中空玻璃微珠改性全水聚氨酯泡沫塑料保温性能影响*

罗 晶 张 兵

(1:吉林建筑工程学院材料科学与工程学院，长春 130118;2:长春科龙节能墙体开发有限公司，长春 130012)

0 引言

中空玻璃微珠，是经特殊工艺制成的薄壁封闭的微小球形颗粒，具有低导热的壁壳及中空结构，其内部是稀薄气体，对热流具有较好的阻碍作用［1］.因此，中空玻璃微珠可作为隔热改性填料用于制备聚合物基隔热材料.本文对中空玻璃微珠进行表面处理，以增加玻璃微珠与泡沫基体的结合力，研究其对全水聚氨酯泡沫导热系数及泡孔结构的影响.

1 实验部分

1.1 实验原料

中空玻璃微珠，粒度0.5 mm～1.5 mm，堆积密度80 kg/m3～100 kg/m3;异氰酸酯(PM-200)，粘度150 MPa～250 MPa·s;-NCO(wt)30.2%～32.0%;全水聚醚多元醇，羟值349(KOH mg/g);偶联剂KH-550;三乙醇胺;二月桂酸二丁基锡;匀泡剂;蒸馏水.

1.2 实验设备及型号

500 mL塑料杯，温度计，模具300 mm×100 mm×100 mm，300 mm×300 mm×30 mm.双套循环水式多用真空泵，SHZ-2000型，巩义市予华仪器有限责任公司.扫描电子显微镜KYKY-2800B，北京中国科学院科学仪器厂.导热系数测定仪DRY-300F，天津弗瑞德科技有限公司.微机控制电子式万能试验机WDW-20，吉林省金立实验技术有限公司.

1.3 试样的制备

将全水聚醚多元醇、三乙醇胺、二月桂酸二丁基锡、匀泡剂、蒸馏水混合均匀，分别将中空玻璃微珠(2 %，4%，6%，8%)加入到聚醚多元醇的混合物中，搅拌均匀，然后按化学计量配比把称量的MDI(异氰酸酯指数为1.07)倒入混合物中，迅速使用高速搅拌机搅拌20 s左右，待物料发白，再迅速把物料倒入模具中，约30 min后开始拆模，取出样品.

2 结果与讨论

2.1 玻璃微珠对聚氨酯泡沫导热系数的影响

聚氨酯在发泡过程中，随着物料粘度的增加，泡孔结构会不断加强，直至泡孔完全封闭形成闭孔.影响硬质聚氨酯泡沫塑料导热系数的因素很多，主要取决于封闭泡孔内气体的导热系数值.本实验采用水为发泡剂，泡孔中气体为CO2，因此全水硬质泡沫塑料的导热系数较高.中空玻璃微珠的内部是稀薄的气体，具有隔热的特性，所以添加中空玻璃微珠对聚氨酯泡沫的导热系数有一定影响.

从图1中可以看出，当中空玻璃微珠添加量为2%时，导热系数降低了6.7%.对含有孔隙的泡沫材料来说，其导热性能便取决于孔隙率和孔隙特征.一般情况下，孔隙率越大，密度越低，导热系数越小.聚氨酯泡沫体的闭孔结构大于90%，中空玻璃微珠的内部是稀薄的气体，因此提高了闭孔率，且2 %的玻璃微珠对材料的密度影响较小，所以导热系数降低.随着玻璃微珠的加入量的增加，泡沫密度增大，导致导热系数增大.

2.2 偶联剂浓度对全水聚氨酯泡沫塑料泡孔结构的影响

图1 中空玻璃微珠的质量分数对导热系数的影响

长时间放置后的玻璃微珠表面需要进行处理.处理的方法是用丙酮浸泡以除去玻璃微珠表面的油污，然后在110℃条件下将其烘干，并对玻璃微珠进行表面改性，将KH-550配成一定质量分数的水溶液.将烘干的玻璃微珠放入上述溶液中浸润15 min，倒掉上层清液，抽滤，然后在110℃条件下干燥后，置于干燥器中保存.

配制浓度分别为0.5%，1%，1.5%，2%，2.5%，3%的KH-550水溶液.当浓度达到3%以后，偶联剂在水溶液中呈现白色絮凝状，说明在3%浓度以上，偶联剂在水溶液中的溶解度已达到过饱和，再增加浓度对表面张力的提高无益.也就是说，浓度过高不能使偶联剂在玻璃微珠上有效的包裹，会降低偶联剂的成膜厚度［2］.因此偶联剂浓度选择在0.5%～2%的范围内比较合适.

不同偶联剂的浓度对玻璃微珠的表面改性影响也不同，这是因为偶联剂的含量影响了表面改性时偶联剂的分散和包覆的均匀性［3］.图2中的(a)，(b)，(c)，(d)分别添加2%的玻璃微珠，偶联剂浓度分别为0.5 %，1.0%，1.5%，2.0%.从图中可以看出，偶联剂浓度为1.0%时，泡孔结构最好;(b)图中取一泡孔，直径为0.52 mm，(d)图中泡孔的横向直径仅为0.25 mm.因此，当浓度为2.0%时，泡孔发泡方向被拉长.用浓度1.0%KH-550处理的玻璃微珠与硬质聚氨酯泡沫塑料基体结合得很好，界面强度较高，起到了增强作用.

图2 偶联剂浓度对聚氨酯泡孔结构的影响

3 结论

(1)中空玻璃微珠中含有稀薄气体，且密度小，因此对导热系数有一定影响.当玻璃微珠的加入量为2 %时，导热系数最低，比全水聚氨酯泡沫的导热系数降低了6.7%;

(2)偶联剂KH-550对中空玻璃微珠表面进行改性处理，能有效改善玻璃微珠的分散性，提高玻璃微珠的浸润性和流动性，从而有助于气泡的稳定和获得较为均匀的泡孔.

［1］王 瞻，李光吉.EVA/中空玻璃微珠隔热复合材料的制备与性能研究［J］.塑料工业，2009，37(8):51.

［2］姜 鑫，杨振国.玻璃微珠表面改性方法及其对硬质聚氨酯泡沫性能的影响［J］.复旦学报，2007，46(3):297-301.

［3］白战争，赵秀丽.空心玻璃微珠/环氧复合材料的制备及性能研究［J］.热固性树脂，2009，24(2):34.