聚氨酯；節(jié)能減排；應(yīng)用效果；優(yōu)勢

引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)快速增長,城市化進(jìn)程不斷加快,我國建筑能耗總體呈現(xiàn)上升趨勢。相關(guān)統(tǒng)計(jì)資料顯示,我國建筑總體能耗已經(jīng)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(xiàn)行的“節(jié)能減排”政策并不相符,只有不斷研制新型節(jié)能環(huán)保保溫材料才能降低建筑能耗,促進(jìn)我國經(jīng)濟(jì)走向“可持續(xù)發(fā)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(jié)構(gòu)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(chǎn)技術(shù)不斷進(jìn)步,聚氨酯工業(yè)制品的種類越來越多,依據(jù)材料性能不同可將聚氨酯分為軟質(zhì)、硬質(zhì)、半硬質(zhì)泡沫塑料、彈性體、防水涂料、纖維、鋪裝材料、體育產(chǎn)品等。

由于材料物理性能穩(wěn)定、保溫性能好、延伸率高、材料強(qiáng)度高、耐候性強(qiáng)、經(jīng)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(yīng)用于保溫領(lǐng)域,是我國實(shí)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(yōu)勢

2.1 導(dǎo)熱系數(shù)低,節(jié)約土地面積

眾所周知,聚氨酯材料的分子結(jié)構(gòu)是全封閉泡孔結(jié)構(gòu),且該材料的閉孔率≥90%。聚氨酯材料的結(jié)構(gòu)特性使得該材料具備優(yōu)良的保溫性能,其導(dǎo)熱系數(shù)在0.017-0.020W/MK之間,遠(yuǎn)低于巖棉和聚苯板的導(dǎo)熱系數(shù)。導(dǎo)熱系數(shù)低,意味著在傳遞同樣的熱量時(shí),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(dá)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(jié)約1%的建筑面積;而在容積率相同情況的下,能夠節(jié)約1%的土地面積。

2.2 穩(wěn)定性能好,提高使用壽命

聚氨酯具有良好的穩(wěn)定性,其溫度適用范圍非常寬泛。無論是在高溫環(huán)境或是寒冷環(huán)境里,材料主要性能不會發(fā)生改變,也不會影響材料的使用壽命。將聚氨酯保溫材料應(yīng)用在建筑外墻保溫領(lǐng)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(gè)舒適、安逸的室內(nèi)環(huán)境。此外,聚氨酯材料物理性能極其穩(wěn)定,能夠抵御多種強(qiáng)酸、強(qiáng)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(fā)生腐蝕、滲透的現(xiàn)象。

2.3 生產(chǎn)能耗低,減少環(huán)境破壞

目前,我國的聚氨酯生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)有了很大程度的提升,采用智能化生產(chǎn)線將原料混合后壓成板狀保溫材料,能夠大大提升生產(chǎn)效率,同時(shí)降低生產(chǎn)能耗。就該種材料而言,其生產(chǎn)過程和材料本身都具備低能耗、低排放、低污染的優(yōu)勢;在生產(chǎn)過程中,高分子保溫材料具備無機(jī)材料沒有的節(jié)能優(yōu)勢,例如生產(chǎn)巖棉保溫材料時(shí),需要經(jīng)過2000℃的高溫過程,該生產(chǎn)工藝會消耗大量的能源,同時(shí)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(jié)構(gòu)是全封閉泡孔結(jié)構(gòu),在原材料生產(chǎn)過程中能夠減少原材料的使用,優(yōu)化現(xiàn)有生產(chǎn)工藝。與傳統(tǒng)保溫材料生產(chǎn)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(chǎn)環(huán)節(jié)對環(huán)境的影響。

3 新型聚氨酯保溫材料的研制

3.1 實(shí)驗(yàn)

在實(shí)驗(yàn)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(xué)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(jī)、真空干燥箱、旋片式真空泵、加熱設(shè)備等儀器作為實(shí)驗(yàn)設(shè)備。為了滿足實(shí)驗(yàn)要求,盡可能地達(dá)到理想指標(biāo),需對實(shí)驗(yàn)用改性劑和保溫材料進(jìn)行制備。

將經(jīng)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(shè)備將P E T材料溶解,繼續(xù)提升溫度直到燒杯中的液體沸騰后,打開攪拌器對液體進(jìn)行攪拌,待杯內(nèi)液體變?yōu)橥该鳡顟B(tài)時(shí),改性劑就制作完成。將杯內(nèi)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(fā)泡劑、二甲基硅烷放入燒杯中,并按照標(biāo)準(zhǔn)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(fā)泡。待完全冷卻之后,就能得到新型聚氨酯保溫材料。

本段主要從四個(gè)方面對聚氨酯保溫材料的性能進(jìn)行分析,一是改性劑對聚氨酯保溫材料的成型時(shí)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(dǎo)熱系數(shù)影響;四是改性劑種類對保溫材料壓縮強(qiáng)度的影響。

改性劑加入的體量不同對整個(gè)制備過程影響也不同。由于改性劑活性不同,聚氨酯材料發(fā)泡及成型時(shí)間也會發(fā)生相應(yīng)變化。改性劑體量對聚氨酯保溫材料發(fā)泡及成型時(shí)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(fā)泡及成型時(shí)間都隨著改性劑量的增多而減少。由此可得出結(jié)論,制備過程的反應(yīng)速度與改性劑的反應(yīng)體系有關(guān),該實(shí)驗(yàn)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(yīng)更慘中的活性,進(jìn)而縮短了發(fā)泡及成型時(shí)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(yīng)的活性,還能改變聚氨酯材料表面的結(jié)構(gòu)孔隙率,進(jìn)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(jié)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(chǎn)制造成本不會有太多影響。

導(dǎo)熱系數(shù)是衡量保溫材料物理性能的重要指標(biāo),經(jīng)過實(shí)驗(yàn)得出,加入四種同等重量的改性劑對聚氨酯保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)影響如表1。

由表1中的數(shù)據(jù)分析可知,加入改性劑后,保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)均未發(fā)生改變。進(jìn)而得出結(jié)論,影響聚氨酯導(dǎo)熱系數(shù)的直接因素是:材料表面孔隙內(nèi)氣體的導(dǎo)熱系數(shù),原料種類及制備工藝引起的材料表面孔隙變化,氣體擴(kuò)散等作用引起的絕熱性能降低。綜合分析可得,影響導(dǎo)熱系數(shù)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(qiáng)度是其重要的性能指標(biāo),當(dāng)在屋面使用聚氨酯材料作為保溫材料時(shí),壓縮強(qiáng)度指標(biāo)極為重要。結(jié)合上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)匯總數(shù)據(jù),表2為不同種類改性劑對保溫材料壓縮強(qiáng)度影響。

由表2可知,加入改性劑之后保溫材料的壓縮強(qiáng)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(jié)構(gòu)發(fā)生了改變,交聯(lián)部分所占比例增加,從而使得材料的壓縮強(qiáng)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(qiáng)度,優(yōu)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(jié)構(gòu)尺寸不受影響,可以在模板的四周設(shè)計(jì)支撐圍擋,防止聚氨酯體積形變影響周圍結(jié)構(gòu);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(qiáng)兩者之間粘性,并使用螺釘將鋁塑板固定在墻面上再進(jìn)行澆筑。在澆筑過程中,應(yīng)保證澆筑速率均勻、澆筑墻面應(yīng)平整,且建筑方向要與模板方向保持一致,同時(shí)在澆筑環(huán)節(jié)應(yīng)該注意墻面的含水率不能超過8%,并在常溫條件下養(yǎng)護(hù)。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(xiàn)象發(fā)生,對減少墻體滲漏也有實(shí)際意義。

5 結(jié)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(fā)達(dá)國家已經(jīng)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(shù)和施工素質(zhì)要求較高,這是其不能普及應(yīng)用的主要原因。相信隨著我國環(huán)保力度不斷加大,對保溫材料節(jié)能減排標(biāo)準(zhǔn)不斷提升,新型聚氨酯保溫材料將會得到廣泛應(yīng)用。