有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合阻燃保溫材料的制備與性能分析

吳迪　趙洪凱

【摘 要】本文采用水泥包裹發(fā)泡聚苯乙烯顆粒摻雜聚氨酯硬泡制得多組分阻燃有機(jī)保溫材料，合理設(shè)計(jì)全水發(fā)泡聚氨酯的最合理配比，探討不同發(fā)泡水泥包裹聚苯顆粒摻量及不同聚氨酯摻量對(duì)復(fù)合保溫材料的泡孔體系、導(dǎo)熱系數(shù)及力學(xué)性能的影響，表明有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合阻燃保溫材料具有較好的性能。

【關(guān)鍵詞】聚苯顆粒；聚氨酯；有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合；阻燃

0 引言

建筑節(jié)能發(fā)展有利于我國(guó)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)和資源節(jié)約型社會(huì)建設(shè)[1]。有機(jī)保溫板主要有EPX ，XPX，PU，雖然導(dǎo)熱系數(shù)低，但防火性能差，存在巨大安全隱患。無(wú)機(jī)類保溫板主要有珍珠巖水泥板、傳統(tǒng)保溫砂漿等，防火性能好，但保溫隔熱性并不理想[2-3]。保溫砂漿是隔熱性能很好的材料，傳統(tǒng)保溫砂漿吸水率很大，低容重標(biāo)準(zhǔn)不足，同時(shí)抗裂性、施工性偏低，其應(yīng)用有很大局限性[4-5]。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

4，4，—二苯基甲烷二異氰酸酯（粗 MDI），工業(yè)品，上海安寧化工科技有限公司；聚醚多元醇，牌號(hào)4100B，南京杰拉華聚氨酯有限公司；三乙醇胺，試劑級(jí)，哈爾濱市正遠(yuǎn)精細(xì)化工廠；二月桂酸二丁基錫，試劑級(jí)，上海銳一貿(mào)易有限公司。勻泡劑，工業(yè)品，南京德美創(chuàng)世有限公司；蒸餾水，自制；聚苯顆粒。

1.2 試樣制備

稱取定量聚醚多元醇、三乙醇胺、硅油、二月桂酸二丁基錫和水并在500ml塑料杯中攪拌均勻，然后按化學(xué)計(jì)量配比稱量粗MDI（異氰酸酯指數(shù)為1.05）倒入混合物中，迅速使用高速攪拌機(jī)攪拌10s左右，待物料發(fā)白，把物料倒入聚苯顆粒（發(fā)泡水泥包裹）中迅速攪拌均勻后裝入模具，加壓90s后卸壓，約30min后開(kāi)始拆模，取出樣品。

1.3 性能測(cè)試與結(jié)構(gòu)表征

（1）密度的測(cè)定：根據(jù)B/T6343-1986制樣，制樣72h以后進(jìn)行測(cè)試。按國(guó)標(biāo) GB6343，把泡沫加工成5cm×5cm×5cm的立方體，用電子天平稱重，同種樣品測(cè)試3個(gè)試樣。計(jì)算公式如下：

ρc—表觀密度，單位kg/m3；m—試樣質(zhì)量，單位g；V—試樣體積，單位cm3。

（2）導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)試：RPUF導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試，測(cè)試方法采用雙平板法測(cè)量固態(tài)材料導(dǎo)熱系數(shù)。參照防護(hù)板法導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)GB10294-88，制成300mm×300mm×30mm的試樣，用游標(biāo)卡尺測(cè)量厚度，用導(dǎo)熱系數(shù)儀器進(jìn)行測(cè)量，熱板溫度為55℃，冷板溫度為35℃。

（3）掃描電子顯微鏡（SEM）分析：對(duì)試樣斷面噴金，干燥24小時(shí)，再利用JSM-5610LV型掃描電子顯微鏡觀察斷面微觀結(jié)構(gòu)，找出表面比較典型區(qū)域，掃描拍片，記錄。

2 結(jié)果與分析

2.1 聚氨酯和聚苯顆粒對(duì)復(fù)合體系密度的影響

表1表示聚苯顆粒（發(fā)泡水泥包裹）摻量不變，不同聚氨酯含量對(duì)聚苯顆粒摻雜聚氨酯硬泡復(fù)合體系密度影響，當(dāng)聚氨酯加入量逐漸增加，復(fù)合體系密度逐漸升高。因?yàn)樵谀撼尚瓦^(guò)程中，體系受到壓力作用使聚氨酯泡孔間內(nèi)聚力增強(qiáng)，交聯(lián)密度變大，密度變大。

表1 聚氨酯的含量對(duì)復(fù)合體系密度的影響

當(dāng)聚氨酯摻量不變，不同聚苯顆粒（發(fā)泡水泥包裹）含量對(duì)聚苯顆粒摻雜聚氨酯硬泡復(fù)合體系密度的影響，隨著聚苯顆粒的增加，復(fù)合體系密度出現(xiàn)先上升后下降趨勢(shì)。因?yàn)榫郾筋w粒摻量過(guò)多時(shí)，不能在短時(shí)間內(nèi)使聚氨酯與聚苯顆?；彀杈鶆?，在模壓成型后復(fù)合體系內(nèi)會(huì)出現(xiàn)大量的空隙，使體系體積增大，密度下降。

2.2 導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)定

當(dāng)聚苯顆粒（發(fā)泡水泥包裹）摻量為170g時(shí)，不同聚氨酯摻量對(duì)復(fù)合體系導(dǎo)熱系數(shù)影響。隨著聚氨酯摻量增加，體系導(dǎo)熱系數(shù)逐漸降低。因?yàn)榫郯滨ビ才荼旧韺?dǎo)熱系數(shù)較低，對(duì)復(fù)合體系導(dǎo)熱系數(shù)影響較大。

當(dāng)聚氨酯含量為190g時(shí)，不同聚苯顆粒（發(fā)泡水泥包裹）摻量對(duì)復(fù)合體系導(dǎo)熱系數(shù)影響。通過(guò)圖表可以看出，整個(gè)體系導(dǎo)熱系數(shù)呈現(xiàn)出開(kāi)始緩慢上升后來(lái)迅速上升趨勢(shì)。因?yàn)榫郾筋w粒摻量較少時(shí)，聚氨酯均勻分布在聚苯顆粒表面并存在一定厚度，對(duì)聚氨酯發(fā)泡及其泡孔結(jié)構(gòu)沒(méi)有影響，故導(dǎo)熱系數(shù)較低；在聚苯顆粒摻量增加到180g時(shí)，體系的導(dǎo)熱系數(shù)快速增高至0.0447W/（m·K），原因是聚苯顆粒摻量過(guò)多，不能保證每個(gè)聚苯顆粒表面均有一層聚氨酯薄膜，導(dǎo)致復(fù)合體系發(fā)泡不均，存在大量貫通空及大孔，因此導(dǎo)熱系數(shù)變大。

2.3 聚苯顆粒（發(fā)泡水泥包裹）摻雜聚氨酯硬泡復(fù)合體系形態(tài)分析

聚苯顆粒摻雜聚氨酯保溫材料的微觀形態(tài)分析，如圖1所示。分析表明聚氨酯膠液在大量聚苯顆粒間隙內(nèi)發(fā)泡，由于顆粒障礙，使得聚氨酯泡孔變得不規(guī)則，同時(shí)微觀上存在一定的大孔隙及貫通孔，這使得制品密度降低、強(qiáng)度降低、導(dǎo)熱性能變差。

3 總結(jié)

聚苯顆粒（發(fā)泡水泥包裹）摻雜聚氨酯硬泡復(fù)合體系制備過(guò)程中，隨著聚氨酯摻量增加，復(fù)合體系的密度及力學(xué)性能都表現(xiàn)出上升趨勢(shì)，而導(dǎo)熱系數(shù)逐步減小，綜合性能良好，但是成本較高并不利于普遍應(yīng)用。因此本文建議聚氨酯摻量不宜超過(guò)190g。當(dāng)聚苯顆粒摻量為170g時(shí)，聚苯顆粒摻雜聚氨酯硬泡復(fù)合體系表現(xiàn)出良好的力學(xué)性能。繼續(xù)增加聚苯顆粒用量時(shí)，體系出現(xiàn)很多大孔及貫通孔，導(dǎo)致體系拉伸強(qiáng)度、壓縮強(qiáng)度及密度下降，導(dǎo)熱系數(shù)升高。故聚苯顆粒摻量不應(yīng)超過(guò)170g。通過(guò)調(diào)節(jié)催化劑、發(fā)泡劑、勻泡劑用量，對(duì)異氰酸酯指數(shù)調(diào)整，確定異氰酸酯與聚醚多元醇正確配合比，得出最佳全水發(fā)泡聚氨酯硬泡的配方。

【參考文獻(xiàn)】

[1]牟湘蕓.淺談我國(guó)建筑節(jié)能的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].環(huán)保·節(jié)能，2014（2）：21-23.

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[責(zé)任編輯：朱麗娜]