新型聚氨酯保温材料的研制

王耀西 罗晓明

摘 要：本文主要从四个方面分析了新型聚氨酯保温材料的优势，并结合实验浅谈了新型聚氨酯保温材料的研制过程以及该种材料的相关应用。

关键词：聚氨酯；节能减排；应用效果；优势

中图分类号：TQ323.8 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）19-0001-02

随着我国经济快速增长，城市化进程不断加快，我国建筑能耗总体呈现上升趋势。相关统计资料显示，我国建筑总体能耗已经占到社会总体能耗的45%，其中建筑施工能耗约占到30%，建筑材料能耗约占到15%。如此高的建筑能耗与我国现行的“节能减排”政策并不相符，只有不断研制新型节能环保保温材料才能降低建筑能耗，促进我国经济走向“可持续发展”的道路。

1 绿色建材的先锋者——新型聚氨酯保温材料

聚氨酯属于高分子合成材料，其分子结构主链上含有许多-NH-COO-聚合物，通常称为聚氨基酸甲酸酯，简称聚氨酯（PU）。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温材料。

2 新型聚氨酯保温材料的优势

2.1 导热系数低，节约土地面积

众所周知，聚氨酯材料的分子结构是全封闭泡孔结构，且该材料的闭孔率≥90%。聚氨酯材料的结构特性使得该材料具备优良的保温性能，其导热系数在0.017-0.020W/MK之间，远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，选用聚氨酯作为保温材料，其材料厚度是所有保温材料中最薄的。举例而言，为了达到同样的保温效果，使用岩棉作为保温材料的厚度为200mm，而采用聚氨酯作为保温材料的厚度为100mm。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 稳定性能好，提高使用寿命

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。将聚氨酯保温材料应用在建筑外墙保温领域，能够减少极端天气对保温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，聚氨酯保温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 生产能耗低，减少环境破坏

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温材料，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，高分子保温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。与传统保温材料生产工艺相比，无需采用其他材料提升保温材料的界面粘接力，减少了生产环节对环境的影响。

3 新型聚氨酯保温材料的研制

3.1 实验

在实验过程中，制备新型聚氨酯保温材料的主要原料是：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温材料进行制备。

将经过处理的PET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PET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温材料。

3.2 结果与讨论

本段主要从四个方面对聚氨酯保温材料的性能进行分析，一是改性剂对聚氨酯保温材料的成型时间的影响；二是不同改性剂对聚氨酯保温材料密度影响；三是不同改性剂对保温材料导热系数影响；四是改性剂种类对保温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温材料发泡及成型时间的影响如图1、图2所示。

由图1、图2可知，加入四组改性剂之后，聚氨酯保温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温材料密度影响如图3所示。

由图3可知，不同的改性剂对保温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温材料的密度，对材料生产制造成本不会有太多影响。

导热系数是衡量保温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温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，保温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。

保温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温材料时，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温材料压缩强度影响。

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

4 新型聚氨酯保温材料的应用

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温材料的密封性和防水性，能避免水蒸气浸入墙体，从而避免保温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。

5 结语

总而言之，聚氨酯保温材料是目前保温市场上性能最佳的保温材料。我国该种材料市场占有率不足20%，而发达国家已经占到保温市场总量的50%。目前聚氨酯保温材料仍在推广阶段，该材料对施工人员的施工技术和施工素质要求较高，这是其不能普及应用的主要原因。相信随着我国环保力度不断加大，对保温材料节能减排标准不断提升，新型聚氨酯保温材料将会得到广泛应用。

参考文献

[1]王金平，陈景辉.阻燃聚氨酯硬泡在建筑领域中的应用[J].消防技术与产品信息，2011，（3）：57-58.

[2]葛传华.聚氨酯保温材料防火技术在现代建筑中的应用[J].科学之友，2011，（14）：47-48.