高效保溫隔熱節能、防火阻燃聚氨酯材料的相關技術研究

劉建麟 陳少東 黎明煌

【摘 要】文章介紹了廣西吉順能源科技有限公司對高效保溫隔熱節能、防火阻燃聚氨酯材料的技術研究，針對市場上現有保溫材料的保溫隔熱性能差、夏熱冬冷、能耗大等問題研究聚氨酯材料保溫節能關鍵技術。

【關鍵詞】聚氨酯;保溫;節能

【中圖分類號】TQ314 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2020）05-0047-03

0 引言

廣西吉順能源科技有限公司迎合市場需求，通過技術創新，對傳統的聚氨酯保溫材料進行升級改造，提高其性價比，并針對一些技術問題進行解決和突破。傳統的聚氨酯白料在反應釜制造過程中，存在進料配比誤差較大、化學材料反應不徹底、反應不均勻等現象，導致制備得的材料性能較差、質量不好等問題。為了達到原料精確配比的目的，我們同時采用進料控制閥實現控制，流量檢測器檢測流量，誤差極大減小。同時，我們對反應釜內部的攪拌器進行全新的改進設計，制得的白料性能與質量都獲得較大的提升。

1 市場需求

我國的建筑節能標準最早是30%，后來提升到50%，部分城市如上海、北京的節能標準更是要求達到65%。國家相關部門、各地方高度重視，對房地產、建筑行業進行了重點部署，出臺相關政策，甚至對不達標的建筑不予通過審核。

目前，市場急需一些性價比高、實用價值大的保溫節能建材產品。傳統的保溫節能建材產品，如玻璃棉板，它的導熱系數在0.038以下;聚苯乙烯泡沫保溫板的保溫隔熱性能較差，平均導熱系數在0.039以下，而且該材料經常出現開裂和保溫層脫落的情況，強度較低，極大地降低了它的保溫隔熱性能。再加上聚苯乙烯泡沫屬于易燃、有毒材料，普通的聚苯乙烯泡沫保溫板容易燃燒，燃燒產生的煙霧中有毒性。傳統的保溫節能等產品會出現各種各樣較大的缺陷，已被市場逐漸淘汰。

現在市場上，保溫隔熱性能最好的建材之一當屬聚氨酯產品，而廣西吉順能源科技有限公司研發的聚氨酯產品，在保溫隔熱、防火阻燃等性等指標方面，都要求達到或超過國家標準，安全性得到極大保障。產品的生產加工過程無毒、無害，均符合綠色環保要求。目前，保溫材料行業發展速度很快，利潤可觀，市場需求也很大，前景廣闊。

2 研究內容

在廣西吉順能源科技有限公司自主研發已申報國家發明專利等自有技術的基礎上，通過配方優化研究、材料調制體系研究，研制一種具備優異保溫隔熱性能、黏結性能、防火阻燃性能等的聚氨酯預制板。該聚氨酯預制板上下層為彩鋼板，中間為夾芯層發泡聚氨酯，采用高密度硬質聚氨酯發泡填充縫隙技術，不會產生裂縫和空鼓等現象，有效防止雨水滲透的同時，還可避免熱橋現象的產生，保溫節能效果優異，其保溫隔熱性能是具有較大縫隙的聚苯乙烯泡沫保溫板的3倍以上;產品技術指標達到或超過國家標準，平均導熱系數≤0.024[W/（m·K）];該產品防火阻燃等級達到B2等級，燃燒時無空中漂浮顆粒，遇到明火會很快自熄;采用在線自動操作混合澆注技術，模具一次性成型，生產效率高;采用吊裝拼裝技術，施工快速，并且采用高密度硬質聚氨酯發泡填充縫隙技術，有效避免冷熱橋現象的產生;通過不斷的生產工裝設備優化，制作生產工藝完善提高，優化簡化生產步驟，減少人工，降低生產成本，提高產品質量。該產品可廣泛應用于工業廠房、肉制品生產廠、食品加工廠、發電廠、機庫、展覽館、體育館、倉庫、棚架屋頂等場所。

2.1 聚氨酯預制板的結構設計

預制板是在預制場生產加工成型的預制件，在施工現場可直接組裝。該預制板雙面采用高阻燃、抗氧化、耐腐蝕的彩鋼板，彩鋼板是帶有有機涂層的鋼板，具有耐蝕性好、加工成型方便及有鋼板的強度等優點，而且成本低，中間夾芯層由硬質聚氨酯發泡組成，預制板兩端分別設置卡扣凹槽和相應的凸塊，多個預制板借助凹槽和凸塊的插接方式相連接，再將扣帽扣在連接處，這樣的拼裝接口結構設計，安裝更加快速且高效。同時，預制板上面采用獨特的防水槽設計，有效防止雨水滲漏，并避免了熱橋現象。

2.2 聚氨酯預制板新型配方技術研究

優選原材料，調整分量匹配，通過不斷的實驗，獲得一種保溫聚氨酯材料，使得其具備優異的保溫隔熱等性能。該預制板中間夾芯層所應用的聚氨酯材料采用廣西吉順能源科技有限公司核心專利技術，并通過添加新型催化劑、輔助添加劑等材料，其組成的主要組分及比例如下：聚氨酯預聚體45～55份、長鏈聚醚類物質35～50份、異氰酸酯35～50份、阻燃劑5～10份、成膜助劑1～3份、鋁酸酯偶聯劑0.7～1.0份、空心玻璃微珠30～40份、礦物纖維10～30份、金紅石型鈦白粉10～30份、膨潤土8～10份等組成。

各種無機粉體經鋁酸鹽偶聯劑活化改性后，表面的化學或物理化學作用產生有機分子層，使無機粉體由親水性向有機友好性轉變。結果表明，用鋁酸鹽偶聯劑對無機粉體進行表面改性，可用于復合材料制品中。偶聯劑的無機端和有機端分別與無機填料和有機樹脂表面反應或纏結。提高了無機粉體與有機樹脂的界面相容性。因此，用鋁酸鹽偶聯劑進行改性，不僅提高了無機粉填充塑料制品的加工性能，而且顯著改善了制品的物理力學性能，降低了制品的吸水率和吸油率，使填料均勻分布。對于一些低填充量的塑料制品，可以大大增加填充量（增加或超過原來的填充量），提高加工性能（降低熔體黏度和模具磨損），提高質量，降低產量，具有明顯的經濟效益。

中空玻璃微珠的平均粒徑為500～1 200 nm，它們是經過特殊處理的玻璃珠，其主要特點是密度小于玻璃微珠，導熱性較差。中空玻璃微珠具有抗壓強度高、熔點高、電阻率高、導熱系數小、熱收縮系數小等特點，具有親油性和疏水性，易在聚氨酯等有機材料中分散。中空玻璃微珠具有最小的比表面積和較低的吸油率，可以大大減少材料中其他生產成分的使用。中空玻璃珠的表面更耐化學腐蝕，對光有反射作用。因此，該材料具有防污染、防腐蝕、防紫外線、防黃變、防劃傷等功能。該中空玻璃微球排列緊密，氣體稀薄，導熱系數低，具有良好的隔熱效果。中空玻璃微珠還可以有效地提高材料的流動性和流平性。其中，所含氣體具有良好的抗寒性和抗熱收縮性，從而增強了材料的彈性，大大減少了材料熱膨脹和收縮引起的開裂和脫落。在高填充量的前提下，材料的黏度不會明顯增加，因此可以減少溶劑的使用，從而減少材料使用過程中有毒氣體的排放，有效降低揮發性有機化合物指數。

礦物纖維是從礦物巖石的纖維結構中獲得的，其主要成分是各種氧化物，如二氧化硅、氧化鋁、氧化鎂等，材料中使用的礦物纖維是天然阻燃劑——氧化鎂礦物或富鎂硅酸鹽礦物纖維，具有良好的化學穩定性、耐磨性、耐水性等特點，它增加了漆膜的厚度，提高了漆膜的力學性能，并能起到耐久、防腐、隔熱、消光等作用。

金紅石型鈦白粉的主要成分是二氧化鈦，在涂料、油墨、造紙、塑料、橡膠、化纖、陶瓷等行業發揮著重要作用。二氧化鈦是一種多晶化合物，其顆粒排列規則，具有點陣結構。二氧化鈦相對密度小，用二氧化鈦制成的材料色澤鮮艷，遮蓋力高，著色力強，消耗少，品種多，它能保護介質的穩定性，提高機械強度和附著力，防止裂縫、紫外線和濕氣滲透，延長使用壽命。

膨潤土因其特殊的結構、優異的性能和低廉的價格，在建材工業中得到了廣泛的應用。膨潤土中的蒙脫石可以與材料中的有機物交聯形成三維網狀結構，增加材料的稠度，提高其懸浮和抗沉降性能，因此可以用作無機增稠劑和懸浮抗沉降劑;由于其良好的附著力和遮蓋性，因此在材料制備過程中可以部分取代成膜物質作為輔助黏結劑;膨潤土一旦形成有機化合物，脫水后會變得疏水，從而提高材料的耐水性和耐洗性。

使用該新型配方技術，使得該預制板具有優異的保溫隔熱性能、黏結性能、抗氧化老化性能等，與市場上的聚乙烯保溫板產品相比，它的黏結性能更好，與上下雙面彩鋼板緊密結合，毫無縫隙產生，其保溫隔熱性能可以達到具有較大縫隙的聚苯乙烯泡沫保溫板的3倍以上。

2.3 聚氨酯預制板防火阻燃技術的研究

通過研究試驗各類型阻燃試劑，優化配比分量，解決市場聚氨酯產品防火阻燃性能差問題。傳統的聚氨酯預制板市場推廣較為緩慢，主要的問題之一是其較差的防火阻燃性能。有些傳統的聚氨酯預制板燃燒時，會不停地釋放黑煙，并且散發嗆鼻的氣味，空中還漂浮著黑色的小顆粒，阻燃性能差。針對這個關鍵問題，廣西吉順能源科技有限公司組建技術攻關小組，通過優化配比及試驗各類型阻燃試劑，最終突破技術難點，使得其阻燃性能達到B2級難燃等級，燃燒時無空中漂浮顆粒，遇到明火會很快自熄，安全得到極大的保障。

2.4 聚氨酯預制板一次性模具成型技術研究

研究聚氨酯預制板一次性模具成型技術，以及如何優化制作工藝，提高生產效率。該預制板的制作工藝技術采用在線自動操作混合澆注技術，首先是在最下層放置好彩鋼板，然后通過多個均勻分布的聚氨酯噴頭，快速澆注聚氨酯，最后利用該材料的超強黏性，通過層壓機，在保壓保溫的狀態下，產品模具一次性成型。相比傳統的聚苯乙烯泡沫保溫板，它不需要添加其他的輔助黏合劑材料，通過自動控制系統，可一次性完成硬泡聚氨酯澆注發泡技術，而且發泡質量好，不會產生空鼓、縫隙等現象，密度均勻。該生產制造工藝不僅節省人工，還提高了生產效率。

2.5 聚氨酯預制板高效施工安裝技術

該聚氨酯預制板采用拼裝裝配技術，大量減少基礎工程和結構工程建設費用，且能多次拆裝，施工安裝靈活方便，而只需要做好最基本的鋼架結構固定。然后采用輕型機器，通過吊裝方法，完成對該聚氨酯預制板的拼裝，這樣的施工不僅高效，而且與傳統的基礎施工相比，減少了人工，降低成本。拼裝完成后，針對縫隙問題，我們采用聚氨酯均勻噴涂發泡技術，對該縫隙進行填充高密度聚氨酯;如果使用傳統的用鐵釘敲打固定安裝方法，時間久了鐵釘就會生銹，進而產生漏水并且會極大降低保溫隔熱性能。通過聚氨酯發泡填充縫隙，真正達到整體無縫空隙、保溫防水一體化，有效避免漏水，以及內外界熱量互相散發或傳導等情況發生，保溫防水性能大幅提高。

3 結語

廣西吉順能源科技有限公司將聚氨酯材料和外墻保溫工程結合為主要研究對象，以自有技術為基礎著力研究提升聚氨酯綜合材料性能及規范外墻保溫施工操作的關鍵技術，解決聚氨酯材料性能較單一、發泡質量差及施工技術不專業難題。研究的技術可廣泛應用于建筑物外墻、冷庫、恒溫室、糧庫、食品儲藏、海鮮冷凍、蔬菜水果儲藏、家用電器節能等方面。促進了廣西聚氨酯綠色建筑材料的研發應用及建筑產業供給側結構調整和我國建筑節能基本國策的落實，對企業的發展起到了重要的作用。

參 考 文 獻

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