有機無機復合阻燃保溫材料的制備與性能分析

吳迪　趙洪凱

【摘 要】本文采用水泥包裹發泡聚苯乙烯顆粒摻雜聚氨酯硬泡制得多組分阻燃有機保溫材料，合理設計全水發泡聚氨酯的最合理配比，探討不同發泡水泥包裹聚苯顆粒摻量及不同聚氨酯摻量對復合保溫材料的泡孔體系、導熱系數及力學性能的影響，表明有機無機復合阻燃保溫材料具有較好的性能。

【關鍵詞】聚苯顆粒；聚氨酯；有機無機復合；阻燃

0 引言

建筑節能發展有利于我國實現可持續發展戰略目標和資源節約型社會建設[1]。有機保溫板主要有EPX ，XPX，PU，雖然導熱系數低，但防火性能差，存在巨大安全隱患。無機類保溫板主要有珍珠巖水泥板、傳統保溫砂漿等，防火性能好，但保溫隔熱性并不理想[2-3]。保溫砂漿是隔熱性能很好的材料，傳統保溫砂漿吸水率很大，低容重標準不足，同時抗裂性、施工性偏低，其應用有很大局限性[4-5]。

1 實驗部分

1.1 實驗原料

4，4，—二苯基甲烷二異氰酸酯（粗 MDI），工業品，上海安寧化工科技有限公司；聚醚多元醇，牌號4100B，南京杰拉華聚氨酯有限公司；三乙醇胺，試劑級，哈爾濱市正遠精細化工廠；二月桂酸二丁基錫，試劑級，上海銳一貿易有限公司。勻泡劑，工業品，南京德美創世有限公司；蒸餾水，自制；聚苯顆粒。

1.2 試樣制備

稱取定量聚醚多元醇、三乙醇胺、硅油、二月桂酸二丁基錫和水并在500ml塑料杯中攪拌均勻，然后按化學計量配比稱量粗MDI（異氰酸酯指數為1.05）倒入混合物中，迅速使用高速攪拌機攪拌10s左右，待物料發白，把物料倒入聚苯顆粒（發泡水泥包裹）中迅速攪拌均勻后裝入模具，加壓90s后卸壓，約30min后開始拆模，取出樣品。

1.3 性能測試與結構表征

（1）密度的測定：根據B/T6343-1986制樣，制樣72h以后進行測試。按國標 GB6343，把泡沫加工成5cm×5cm×5cm的立方體，用電子天平稱重，同種樣品測試3個試樣。計算公式如下：

ρc—表觀密度，單位kg/m3；m—試樣質量，單位g；V—試樣體積，單位cm3。

（2）導熱系數的測試：RPUF導熱系數測試，測試方法采用雙平板法測量固態材料導熱系數。參照防護板法導熱系數測量標準GB10294-88，制成300mm×300mm×30mm的試樣，用游標卡尺測量厚度，用導熱系數儀器進行測量，熱板溫度為55℃，冷板溫度為35℃。

（3）掃描電子顯微鏡（SEM）分析：對試樣斷面噴金，干燥24小時，再利用JSM-5610LV型掃描電子顯微鏡觀察斷面微觀結構，找出表面比較典型區域，掃描拍片，記錄。

2 結果與分析

2.1 聚氨酯和聚苯顆粒對復合體系密度的影響

表1表示聚苯顆粒（發泡水泥包裹）摻量不變，不同聚氨酯含量對聚苯顆粒摻雜聚氨酯硬泡復合體系密度影響，當聚氨酯加入量逐漸增加，復合體系密度逐漸升高。因為在模壓成型過程中，體系受到壓力作用使聚氨酯泡孔間內聚力增強，交聯密度變大，密度變大。

表1 聚氨酯的含量對復合體系密度的影響

當聚氨酯摻量不變，不同聚苯顆粒（發泡水泥包裹）含量對聚苯顆粒摻雜聚氨酯硬泡復合體系密度的影響，隨著聚苯顆粒的增加，復合體系密度出現先上升后下降趨勢。因為聚苯顆粒摻量過多時，不能在短時間內使聚氨酯與聚苯顆粒混拌均勻，在模壓成型后復合體系內會出現大量的空隙，使體系體積增大，密度下降。

2.2 導熱系數的測定

當聚苯顆粒（發泡水泥包裹）摻量為170g時，不同聚氨酯摻量對復合體系導熱系數影響。隨著聚氨酯摻量增加，體系導熱系數逐漸降低。因為聚氨酯硬泡本身導熱系數較低，對復合體系導熱系數影響較大。

當聚氨酯含量為190g時，不同聚苯顆粒（發泡水泥包裹）摻量對復合體系導熱系數影響。通過圖表可以看出，整個體系導熱系數呈現出開始緩慢上升后來迅速上升趨勢。因為聚苯顆粒摻量較少時，聚氨酯均勻分布在聚苯顆粒表面并存在一定厚度，對聚氨酯發泡及其泡孔結構沒有影響，故導熱系數較低；在聚苯顆粒摻量增加到180g時，體系的導熱系數快速增高至0.0447W/（m·K），原因是聚苯顆粒摻量過多，不能保證每個聚苯顆粒表面均有一層聚氨酯薄膜，導致復合體系發泡不均，存在大量貫通空及大孔，因此導熱系數變大。

2.3 聚苯顆粒（發泡水泥包裹）摻雜聚氨酯硬泡復合體系形態分析

聚苯顆粒摻雜聚氨酯保溫材料的微觀形態分析，如圖1所示。分析表明聚氨酯膠液在大量聚苯顆粒間隙內發泡，由于顆粒障礙，使得聚氨酯泡孔變得不規則，同時微觀上存在一定的大孔隙及貫通孔，這使得制品密度降低、強度降低、導熱性能變差。

3 總結

聚苯顆粒（發泡水泥包裹）摻雜聚氨酯硬泡復合體系制備過程中，隨著聚氨酯摻量增加，復合體系的密度及力學性能都表現出上升趨勢，而導熱系數逐步減小，綜合性能良好，但是成本較高并不利于普遍應用。因此本文建議聚氨酯摻量不宜超過190g。當聚苯顆粒摻量為170g時，聚苯顆粒摻雜聚氨酯硬泡復合體系表現出良好的力學性能。繼續增加聚苯顆粒用量時，體系出現很多大孔及貫通孔，導致體系拉伸強度、壓縮強度及密度下降，導熱系數升高。故聚苯顆粒摻量不應超過170g。通過調節催化劑、發泡劑、勻泡劑用量，對異氰酸酯指數調整，確定異氰酸酯與聚醚多元醇正確配合比，得出最佳全水發泡聚氨酯硬泡的配方。

【參考文獻】

[1]牟湘蕓.淺談我國建筑節能的現狀與發展[J].環保·節能，2014（2）：21-23.

[2]曾珍，張雄.建筑保溫材料的發展[J].上海建材，2005（4）：28-30.

[3]趙紅.建筑保溫材料的應用種類及前景展望[J].建筑技術，2013（16）：9-82.

[4]肖波，周立民.無機保溫砂漿的現狀與發展[J].建設管理，2014（9）：80-83.

[5]黃雪梅.第三代發泡劑應用于聚氨酯泡沫塑料的研究[J].化工新型材料.

[責任編輯：朱麗娜]