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        新型聚氨酯保溫材料的研制

        更新日期:2020年12月9日 大字 小字
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        本文主要從四個方面分析了新型聚氨酯保溫材料的優勢,并結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應用。
        聚氨酯;節能減排;應用效果;優勢
        引言
        隨著我國經濟快速增長,城市化進程不斷加快,我國建筑能耗總體呈現上升趨勢。相關統計資料顯示,我國建筑總體能耗已經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行的“節能減排”政策并不相符,只有不斷研制新型節能環保保溫材料才能降低建筑能耗,促進我國經濟走向“可持續發展”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,其分子結構主鏈上含有許多-N H-C O O-聚合物,通常稱為聚氨基酸甲酸酯,簡稱聚氨酯(P U)。隨著生產技術不斷進步,聚氨酯工業制品的種類越來越多,依據材料性能不同可將聚氨酯分為軟質、硬質、半硬質泡沫塑料、彈性體、防水涂料、纖維、鋪裝材料、體育產品等。
        由于材料物理性能穩定、保溫性能好、延伸率高、材料強度高、耐候性強、經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勢
        2.1 導熱系數低,節約土地面積
        眾所周知,聚氨酯材料的分子結構是全封閉泡孔結構,且該材料的閉孔率≥90%。聚氨酯材料的結構特性使得該材料具備優良的保溫性能,其導熱系數在0.017-0.020W/MK之間,遠低于巖棉和聚苯板的導熱系數。導熱系數低,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100 m m。在使用面積相同的情況下,能夠節約1%的建筑面積;而在容積率相同情況的下,能夠節約1%的土地面積。
        2.2 穩定性能好,提高使用壽命
        聚氨酯具有良好的穩定性,其溫度適用范圍非常寬泛。無論是在高溫環境或是寒冷環境里,材料主要性能不會發生改變,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、安逸的室內環境。此外,聚氨酯材料物理性能極其穩定,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,也不會發生腐蝕、滲透的現象。
        2.3 生產能耗低,減少環境破壞
        目前,我國的聚氨酯生產技術已經有了很大程度的提升,采用智能化生產線將原料混合后壓成板狀保溫材料,能夠大大提升生產效率,同時降低生產能耗。就該種材料而言,其生產過程和材料本身都具備低能耗、低排放、低污染的優勢;在生產過程中,高分子保溫材料具備無機材料沒有的節能優勢,例如生產巖棉保溫材料時,需要經過2000℃的高溫過程,該生產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。
        聚氨酯的結構是全封閉泡孔結構,在原材料生產過程中能夠減少原材料的使用,優化現有生產工藝。與傳統保溫材料生產工藝相比,無需采用其他材料提升保溫材料的界面粘接力,減少了生產環節對環境的影響。
        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、加熱設備等儀器作為實驗設備。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。
        將經過處理的P E T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),使用電子加熱設備將P E T材料溶解,繼續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,待杯內液體變為透明狀態時,改性劑就制作完成。將杯內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泡。待完全冷卻之后,就能得到新型聚氨酯保溫材料。
        3.2 結果與討論
        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,聚氨酯材料發泡及成型時間也會發生相應變化。改性劑體量對聚氨酯保溫材料發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。由此可得出結論,制備過程的反應速度與改性劑的反應體系有關,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構孔隙率,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,對材料生產制造成本不會有太多影響。
        導熱系數是衡量保溫材料物理性能的重要指標,經過實驗得出,加入四種同等重量的改性劑對聚氨酯保溫材料導熱系數影響如表1。

        由表1中的數據分析可知,加入改性劑后,保溫材料的導熱系數均未發生改變。進而得出結論,影響聚氨酯導熱系數的直接因素是:材料表面孔隙內氣體的導熱系數,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。結合上述實驗數據匯總數據,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構發生了改變,交聯部分所占比例增加,從而使得材料的壓縮強度增大。
        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,為了保證結構尺寸不受影響,可以在模板的四周設計支撐圍擋,防止聚氨酯體積形變影響周圍結構;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,同時在澆筑環節應該注意墻面的含水率不能超過8%,并在常溫條件下養護。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象發生,對減少墻體滲漏也有實際意義。
        5 結語
        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%,而發達國家已經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和施工素質要求較高,這是其不能普及應用的主要原因。相信隨著我國環保力度不斷加大,對保溫材料節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。
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