淺析硬質聚氨酯泡沫材料的發展與應用

摘 要：文章介紹了什么是硬質聚氨酯泡沫材料以及其主要的化學成分組成和作用原理；闡述了硬質聚氨酯泡沫材料的主要性能特點以及其目前的應用狀況和未來的發展前景，為今后對硬質聚氨酯泡沫材料的進一步開發和研究提供了參考和借鑒。

關鍵詞：硬質聚氨酯泡沫；性能特點；發展應用

1 硬質聚氨酯泡沫的化學原理

硬質聚氨酯泡沫是通過混合液態的化學原料多元醇和異氰酸酯并以一種低沸點的液體作為發泡劑而形成的一種化學材料。在這種材料中多元醇和異氰酸酯混合后會產生一個發熱反應，發泡劑因這種反應熱開始氣化從而在材料中產生氣泡孔。其主要化學反應式如下：[1]

（1）異氰酸酯和羥基反應

R-N=C=O+R’-OH→RNHCOOR’（氨基甲酸酯）膠凝反應

（2）異氰酸酯和水反應

2R-N=C=O+H2O→RNHCONHR+CO2（氨基甲酸酯）發泡反應

（3）脲基甲酸酯反應

R-N=C=O+R’NHCOOR”→RNHCOR’NCOOR”膠聯反應

（4）縮二脲反應

R-N=C=O+R’NHCONHR’→RNHCOR’NCONHR”膠聯反應

2 硬質聚氨酯泡沫的特點

2.1 保溫性能好。硬質聚氨酯泡沫其屬于一種高分子熱聚型聚合物，保溫性能十分的優良高效，由于其導熱系數只有0.015～0.025W/（m·K）。所以它能有效地形成一層保溫層在材料表面，這樣就可以阻之損失熱能最大的熱橋現象的發生。

2.2 穩定性強。硬質聚氨酯泡沫可采用噴涂、粘接等多種方法與基體相連接，這種良好的粘接能是保障穩定性的一個重要前提。同時經實驗證明在低溫、潮濕、自重、風荷載和外部撞擊等多種不利負載因素的作用下，硬質聚氨酯泡沫依然能夠很好的與基體保持緊密的連接，這樣最大程度的防止了脫落想象的產生。

2.3 有較好的防火性能。如把阻燃劑添加到聚氨酯材料中后，可以使其形成一種難燃自熄性的材料，把這種材料與膠粉聚苯顆粒漿料很合在一起后，更可組成一個有效的防火體系，這種防火體系在實際工程中能有效地防止火災蔓延。如在建筑外墻表面及門窗口等側面全部用這種防火膠粉聚苯顆粒材料嚴密包裹，并采用厚型膠粉聚苯穎粒做防水抹灰面層，將大大提高保溫層的耐火性能。

2.4 抗濕熱性能優良，水密性好。硬質聚氨酯泡沫材料具有優良的防水、隔汽性能，材料本身不含水，吸水率又很低，能很好地阻斷水和水蒸汽的滲透，使基體保持一個良好、穩定的絕熱狀況，這是目前其他保溫材料難以實現的。如采用噴涂技術把硬質聚氨酯泡沫涂抹在物體表面的話，可使基體表面基本沒有接縫處，從而使孔洞周邊、門窗洞口周圍等處更加嚴密，使其具有更加良好的防水性能，進而避免雨水進人內部造成危害。

2.5 耐撞擊性能優良。良好的耐撞擊性能也是硬質聚氨酯泡沫材料的一大特點，在作為外墻外保溫材料時由于經常與外界接觸，如人員走動、物體搬運等都有可能對墻體產生撞擊，但硬質聚氯氨脂材料耐撞擊性優良，很少會因此產生損壞和脫落，所以不會對外保溫體系造成損害。并且在其上如安裝空調或其他設備設施時，面層也不會開裂或者穿孔。

2.6 抗變型能力優良。通常硬質聚氨酯泡沫材料柔性變形量較大，因此它抵抗外界變形能力很強，在外力和溫度變形等作用下不易發生裂縫，這樣可以有效地保證整體的穩定性、耐久性，當所附著的主體結構產生正常變形，諸如發生收縮、徐變、膨脹等情況時，硬質聚氨酯泡沫也會逐層柔性漸變，逐層釋放應力，因而不會產生裂縫或者脫落。

2.7 耐久性、吸聲性、抗凍性優良。耐久性好也是聚氨酯材料的一大特點，通過以往的使用經驗一般在25年內其都可以正常使用。同時由于聚氨酯材料孔隙率結構穩定，內部基本上多為互不相連的閉合孔隙，這種內部結構不僅使其保溫性能優良，而且抗凍融，吸聲性能等也十分優良。

2.8 具有良好的施工性能。硬質聚氨酯泡沫材料安裝方法多樣，不但可采用粘接也可以采用噴涂等方法進行安裝，施工可機械化程度高，施工速度快、效率高，是其它保溫材料安裝作業無法比擬的。除此之外，聚氨酯材料的安裝施工還具有適應能力強的特點，尤其適合做復雜建筑物表面和構造節點的特殊部位的保溫材料時這一特點更為突出，如在外飄窗、老虎窗、形變縫、管道層、樓梯間等這些特殊的構造部位，既能保證這些建筑復雜部位全方位的保溫效果，又能防止水或水蒸汽對保溫層的破壞。

2.9 易于維修。硬質聚氨酯泡沫材料作為保溫體系的裝飾面層的維修非常方便，維修后能使其外觀以及功能保持良好的狀態。具體維修保養的間隔時間各不相同，這要看所用裝飾材料的種類和當地的污染狀況而確定。

3 硬質聚氨酯泡沫材料的應用及發展前景

硬質聚氨酯泡沫材料憑借其優良的性能和較好的性價比，使其在建筑工程、橋梁道路等領域得到了越來越多的應用。在建筑工程中主要是利用硬質聚氨酯泡沫材料極低的導熱系數和吸水率，將其用于保溫防水工程。如在普通房屋的屋面、外墻進行的保溫、隔熱、防水工程，以及在冷庫、大棚、糧庫等有特殊要求的保溫隔熱工程中。同時由于硬質聚氨酯泡沫材料的分子不親水，并具有獨特的封閉孔隙結構使其也能廣泛的用于吸音降噪和抗震工程中。

在橋梁道路工程中硬質聚氨酯泡沫材料可為在凍土地帶的路基提供保溫防護，這種防護可采用鋪粘板材法和現場噴涂法進行施工。[2]同時硬質聚氨酯泡沫材料還可以用于對路面的填補，這種方法主要有優特法（URETEK），其主要是用于對路面的混凝土板進行抬升、支撐和水平重置以及增強地基、填充裂縫和孔洞等。[3]

隨著節能要求的提高和硬質聚氨酯泡沫保溫技術的發展，硬質聚氨酯泡沫材料越來越多的引起了人們的關注，尤其是在建筑工程領域中的應用技術研究和規范制定等工作也在近幾年從無到有逐步完善。如吉林省于2003年制訂的《硬質聚氨酯泡沫塑料外墻外保溫工程施工及驗收規程》，2008年國家質量監督檢疫總局發布的《建筑絕熱用硬質聚氨酯泡沫塑料規范》GB/T 21558-2008等。

近年來節能減排、低碳低能耗的觀念逐步深入人心，高性能保溫材料的推廣和應用將是今后建筑材料使用中的一個必然趨勢。通過試驗計算和工程實踐我們發現，以XPS和EPS等傳統材料為代表的保溫材料在厚度限定時都難以滿足節能65%的國家節能要求。而硬質聚氨酯泡沫不但其他方面性能優異、更可以滿足節能65%的要求，所以推廣應用硬質聚氨酯泡沫是由其自身高性能決定的。綜上所述，從內因和外因二個方面看：硬質聚氨酯泡沫的推廣應用都有一定的必然性，它將在未來對建筑保溫、防水、隔音降噪等方面得到廣泛的應用和發展。

4 結束語

硬質聚氨酯泡沫材料由于其特殊的化學組成使其具備保溫隔熱、吸音降噪、抗凍耐久等諸多的性能特點，從而使其在建筑工程、橋梁道路等多個領域得以應用。今后隨著硬質聚氨酯泡沫材料技術的進一步發展，各項法律、規范及行業標準的進一步完善硬質聚氨酯泡沫材料還將有著更加廣闊的發展空間和市場空間。

參考文獻

[1]朱呂民.劉益軍.聚氨酯泡沫塑料.第三版[M].北京.化學工業出版社，2004.

[2]閆格.硬質聚氨酯泡沫在路基上應用淺談[J].聚氨酯工業，2002.

[3]Canteri.Method for increasing the bearing capacity for foundation soils for build structures： US，6634381[P].2003.10.21

[4]王向東，楊惠娣.國內外聚氨酯工業概況與進展[J].中國塑料，1999.