新型聚氨酯保溫材料的研制

王耀西 羅曉明

摘 要：本文主要從四個方面分析了新型聚氨酯保溫材料的優(yōu)勢，并結(jié)合實驗淺談了新型聚氨酯保溫材料的研制過程以及該種材料的相關(guān)應用。

關(guān)鍵詞：聚氨酯；節(jié)能減排；應用效果；優(yōu)勢

中圖分類號：TQ323.8 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）19-0001-02

隨著我國經(jīng)濟快速增長，城市化進程不斷加快，我國建筑能耗總體呈現(xiàn)上升趨勢。相關(guān)統(tǒng)計資料顯示，我國建筑總體能耗已經(jīng)占到社會總體能耗的45%，其中建筑施工能耗約占到30%，建筑材料能耗約占到15%。如此高的建筑能耗與我國現(xiàn)行的“節(jié)能減排”政策并不相符，只有不斷研制新型節(jié)能環(huán)保保溫材料才能降低建筑能耗，促進我國經(jīng)濟走向“可持續(xù)發(fā)展”的道路。

1 綠色建材的先鋒者——新型聚氨酯保溫材料

聚氨酯屬于高分子合成材料，其分子結(jié)構(gòu)主鏈上含有許多-NH-COO-聚合物，通常稱為聚氨基酸甲酸酯，簡稱聚氨酯（PU）。隨著生產(chǎn)技術(shù)不斷進步，聚氨酯工業(yè)制品的種類越來越多，依據(jù)材料性能不同可將聚氨酯分為軟質(zhì)、硬質(zhì)、半硬質(zhì)泡沫塑料、彈性體、防水涂料、纖維、鋪裝材料、體育產(chǎn)品等。

由于材料物理性能穩(wěn)定、保溫性能好、延伸率高、材料強度高、耐候性強、經(jīng)過阻燃處理后還能滿足國家防火等級，新型聚氨酯材料廣泛應用于保溫領(lǐng)域，是我國實行綠色建筑化管理后首選的保溫材料。

2 新型聚氨酯保溫材料的優(yōu)勢

2.1 導熱系數(shù)低，節(jié)約土地面積

眾所周知，聚氨酯材料的分子結(jié)構(gòu)是全封閉泡孔結(jié)構(gòu)，且該材料的閉孔率≥90%。聚氨酯材料的結(jié)構(gòu)特性使得該材料具備優(yōu)良的保溫性能，其導熱系數(shù)在0.017-0.020W/MK之間，遠低于巖棉和聚苯板的導熱系數(shù)。導熱系數(shù)低，意味著在傳遞同樣的熱量時，選用聚氨酯作為保溫材料，其材料厚度是所有保溫材料中最薄的。舉例而言，為了達到同樣的保溫效果，使用巖棉作為保溫材料的厚度為200mm，而采用聚氨酯作為保溫材料的厚度為100mm。在使用面積相同的情況下，能夠節(jié)約1%的建筑面積；而在容積率相同情況的下，能夠節(jié)約1%的土地面積。

2.2 穩(wěn)定性能好，提高使用壽命

聚氨酯具有良好的穩(wěn)定性，其溫度適用范圍非常寬泛。無論是在高溫環(huán)境或是寒冷環(huán)境里，材料主要性能不會發(fā)生改變，也不會影響材料的使用壽命。將聚氨酯保溫材料應用在建筑外墻保溫領(lǐng)域，能夠減少極端天氣對保溫材料物理性能的影響，從而為用戶打造一個舒適、安逸的室內(nèi)環(huán)境。此外，聚氨酯材料物理性能極其穩(wěn)定，能夠抵御多種強酸、強堿溶劑。在建筑外墻施工中，聚氨酯保溫材料直接與油性涂料接觸，也不會發(fā)生腐蝕、滲透的現(xiàn)象。

2.3 生產(chǎn)能耗低，減少環(huán)境破壞

目前，我國的聚氨酯生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)有了很大程度的提升，采用智能化生產(chǎn)線將原料混合后壓成板狀保溫材料，能夠大大提升生產(chǎn)效率，同時降低生產(chǎn)能耗。就該種材料而言，其生產(chǎn)過程和材料本身都具備低能耗、低排放、低污染的優(yōu)勢；在生產(chǎn)過程中，高分子保溫材料具備無機材料沒有的節(jié)能優(yōu)勢，例如生產(chǎn)巖棉保溫材料時，需要經(jīng)過2000℃的高溫過程，該生產(chǎn)工藝會消耗大量的能源，同時還會排出巖絮，不僅會對周邊空氣造成污染，也不利于公工人的人身健康。

聚氨酯的結(jié)構(gòu)是全封閉泡孔結(jié)構(gòu)，在原材料生產(chǎn)過程中能夠減少原材料的使用，優(yōu)化現(xiàn)有生產(chǎn)工藝。與傳統(tǒng)保溫材料生產(chǎn)工藝相比，無需采用其他材料提升保溫材料的界面粘接力，減少了生產(chǎn)環(huán)節(jié)對環(huán)境的影響。

3 新型聚氨酯保溫材料的研制

3.1 實驗

在實驗過程中，制備新型聚氨酯保溫材料的主要原料是：丙三醇、乙二醇等；其他化學試劑為：PAPI、蔗糖聚醚、胺類、HCFC-141b、PET及二甲基硅氧烷等。使用電動攪拌機、真空干燥箱、旋片式真空泵、加熱設(shè)備等儀器作為實驗設(shè)備。為了滿足實驗要求，盡可能地達到理想指標，需對實驗用改性劑和保溫材料進行制備。

將經(jīng)過處理的PET材料加入到三口燒杯中，并加入定量的多元醇（丙三醇與二甘醇混合物、二甘醇等），使用電子加熱設(shè)備將PET材料溶解，繼續(xù)提升溫度直到燒杯中的液體沸騰后，打開攪拌器對液體進行攪拌，待杯內(nèi)液體變?yōu)橥该鳡顟B(tài)時，改性劑就制作完成。將杯內(nèi)所得的改性劑分別編號為1#、2#、3#、4#。

將定量的蔗糖聚醚、催化劑、發(fā)泡劑、二甲基硅烷放入燒杯中，并按照標準加入制備好的改性劑，使用攪拌棒將兩種液體混合成為制備聚氨酯材料的A料，稱取一定重量的A液，再加入PAPI中，將兩者混合攪拌，待完全混合后倒入到模具中使其發(fā)泡。待完全冷卻之后，就能得到新型聚氨酯保溫材料。

3.2 結(jié)果與討論

本段主要從四個方面對聚氨酯保溫材料的性能進行分析，一是改性劑對聚氨酯保溫材料的成型時間的影響；二是不同改性劑對聚氨酯保溫材料密度影響；三是不同改性劑對保溫材料導熱系數(shù)影響；四是改性劑種類對保溫材料壓縮強度的影響。

改性劑加入的體量不同對整個制備過程影響也不同。由于改性劑活性不同，聚氨酯材料發(fā)泡及成型時間也會發(fā)生相應變化。改性劑體量對聚氨酯保溫材料發(fā)泡及成型時間的影響如圖1、圖2所示。

由圖1、圖2可知，加入四組改性劑之后，聚氨酯保溫材料的發(fā)泡及成型時間都隨著改性劑量的增多而減少。由此可得出結(jié)論，制備過程的反應速度與改性劑的反應體系有關(guān)，該實驗中的改性劑還有大量的聚酯多元醇，多元醇中的伯羥基能夠提高反應更慘中的活性，進而縮短了發(fā)泡及成型時間。

在制備過程中加入聚酯多元醇的改性劑后，不僅能夠提升反應的活性，還能改變聚氨酯材料表面的結(jié)構(gòu)孔隙率，進而影響材料本身的密度。改性劑加入體量對聚氨酯保溫材料密度影響如圖3所示。

由圖3可知，不同的改性劑對保溫材料的密度會有影響，但是影響程度不大，材料密度基本維持在35kg-42kg/m3。由此可得出結(jié)論，改性劑的種類不同并不會增加新型聚氨酯保溫材料的密度，對材料生產(chǎn)制造成本不會有太多影響。

導熱系數(shù)是衡量保溫材料物理性能的重要指標，經(jīng)過實驗得出，加入四種同等重量的改性劑對聚氨酯保溫材料導熱系數(shù)影響如表1。

由表1中的數(shù)據(jù)分析可知，加入改性劑后，保溫材料的導熱系數(shù)均未發(fā)生改變。進而得出結(jié)論，影響聚氨酯導熱系數(shù)的直接因素是：材料表面孔隙內(nèi)氣體的導熱系數(shù)，原料種類及制備工藝引起的材料表面孔隙變化，氣體擴散等作用引起的絕熱性能降低。綜合分析可得，影響導熱系數(shù)變化的根本原因是原料種類及制備工藝引起的材料表面孔隙變化。

保溫材料的壓縮強度是其重要的性能指標，當在屋面使用聚氨酯材料作為保溫材料時，壓縮強度指標極為重要。結(jié)合上述實驗數(shù)據(jù)匯總數(shù)據(jù)，表2為不同種類改性劑對保溫材料壓縮強度影響。

由表2可知，加入改性劑之后保溫材料的壓縮強度都有所提升。這說明加入改性劑之后，聚氨酯保溫材料的表面結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變，交聯(lián)部分所占比例增加，從而使得材料的壓縮強度增大。

4 新型聚氨酯保溫材料的應用

在建筑外墻保溫施工中，使用鋁塑板不僅能提升建筑裝飾效果，還能提升面板的抗壓強度，優(yōu)化施工流程，降低施工成本。采用噴涂法施工后，聚氨酯的體積會膨脹變形，為了保證結(jié)構(gòu)尺寸不受影響，可以在模板的四周設(shè)計支撐圍擋，防止聚氨酯體積形變影響周圍結(jié)構(gòu)；此外，為保證鋁塑板和聚氨酯之間的粘接性，可使用膠粘劑增強兩者之間粘性，并使用螺釘將鋁塑板固定在墻面上再進行澆筑。在澆筑過程中，應保證澆筑速率均勻、澆筑墻面應平整，且建筑方向要與模板方向保持一致，同時在澆筑環(huán)節(jié)應該注意墻面的含水率不能超過8%，并在常溫條件下養(yǎng)護。采用這種方法能夠提升聚氨酯保溫材料的密封性和防水性，能避免水蒸氣浸入墻體，從而避免保溫材料與墻體分離的現(xiàn)象發(fā)生，對減少墻體滲漏也有實際意義。

5 結(jié)語

總而言之，聚氨酯保溫材料是目前保溫市場上性能最佳的保溫材料。我國該種材料市場占有率不足20%，而發(fā)達國家已經(jīng)占到保溫市場總量的50%。目前聚氨酯保溫材料仍在推廣階段，該材料對施工人員的施工技術(shù)和施工素質(zhì)要求較高，這是其不能普及應用的主要原因。相信隨著我國環(huán)保力度不斷加大，對保溫材料節(jié)能減排標準不斷提升，新型聚氨酯保溫材料將會得到廣泛應用。

參考文獻

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