涂料高固
体分、使用安全,能以涂料体系(清漆或者色漆)、自流平体系、石英砂地坪体
系或者碎石地坪体系应用于混凝土底材、木质底材、瓷砖底材、钢结构底材等,
其无缝涂膜耐化学品性能优良、耐紫外光老化性能优良,防滑耐磨,维护方便。 
 
关键词:PMMA 防护涂料 混凝土防护 钢结构防护 快速固化 地坪
 
1.  前言
聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)有柔性、刚性体系之分。刚性 PMMA 通常俗称为有机玻璃,透明性好、强度高、耐紫外光老化,是重要的航空玻璃材料;此外,甲基丙烯酸甲酯(MMA)悬浮聚合产物为球形颗粒,可用于模塑粉、牙托粉或者骨水泥(PMMA bone cement)[1-3]
中。牙托水也是 MMA体系[4]。MMA及其预聚物还可用于混凝土修补材料(化学灌浆材料) 。MMA基化学灌浆材料俗称甲凝,甲凝用于干燥界面的混凝土裂缝补强[5-7]

PMMA 防护涂料是一种基于 MMA 单体进行预先聚合反应并改性的新型高
性能防护材料,属于柔性体系。PMMA 防护涂料可以使用无气喷涂设备进行计
量、混料和施工应用,或者直接进行人工刮涂、辊涂,它能快速固化形成一层坚
韧无缝的涂膜。
PMMA防护涂料固体份高,而且使用安全,能以涂料体系(清漆或者色漆) 、
自流平体系、石英砂地坪体系或者碎石地坪体系应用于混凝土底材、石质底材、
木质底材、瓷砖底材、钢结构底材等,其无缝涂膜耐化学品性能优良、耐紫外光
老化性能优良,防滑耐磨,维护方便。
PMMA 防护涂料用于混凝土和钢材结构表面,能够有效防止水分和电解质
对基材的渗透和腐蚀,而且具有防滑、耐磨功能,可在混凝土桥面、钢铁桥梁表
面、桥墩以及涵洞等处大量使用。PMMA 材料还具有极其优异的耐紫外线、抗
氧化性的性能,历经长达20年以上的户外暴晒依然不变色、不粉化,是迄今为
止可以在室外使用20年以上的材料之一。
英国诸多桥面防水公司(如 Stirling Lloyd UK 公司)以及日本三菱的PMMA
美国工程化学防护涂料技术衍生于德国Degussa公司。 Stirling Lloyd UK公司的
MMA系列产品通过了 BBA(British Board of Agrément - Construction Products
and Installer Approvals)认证[8]
。在美国 PMMA防护涂料的应用实例也不少[9-10]
如:纽约的华盛顿大桥、佛罗里达州的阳光高架桥都使用了 PMMA 防护涂料。
我国香港的青马大桥、深圳湾公路大桥都使用了PMMA 防护涂料;沪宁线高速
铁路工程采用 PMMA 防护涂料作为混泥土桥梁面防水层已施工完毕,广珠线城
际轨道也在设计采用 PMMA 防护涂料。美国工程化学公司与湖南湘江涂料集团 2
公司已经进行了 PMMA 防护涂料的相关研发和应用试验。国内 PMMA 防护涂
料的研究和应用才刚刚起步,因而具有广阔的发展空间和可观的应用前景。
 
2. PMMA 防护涂料组成与固化机理
PMMA 防护涂料主要由基料、引发剂、促进剂组成,可以根据实际需要进
行多种形式的包装,比如可以将促进剂加入基料作为 A 组分、纯基料作为 B 组
分、引发剂作为C组分,在喷涂前将C组分加入 B组分混合均匀后即可与A 组
分用双组分喷涂机进行施工。
由于甲基丙烯酸甲酯容易在室温下聚合, 为了保证产品的储存稳定性和提高
涂膜的断裂伸长率,通常将基料做成MMA预聚物、乙烯基单体交联剂以及增塑
剂等的混合物。
PMMA 防护涂料能常温下通过自由基聚合从而固化成膜。引发剂(过氧化
物)与促进剂在常温下能发生氧化还原反应而产生自由基(见式 1) ,因此可以
在低温条件下引发链式聚合反应(见式 2) 。为了确保聚合反应的顺利进行,避
免空气中氧气的阻聚作用,基料中还需要加入除氧剂。
 
3. PMMA防护涂层的主要性能指标及特点
PMMA防护涂料主要性能参考指标见表1:
表 1 某城际轨道 PMMA 防护涂料的部分性能指标
项目名称  性能指标
拉伸强度(MPa)  ≥11.0
断裂伸长率(%)  ≥135
抗撕裂强度(N/mm) ,膜厚 2mm  ≥60
不透水性  1.8Mpa,24h  不透水  3
耐碱性,饱和 Ca(OH)2溶液,500h  无开裂,无起皮剥落
固体含量(%)  ≥ 95
表干时间 (min)  ≤30@5℃; ≤10@40℃
实干时间 (min)  ≤60@5℃; ≤30@40℃
与混凝土粘接强度 (MPa)  ≥2.5
与混凝土剥离强度 (N/mm)  ≥3.5
PMMA防护涂料具有许多突出的优点:
(1)  快速固化:一小时内完全固化付诸使用;多次涂装过程之间无需额外等
待时间; 一天之内即可完工, 明显缩短了工程工期, 有效地节约了成本; 
(2)  低温应用:能在低至-5℃的环境中涂装;可应用于冷藏室地坪、低温房
间;
(3)  材料粘度低:易于施工;底漆能够渗透底材;粘度随温度变化小;
(4)  耐化学品性能优良;抗污性能优良、防滑效果好;
(5)  耐紫外光老化性能优良:无论在室内还是在户外均可应用;不会粉化;
不会黄变;
(6)  高固体分:不含溶剂、符合 VOC 规则,VOC 低于 100g/L;不会老化
变硬;在使用期内能保持柔韧性;
(7)  强度、韧性可根据应用要求进行调整;
(8)  应用广泛: 适用于混凝土底材、 木质底材、 瓷砖底材等; 有涂料体系 (清
漆或者色漆) 、自流平体系、石英砂地坪体系和碎石地坪体系等;
(9)  优质的高树脂含量地坪体系:涂膜无孔;涂膜难以渗透;
(10) 性能优良的聚合物水泥体系:裂缝修补;道路窝穴填补;结构维护、接
头修补、跑道修补、高速公路与桥面修补等;
(11) 防滑耐磨无缝涂膜,维护方便;
(12) 使用安全:不含致癌物;不会引起生育缺陷;不会诱导有机机体突变;
在通常的暴露水平下不会危害健康;不释放温室气体,不破坏臭氧层;
固化体系能通过 USDA  和 FDA 许可;能通过美国 NSF (National
Sanitation Foundation)认证;
为了达到 PMMA防护涂料强度和柔韧性的平衡, 研发者设计了专门的 MMA
预聚物。尽管 PMMA 涂膜的断裂伸长率低于聚脲材料,但对于一般的工程应用
已经足够,况且 PMMA 防护涂料具有优异的耐老化性能,这是芳香族聚脲无法
达到的;即使脂肪族聚脲具有优良的耐老化性能,但因其价格过高(一般是芳香
族聚脲和PMMA防护涂料价格的 2~3倍) ,难以大规模使用,通常只能作为芳
香族聚脲层的表面保护材料以提高其耐候性。
在实际应用上,PMMA 防护涂料与聚脲相比有很多优点(见表 2) 。PMMA
防护涂料使用方便,施工时不需要加热,对设备的要求低,而聚脲施工需要造价
高昂的专门喷涂机器;PMMA 防护涂料的固化速度可调节范围宽,有利于提高
对底材的附着力,而芳香族聚脲瞬间固化导致难以润湿底材、对底材的附着力欠
佳。
 
  4
 
 
 
表 2  PMMA防护涂料与聚脲的典型应用特点对照
聚脲
特征
 
项目
PMMA防护涂料
芳香族聚脲  脂肪族聚脲
涂膜柔韧性  良好  优良  优良
涂膜抗老化性  优异  差  优良
涂料固化速度  快速(可调节范围宽) 超快 (可调节范围
极窄)
快速 (可调节范围
较宽)
涂料施工方式  喷涂、刮涂、辊涂  喷涂  喷涂、刮涂、辊涂
湿度敏感性  不敏感(可在潮湿环
境中施工)
敏感  敏感
涂料环保性能  不含溶剂,高固含量,
无污染,对环境友好
游离NCO有环境
污染隐患
游离NCO有环境
污染隐患
涂料施工材料温度  无需加热 65 ~ 75 ℃预热
(喷涂)
65 ~ 75 ℃预热
(喷涂) ;
 
4.  施工工艺及设备
PMMA 防护涂料施工前需要对底材进行表面处理。以混凝土底材为例,所
有使用 PMMA 防护涂料(厚度范围在 1mm 到 3mm 之间)的混凝土面板必须
使用机械工具处理 (如真空喷砂清理) , 使其表面处理的粗糙度达到 CSP3~CSP5
[11]
。在涂覆 MMA 防水涂料之前,应在处理好的混凝土表面做一道低黏度 MMA
树脂基层处理剂以封闭混凝土、提高防水膜和底层的黏结强度。基层处理剂完工
后禁止车辆经过,以免造成污染。用指甲轻刮表面,检查干燥剂是否完全固化,
完全固化时表面应不留痕迹;当基层处理剂完工固化并经拉力测试合格后,方可
进行 PMMA防水层施工。
PMMA 防水膜施工应连续施工,若因天气等问题造成防水膜施工中断,则
应预留出搭接区域;第一层施工后半个小时即可施工下一层。当下一层施工搭接
该位置时,如因搁置时间已超过 24小时,搭接位置则需用丙酮擦拭涂层表面进
行处理,而基层处理层只用砂纸轻轻打磨便可。
PMMA防护涂料可以进行喷涂、刮涂、辊涂(见图 1)施工。就喷涂而言,可
选的设备有重庆长江喷涂机、美国固瑞克喷涂机[12]
等,比如固瑞克 Hydra-cat
68:1机械式双组分混合设备(见图 2) 。喷涂设备通常包括如下组成部分:(1)高
压力输送转移泵; (2)完全气动防爆设计; (3)双组分比例固定互锁设计; (4)带快速
清洗的预混器; (5)静态混合装置和熟化管; (6)具有反冲洗功能的单组分高性能喷
枪。图 3为沪宁高铁 CRTS I型板 PMMA喷涂现场所采用的设备。  5
 
图 1  PMMA涂料辊涂施工

     
图 2 Hydra-cat 68:1机械式双组分混合设备
  
图 3 沪宁高铁 CRTS I 型板 PMMA喷涂现场
 
5.  典型应用领域及应用实例
目前 PMMA 防护涂料已经覆盖的应用领域主要包括以下几个方面:
(1)  铁路建筑结构表面防护:地铁、混凝土桥梁和桥墩(见图 4)、钢铁桥
梁表面、涵洞、高速铁路桥面、城际轨道桥面等。PMMA 防护涂可以渗
透进微细裂缝和孔隙中,在表面形成薄膜,起到很好的表面封闭作用,
可以有效地保护混凝土。 沪宁城际轨道线上喷涂 PMMA 防护涂料的区域
有桥面和边沟(见图 5和图 6)。  6
 
图 4 混凝土桥梁和桥墩
 
图 5 沪宁线桥面 PMMA 膜
 
 
图 6 沪宁线边沟 PMMA 膜
(2)  公路建筑结构表面防护:公路桥(见图7)、匝道、互通便道、立转开
启式桥梁、旋转桥等。PMMA膜对公路以及公路桥表面可以进行有效防
护。
    
图 7 公路桥面
(3)  水下结构混凝土表面防护:PMMA 膜疏水性表面有利于对水下混凝土结
构表面防护(见图 8)。
 
图 8水下结构表面  7
(4)  室外地坪防滑与装饰:人行道、人行跨线桥、体育场等。鉴于 PMMA 膜
耐紫外光老化性能优良、不粉化、不黄变、防滑耐磨、经久耐用,在室
外获得广泛应用,如跨线人行天桥路面(见图9和图 10) 。
 
图 9 天桥地坪 1
 
图 10 天桥地坪 2
(5)  室内地坪和墙面:陈列室、图书馆、实验室、体育馆、幼儿园、食品饮
料工业、纸浆和造纸工厂、制药工业、塑料工业、电子工业、化工厂、
汽车厂、餐馆酒店、冷库、停车场、车库、仓库、展厅、食品杂货店、
超市、培训场地、卫生间、盥洗室、更衣室、阳台等。由于 PMMA 防护
涂料使用安全,可以在室内大量使用;PMMA防护涂料还可以掺杂石英
砂或者碎石固化成膜后打磨成防滑耐用的地坪,如幼儿园地坪(见图
11) 、工厂车间地坪(见图 11)、车库地坪(见图 13)、厕所地坪(见图
14)等。
 
图 11 幼儿园地坪
 
图 12 车间地坪
 
图 13 车库地坪
 
图 14 厕所地坪 8
 
6.  结束语
PMMA 防护涂料作为一种新型防护材料,具有优异的综合性能,拥有广阔
的市场前景, 亟待涂料制造商、 原料供应商和设备供应商共同促进其发展和壮大。 
 
参考文献
[1] S. Deb, R. Doiron, L. DiSilvio, etc. PMMA bone cement containing a
quaternary amine co monomer with potential antibacterial properties.
Journal of Biomedical Materials Research Part B: Applied Biomaterials.
85B(1):130-139
[2] Reiner Kreis. Short curing times for the polymer concrete[J]. International
Journal of Cement Composites and Lightweight Concrete. 7(1):49-54
[3]  Mariano Velez. Chapter 8:Concrete and Cement.  Ceramic and Glass
Materials[M].2008, 135-150
[4]  高承志.牙科树脂及水门汀材料:理论与临床[M].北京:人民军医出版
社,2008
[5]  诺埃尔.P.梅尔瓦格纳姆.混凝土结构的修复与防护[M].姜迎秋译.天津:
天津大学出版社,1995
[6]  蒋元酮, 韩素芳. 混凝土工程病害与修补加固[M]. 北京: 海洋出版社, 1996
[7]  李华,缪昌文,金志强.水泥混凝土路面修补技术[M].北京:人民交通出
版社,1999
[8] http://www.stirlinglloyd.com/uk_worldwide/products/bridges/seamless/eli
minator/eliminator-1-of-3.htm
[9] http://www.mmafloors.com/features.html
[10] http://www.dur-a-flex.com/our_products/flooring_detail.aspx?sid=2
[11]  国际混凝土修复协会(ICRI).对表面密封层、涂层和聚合物覆盖层所需要
的混凝土表面处理的选择和规范要求[S]. 1997,指南编号:No.03732
[12] http://public.graco.be/0/?d=210
 
Progress in Technology & Application of Novel Type of Protective Coatings
Based on PMMA 
 
Abstract:This article introduces the components, curing mechanism,
properties as compared with polyureas, application methods, and applied
fields of PMMA protective coating. PMMA coating, including clear or
pigmented coating system,  self-levelling system ,  quartz broadcast
system , and chip broadcast system ,etc.,is a novel type of material based
on Methyl Methacrylate (MMA) resins, which can form a tough, flexible
seamless membrane with excellent UV resistance ,good chemical
resistance ,easy maintenance, and good slip resistance, for the
protection of substrates as follows, concrete ,wood, tile, and steel
structures,etc..  
 
Keywords : PMMA, protective coating, concrete protection, steel  9
structures protection, rapid cure,flooring
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