高效保温隔热节能、防火阻燃聚氨酯材料的相关技术研究

刘建麟 陈少东 黎明煌

【摘 要】文章介绍了广西吉顺能源科技有限公司对高效保温隔热节能、防火阻燃聚氨酯材料的技术研究，针对市场上现有保温材料的保温隔热性能差、夏热冬冷、能耗大等问题研究聚氨酯材料保温节能关键技术。

【关键词】聚氨酯;保温;节能

【中图分类号】TQ314 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2020）05-0047-03

0 引言

广西吉顺能源科技有限公司迎合市场需求，通过技术创新，对传统的聚氨酯保温材料进行升级改造，提高其性价比，并针对一些技术问题进行解决和突破。传统的聚氨酯白料在反应釜制造过程中，存在进料配比误差较大、化学材料反应不彻底、反应不均匀等现象，导致制备得的材料性能较差、质量不好等问题。为了达到原料精确配比的目的，我们同时采用进料控制阀实现控制，流量检测器检测流量，误差极大减小。同时，我们对反应釜内部的搅拌器进行全新的改进设计，制得的白料性能与质量都获得较大的提升。

1 市场需求

我国的建筑节能标准最早是30%，后来提升到50%，部分城市如上海、北京的节能标准更是要求达到65%。国家相关部门、各地方高度重视，对房地产、建筑行业进行了重点部署，出台相关政策，甚至对不达标的建筑不予通过审核。

目前，市场急需一些性价比高、实用价值大的保温节能建材产品。传统的保温节能建材产品，如玻璃棉板，它的导热系数在0.038以下;聚苯乙烯泡沫保温板的保温隔热性能较差，平均导热系数在0.039以下，而且该材料经常出现开裂和保温层脱落的情况，强度较低，极大地降低了它的保温隔热性能。再加上聚苯乙烯泡沫属于易燃、有毒材料，普通的聚苯乙烯泡沫保温板容易燃烧，燃烧产生的烟雾中有毒性。传统的保温节能等产品会出现各种各样较大的缺陷，已被市场逐渐淘汰。

现在市场上，保温隔热性能最好的建材之一当属聚氨酯产品，而广西吉顺能源科技有限公司研发的聚氨酯产品，在保温隔热、防火阻燃等性等指标方面，都要求达到或超过国家标准，安全性得到极大保障。产品的生产加工过程无毒、无害，均符合绿色环保要求。目前，保温材料行业发展速度很快，利润可观，市场需求也很大，前景广阔。

2 研究内容

在广西吉顺能源科技有限公司自主研发已申报国家发明专利等自有技术的基础上，通过配方优化研究、材料调制体系研究，研制一种具备优异保温隔热性能、黏结性能、防火阻燃性能等的聚氨酯预制板。该聚氨酯预制板上下层为彩钢板，中间为夹芯层发泡聚氨酯，采用高密度硬质聚氨酯发泡填充缝隙技术，不会产生裂缝和空鼓等现象，有效防止雨水渗透的同时，还可避免热桥现象的产生，保温节能效果优异，其保温隔热性能是具有较大缝隙的聚苯乙烯泡沫保温板的3倍以上;产品技术指标达到或超过国家标准，平均导热系数≤0.024[W/（m·K）];该产品防火阻燃等级达到B2等级，燃烧时无空中漂浮颗粒，遇到明火会很快自熄;采用在线自动操作混合浇注技术，模具一次性成型，生产效率高;采用吊装拼装技术，施工快速，并且采用高密度硬质聚氨酯发泡填充缝隙技术，有效避免冷热桥现象的产生;通过不断的生产工装设备优化，制作生产工艺完善提高，优化简化生产步骤，减少人工，降低生产成本，提高产品质量。该产品可广泛应用于工业厂房、肉制品生产厂、食品加工厂、发电厂、机库、展览馆、体育馆、仓库、棚架屋顶等场所。

2.1 聚氨酯预制板的结构设计

预制板是在预制场生产加工成型的预制件，在施工现场可直接组装。该预制板双面采用高阻燃、抗氧化、耐腐蚀的彩钢板，彩钢板是带有有机涂层的钢板，具有耐蚀性好、加工成型方便及有钢板的强度等优点，而且成本低，中间夹芯层由硬质聚氨酯发泡组成，预制板两端分别设置卡扣凹槽和相应的凸块，多个预制板借助凹槽和凸块的插接方式相连接，再将扣帽扣在连接处，这样的拼装接口结构设计，安装更加快速且高效。同时，预制板上面采用独特的防水槽设计，有效防止雨水渗漏，并避免了热桥现象。

2.2 聚氨酯预制板新型配方技术研究

优选原材料，调整分量匹配，通过不断的实验，获得一种保温聚氨酯材料，使得其具备优异的保温隔热等性能。该预制板中间夹芯层所应用的聚氨酯材料采用广西吉顺能源科技有限公司核心专利技术，并通过添加新型催化剂、辅助添加剂等材料，其组成的主要组分及比例如下：聚氨酯预聚体45～55份、长链聚醚类物质35～50份、异氰酸酯35～50份、阻燃剂5～10份、成膜助剂1～3份、铝酸酯偶联剂0.7～1.0份、空心玻璃微珠30～40份、矿物纤维10～30份、金红石型钛白粉10～30份、膨润土8～10份等组成。

各种无机粉體经铝酸盐偶联剂活化改性后，表面的化学或物理化学作用产生有机分子层，使无机粉体由亲水性向有机友好性转变。结果表明，用铝酸盐偶联剂对无机粉体进行表面改性，可用于复合材料制品中。偶联剂的无机端和有机端分别与无机填料和有机树脂表面反应或缠结。提高了无机粉体与有机树脂的界面相容性。因此，用铝酸盐偶联剂进行改性，不仅提高了无机粉填充塑料制品的加工性能，而且显著改善了制品的物理力学性能，降低了制品的吸水率和吸油率，使填料均匀分布。对于一些低填充量的塑料制品，可以大大增加填充量（增加或超过原来的填充量），提高加工性能（降低熔体黏度和模具磨损），提高质量，降低产量，具有明显的经济效益。

中空玻璃微珠的平均粒径为500～1 200 nm，它们是经过特殊处理的玻璃珠，其主要特点是密度小于玻璃微珠，导热性较差。中空玻璃微珠具有抗压强度高、熔点高、电阻率高、导热系数小、热收缩系数小等特点，具有亲油性和疏水性，易在聚氨酯等有机材料中分散。中空玻璃微珠具有最小的比表面积和较低的吸油率，可以大大减少材料中其他生产成分的使用。中空玻璃珠的表面更耐化学腐蚀，对光有反射作用。因此，该材料具有防污染、防腐蚀、防紫外线、防黄变、防划伤等功能。该中空玻璃微球排列紧密，气体稀薄，导热系数低，具有良好的隔热效果。中空玻璃微珠还可以有效地提高材料的流动性和流平性。其中，所含气体具有良好的抗寒性和抗热收缩性，从而增强了材料的弹性，大大减少了材料热膨胀和收缩引起的开裂和脱落。在高填充量的前提下，材料的黏度不会明显增加，因此可以减少溶剂的使用，从而减少材料使用过程中有毒气体的排放，有效降低挥发性有机化合物指数。

矿物纤维是从矿物岩石的纤维结构中获得的，其主要成分是各种氧化物，如二氧化硅、氧化铝、氧化镁等，材料中使用的矿物纤维是天然阻燃剂——氧化镁矿物或富镁硅酸盐矿物纤维，具有良好的化学稳定性、耐磨性、耐水性等特点，它增加了漆膜的厚度，提高了漆膜的力学性能，并能起到耐久、防腐、隔热、消光等作用。

金红石型钛白粉的主要成分是二氧化钛，在涂料、油墨、造纸、塑料、橡胶、化纤、陶瓷等行业发挥着重要作用。二氧化钛是一种多晶化合物，其颗粒排列规则，具有点阵结构。二氧化钛相对密度小，用二氧化钛制成的材料色泽鲜艳，遮盖力高，着色力强，消耗少，品种多，它能保护介质的稳定性，提高机械强度和附着力，防止裂缝、紫外线和湿气渗透，延长使用寿命。

膨润土因其特殊的结构、优异的性能和低廉的价格，在建材工业中得到了广泛的应用。膨润土中的蒙脱石可以与材料中的有机物交联形成三维网状结构，增加材料的稠度，提高其悬浮和抗沉降性能，因此可以用作无机增稠剂和悬浮抗沉降剂;由于其良好的附着力和遮盖性，因此在材料制备过程中可以部分取代成膜物质作为辅助黏结剂;膨润土一旦形成有机化合物，脱水后会变得疏水，从而提高材料的耐水性和耐洗性。

使用该新型配方技术，使得该预制板具有优异的保温隔热性能、黏结性能、抗氧化老化性能等，与市场上的聚乙烯保温板产品相比，它的黏结性能更好，与上下双面彩钢板紧密结合，毫无缝隙产生，其保温隔热性能可以达到具有较大缝隙的聚苯乙烯泡沫保温板的3倍以上。

2.3 聚氨酯预制板防火阻燃技术的研究

通过研究试验各类型阻燃试剂，优化配比分量，解决市场聚氨酯产品防火阻燃性能差问题。传统的聚氨酯预制板市场推广较为缓慢，主要的问题之一是其较差的防火阻燃性能。有些传统的聚氨酯预制板燃烧时，会不停地释放黑烟，并且散发呛鼻的气味，空中还漂浮着黑色的小颗粒，阻燃性能差。针对这个关键问题，广西吉顺能源科技有限公司组建技术攻关小组，通过优化配比及试验各类型阻燃试剂，最终突破技术难点，使得其阻燃性能达到B2级难燃等级，燃烧时无空中漂浮颗粒，遇到明火会很快自熄，安全得到极大的保障。

2.4 聚氨酯预制板一次性模具成型技术研究

研究聚氨酯预制板一次性模具成型技术，以及如何优化制作工艺，提高生产效率。该预制板的制作工艺技术采用在线自动操作混合浇注技术，首先是在最下层放置好彩钢板，然后通过多个均匀分布的聚氨酯喷头，快速浇注聚氨酯，最后利用该材料的超强黏性，通过层压机，在保压保温的状态下，产品模具一次性成型。相比传统的聚苯乙烯泡沫保温板，它不需要添加其他的辅助黏合剂材料，通过自动控制系统，可一次性完成硬泡聚氨酯浇注发泡技术，而且发泡质量好，不会产生空鼓、缝隙等现象，密度均匀。该生产制造工艺不仅节省人工，还提高了生产效率。

2.5 聚氨酯预制板高效施工安装技术

该聚氨酯预制板采用拼装装配技术，大量减少基础工程和结构工程建设费用，且能多次拆装，施工安装灵活方便，而只需要做好最基本的钢架结构固定。然后采用轻型机器，通过吊装方法，完成对该聚氨酯预制板的拼装，这样的施工不仅高效，而且与传统的基础施工相比，减少了人工，降低成本。拼装完成后，针对缝隙问题，我们采用聚氨酯均匀喷涂发泡技术，对该缝隙进行填充高密度聚氨酯;如果使用传统的用铁钉敲打固定安装方法，时间久了铁钉就会生锈，进而产生漏水并且会极大降低保温隔热性能。通過聚氨酯发泡填充缝隙，真正达到整体无缝空隙、保温防水一体化，有效避免漏水，以及内外界热量互相散发或传导等情况发生，保温防水性能大幅提高。

3 结语

广西吉顺能源科技有限公司将聚氨酯材料和外墙保温工程结合为主要研究对象，以自有技术为基础着力研究提升聚氨酯综合材料性能及规范外墙保温施工操作的关键技术，解决聚氨酯材料性能较单一、发泡质量差及施工技术不专业难题。研究的技术可广泛应用于建筑物外墙、冷库、恒温室、粮库、食品储藏、海鲜冷冻、蔬菜水果储藏、家用电器节能等方面。促进了广西聚氨酯绿色建筑材料的研发应用及建筑产业供给侧结构调整和我国建筑节能基本国策的落实，对企业的发展起到了重要的作用。

参 考 文 献

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