新型聚氨酯保溫材料的研制

1 绿色建材的先锋者——新型聚氨酯保溫材料

聚氨酯属于高分子合成材料,其分子结构主链上含有许多-N H-C O O-聚合物,通常称为聚氨基酸甲酸酯,简称聚氨酯(P U)。随着生产技术不断进步,聚氨酯工业制品的种类越来越多,依据材料性能不同可将聚氨酯分为软质、硬质、半硬质泡沫塑料、弹性体、防水涂料、纤维、铺装材料、体育产品等。

由于材料聚氨酯保溫板物理性能稳定、保温性能好、延伸率高、材料强度高、耐候性强、经过阻燃处理后还能满足国家防火等级,新型聚氨酯材料广泛应用于保温领域,是我国实行绿色建筑化管理后首选的保溫材料。

2 新型聚氨酯保溫材料的优势

2.1 導熱系數低,節約土地面積

衆所周知,聚氨酯材料的分子結構是全封閉泡孔結構,且該材料的閉孔率≥90%。聚氨酯材料的結構特性使得該材料具備優良的保溫性能,其導熱系數在0.017-0.020W/MK之間,遠低于岩棉和聚苯板的导热系数。导热系数低,意味着在传递同样的热量时,选用聚氨酯作为保溫材料,其材料厚度是所有保溫材料中最薄的。举例而言,为了达到同样的保温效果,使用岩棉作为保溫材料的厚度为200mm,而采用聚氨酯作为保溫材料的厚度为100 m m。在使用面积相同的情况下,能够节约1%的建筑面积;而在容积率相同情况的下,能够节约1%的土地面积。
2.2 穩定性能好,提高使用壽命

聚氨酯具有良好的稳定性,其温度适用范围非常宽泛。无论是在高温环境或是寒冷环境里,材料主要性能不会发生改变,也不会影响材料的使用寿命。将聚氨酯保溫材料应用在建筑外墙保温领域,能够减少极端天气对保溫材料物理性能的影响,从而为用户打造一个舒适、安逸的室内环境。此外,聚氨酯材料物理性能极其稳定,能够抵御多种强酸、强碱溶剂。在建筑外墙施工中,聚氨酯保溫材料直接与油性涂料接触,也不会发生腐蚀、渗透的现象。
2.3 生産能耗低,減少環境破壞

目前,我国的聚氨酯生产技术已经有了很大程度的提升,采用智能化生产线将原料混合后压成板状保溫材料,能够大大提升生产效率,同时降低生产能耗。就该种材料而言,其生产过程和材料本身都具备低能耗、低排放、低污染的优势;在生产过程中,高分子保溫材料具备无机材料没有的节能优势,例如生产岩棉保溫材料时,需要经过2000℃的高温过程,该生产工艺会消耗大量的能源,同时还会排出岩絮,不仅会对周边空气造成污染,也不利于公工人的人身健康。

聚氨酯的结构是全封闭泡孔结构,在原材料生产过程中能够减少原材料的使用,优化现有生产工艺。与传统保溫材料生产工艺相比,无需采用其他材料提升保溫材料的界面粘接力,减少了生产环节对环境的影响。


3 新型聚氨酯保溫材料的研制3.1 实验

在实验过程中,制备新型聚氨酯保溫材料的主要原料是:丙三醇、乙二醇等;其他化学试剂为:PAPI、蔗糖聚醚、胺类、HCFC-141b、PET及二甲基硅氧烷等。使用电动搅拌机、真空干燥箱、旋片式真空泵、加热设备等仪器作为实验设备。为了满足实验要求,尽可能地达到理想指标,需对实验用改性剂和保溫材料进行制备。

将经过处理的P E T材料加入到三口烧杯中,并加入定量的多元醇(丙三醇与二甘醇混合物、二甘醇等),使用电子加热设备将P E T材料溶解,继续提升温度直到烧杯中的液体沸腾后,打开搅拌器对液体进行搅拌,待杯内液体变为透明状态时,改性剂就制作完成。将杯内所得的改性剂分别编号为1#、2#、3#、4#。

将定量的蔗糖聚醚、催化剂、发泡剂、二甲基硅烷放入烧杯中,并按照标准加入制备好的改性剂,使用搅拌棒将两种液体混合成为制备聚氨酯材料的A料,称取一定重量的A液,再加入PAPI中,将两者混合搅拌,待完全混合后倒入到模具中使其发泡。待完全冷却之后,就能得到新型聚氨酯保溫材料。
3.2 結果與討論

本段主要从四个方面对聚氨酯保溫材料的性能进行分析,一是改性剂对聚氨酯保溫材料的成型时间的影响;二是不同改性剂对聚氨酯保溫材料密度影响;三是不同改性剂对保溫材料导热系数影响;四是改性剂种类对保溫材料压缩强度的影响。

改性剂加入的体量不同对整个制备过程影响也不同。由于改性剂活性不同,聚氨酯材料发泡及成型时间也会发生相应变化。改性剂体量对聚氨酯保溫材料发泡及成型时间的影响所示。

可知,加入四组改性剂之后,聚氨酯保溫材料的发泡及成型时间都随着改性剂量的增多而减少。由此可得出结论,制备过程的反应速度与改性剂的反应体系有关,该实验中的改性剂还有大量的聚酯多元醇,多元醇中的伯羟基能够提高反应更惨中的活性,进而缩短了发泡及成型时间。

在制备过程中加入聚酯多元醇的改性剂后,不仅能够提升反应的活性,还能改变聚氨酯材料表面的结构孔隙率,进而影响材料本身的密度。改性剂加入体量对聚氨酯保溫材料密度影响如图3所示。

由图3可知,不同的改性剂对保溫材料的密度会有影响,但是影响程度不大,材料密度基本维持在35kg-42kg/m3。由此可得出结论,改性剂的种类不同并不会增加新型聚氨酯保溫材料的密度,对材料生产制造成本不会有太多影响。

导热系数是衡量保溫材料物理性能的重要指标,经过实验得出,加入四种同等重量的改性剂对聚氨酯保溫材料导热系数影响如表1。

由表1中的数据分析可知,加入改性剂后,保溫材料的导热系数均未发生改变。进而得出结论,影响聚氨酯导热系数的直接因素是:材料表面孔隙内气体的导热系数,原料种类及制备工艺引起的材料表面孔隙变化,气体扩散等作用引起的绝热性能降低。综合分析可得,影响导热系数变化的根本原因是原料种类及制备工艺引起的材料表面孔隙变化。

保溫材料的压缩强度是其重要的性能指标,当在屋面使用聚氨酯材料作为保溫材料时,压缩强度指标极为重要。结合上述实验数据汇总数据,表2为不同种类改性剂对保溫材料压缩强度影响。

由表2可知,加入改性剂之后保溫材料的压缩强度都有所提升。这说明加入改性剂之后,聚氨酯保溫材料的表面结构发生了改变,交联部分所占比例增加,从而使得材料的压缩强度增大。


4 新型聚氨酯保溫材料的应用

在建筑外墙保温施工中,使用铝塑板不仅能提升建筑装饰效果,还能提升面板的抗压强度,优化施工流程,降低施工成本。采用喷涂法施工后,聚氨酯的体积会膨胀变形,为了保证结构尺寸不受影响,可以在模板的四周设计支撑围挡,防止聚氨酯体积形变影响周围结构;此外,为保证铝塑板和聚氨酯之间的粘接性,可使用胶粘剂增强两者之间粘性,并使用螺钉将铝塑板固定在墙面上再进行浇筑。在浇筑过程中,应保证浇筑速率均匀、浇筑墙面应平整,且建筑方向要与模板方向保持一致,同时在浇筑环节应该注意墙面的含水率不能超过8%,并在常温条件下养护。采用这种方法能够提升聚氨酯保溫材料的密封性和防水性,能避免水蒸气浸入墙体,从而避免保溫材料与墙体分离的现象发生,对减少墙体渗漏也有实际意义。