有机无机复合阻燃保温材料的制备与性能分析

吴迪　赵洪凯

【摘 要】本文采用水泥包裹发泡聚苯乙烯颗粒掺杂聚氨酯硬泡制得多组分阻燃有机保温材料，合理设计全水发泡聚氨酯的最合理配比，探讨不同发泡水泥包裹聚苯颗粒掺量及不同聚氨酯掺量对复合保温材料的泡孔体系、导热系数及力学性能的影响，表明有机无机复合阻燃保温材料具有较好的性能。

【关键词】聚苯颗粒；聚氨酯；有机无机复合；阻燃

0 引言

建筑节能发展有利于我国实现可持续发展战略目标和资源节约型社会建设[1]。有机保温板主要有EPX ，XPX，PU，虽然导热系数低，但防火性能差，存在巨大安全隐患。无机类保温板主要有珍珠岩水泥板、传统保温砂浆等，防火性能好，但保温隔热性并不理想[2-3]。保温砂浆是隔热性能很好的材料，传统保温砂浆吸水率很大，低容重标准不足，同时抗裂性、施工性偏低，其应用有很大局限性[4-5]。

1 实验部分

1.1 实验原料

4，4，—二苯基甲烷二异氰酸酯（粗 MDI），工业品，上海安宁化工科技有限公司；聚醚多元醇，牌号4100B，南京杰拉华聚氨酯有限公司；三乙醇胺，试剂级，哈尔滨市正远精细化工厂；二月桂酸二丁基锡，试剂级，上海锐一贸易有限公司。匀泡剂，工业品，南京德美创世有限公司；蒸馏水，自制；聚苯颗粒。

1.2 试样制备

称取定量聚醚多元醇、三乙醇胺、硅油、二月桂酸二丁基锡和水并在500ml塑料杯中搅拌均匀，然后按化学计量配比称量粗MDI（异氰酸酯指数为1.05）倒入混合物中，迅速使用高速搅拌机搅拌10s左右，待物料发白，把物料倒入聚苯颗粒（发泡水泥包裹）中迅速搅拌均匀后装入模具，加压90s后卸压，约30min后开始拆模，取出样品。

1.3 性能测试与结构表征

（1）密度的测定：根据B/T6343-1986制样，制样72h以后进行测试。按国标 GB6343，把泡沫加工成5cm×5cm×5cm的立方体，用电子天平称重，同种样品测试3个试样。计算公式如下：

ρc—表观密度，单位kg/m3；m—试样质量，单位g；V—试样体积，单位cm3。

（2）导热系数的测试：RPUF导热系数测试，测试方法采用双平板法测量固态材料导热系数。参照防护板法导热系数测量标准GB10294-88，制成300mm×300mm×30mm的试样，用游标卡尺测量厚度，用导热系数仪器进行测量，热板温度为55℃，冷板温度为35℃。

（3）扫描电子显微镜（SEM）分析：对试样断面喷金，干燥24小时，再利用JSM-5610LV型扫描电子显微镜观察断面微观结构，找出表面比较典型区域，扫描拍片，记录。

2 结果与分析

2.1 聚氨酯和聚苯颗粒对复合体系密度的影响

表1表示聚苯颗粒（发泡水泥包裹）掺量不变，不同聚氨酯含量对聚苯颗粒掺杂聚氨酯硬泡复合体系密度影响，当聚氨酯加入量逐渐增加，复合体系密度逐渐升高。因为在模压成型过程中，体系受到压力作用使聚氨酯泡孔间内聚力增强，交联密度变大，密度变大。

表1 聚氨酯的含量对复合体系密度的影响

当聚氨酯掺量不变，不同聚苯颗粒（发泡水泥包裹）含量对聚苯颗粒掺杂聚氨酯硬泡复合体系密度的影响，随着聚苯颗粒的增加，复合体系密度出现先上升后下降趋势。因为聚苯颗粒掺量过多时，不能在短时间内使聚氨酯与聚苯颗粒混拌均匀，在模压成型后复合体系内会出现大量的空隙，使体系体积增大，密度下降。

2.2 导热系数的测定

当聚苯颗粒（发泡水泥包裹）掺量为170g时，不同聚氨酯掺量对复合体系导热系数影响。随着聚氨酯掺量增加，体系导热系数逐渐降低。因为聚氨酯硬泡本身导热系数较低，对复合体系导热系数影响较大。

当聚氨酯含量为190g时，不同聚苯颗粒（发泡水泥包裹）掺量对复合体系导热系数影响。通过图表可以看出，整个体系导热系数呈现出开始缓慢上升后来迅速上升趋势。因为聚苯颗粒掺量较少时，聚氨酯均匀分布在聚苯颗粒表面并存在一定厚度，对聚氨酯发泡及其泡孔结构没有影响，故导热系数较低；在聚苯颗粒掺量增加到180g时，体系的导热系数快速增高至0.0447W/（m·K），原因是聚苯颗粒掺量过多，不能保证每个聚苯颗粒表面均有一层聚氨酯薄膜，导致复合体系发泡不均，存在大量贯通空及大孔，因此导热系数变大。

2.3 聚苯颗粒（发泡水泥包裹）掺杂聚氨酯硬泡复合体系形态分析

聚苯颗粒掺杂聚氨酯保温材料的微观形态分析，如图1所示。分析表明聚氨酯胶液在大量聚苯颗粒间隙内发泡，由于颗粒障碍，使得聚氨酯泡孔变得不规则，同时微观上存在一定的大孔隙及贯通孔，这使得制品密度降低、强度降低、导热性能变差。

3 总结

聚苯颗粒（发泡水泥包裹）掺杂聚氨酯硬泡复合体系制备过程中，随着聚氨酯掺量增加，复合体系的密度及力学性能都表现出上升趋势，而导热系数逐步减小，综合性能良好，但是成本较高并不利于普遍应用。因此本文建议聚氨酯掺量不宜超過190g。当聚苯颗粒掺量为170g时，聚苯颗粒掺杂聚氨酯硬泡复合体系表现出良好的力学性能。继续增加聚苯颗粒用量时，体系出现很多大孔及贯通孔，导致体系拉伸强度、压缩强度及密度下降，导热系数升高。故聚苯颗粒掺量不应超过170g。通过调节催化剂、发泡剂、匀泡剂用量，对异氰酸酯指数调整，确定异氰酸酯与聚醚多元醇正确配合比，得出最佳全水发泡聚氨酯硬泡的配方。

【参考文献】

[1]牟湘芸.浅谈我国建筑节能的现状与发展[J].环保·节能，2014（2）：21-23.

[2]曾珍，张雄.建筑保温材料的发展[J].上海建材，2005（4）：28-30.

[3]赵红.建筑保温材料的应用种类及前景展望[J].建筑技术，2013（16）：9-82.

[4]肖波，周立民.无机保温砂浆的现状与发展[J].建设管理，2014（9）：80-83.

[5]黄雪梅.第三代发泡剂应用于聚氨酯泡沫塑料的研究[J].化工新型材料.

[责任编辑：朱丽娜]