CN101851993B - 一种防火阻燃的聚氨酯外墙保温系统材料 - Google Patents

一种防火阻燃的聚氨酯外墙保温系统材料 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种防火阻燃的聚氨酯外墙保温系统材料，其特征在于，包括从内到外依次设置的防潮底漆、难燃型聚氨酯硬泡材料、界面剂、抗裂砂浆、防火涂料和饰面涂料；其中，所述难燃型聚氨酯硬泡材料由A组分和B组分组成，A组分由将含磷的阻燃聚醚多元醇80-50重量份、杂环氨基聚醚多元醇20-50重量份、有机硅泡沫稳定剂2重量份、催化剂二甲基乙醇胺2重量份、催化剂二月桂酸二丁基锡1重量份、阻燃剂20-50重量份和发泡剂一氟二氯乙烷20-40重量份混合得到；B组分为阻燃型多异氰酸酯固化剂；使用时，将A组分和B组分混合发泡，异氰酸酯指数为1.05-1.10。本发明的优点是具有较高的防火阻燃性能。

Description

一种防火阻燃的聚氨酯外墙保温系统材料
技术领域
本发明属于外墙外保温技术领域，具体涉及一种喷涂型的防火阻燃聚氨酯硬泡外墙保温系统材料。
背景技术
我国建筑节能现在大规模使用的有机保温材料主要有EPS(聚苯乙烯泡沫)、PS(挤塑聚苯乙烯泡沫)和PU(聚氨酯泡沫)，均属易燃有机保温材料，最大的优点是质轻、保温、隔热性好；最大的缺陷是防火安全性差、易老化、易燃烧。这些新型建筑节能材料如果没有经过阻燃和降烟的化学结构改性，只是简单的添加阻燃剂，都存在严重的火灾隐患，导致频烦引发建筑火灾事故，央视火灾向全国敲响警钟，因此易燃有机保温材料的防火阻燃技术和防火构造的研究及其大规模的推广应用，已成为关系我国民生安全的重要问题。
我国正在制定一系列强制性的建筑节能措施，这无疑给PU泡沫塑料在建筑节能中大规模使用创造了一个发展机遇。然而聚氨酯硬泡是一种容易燃烧的有机材料，它在燃烧时释放出大量有毒烟雾，可使人在短时间内中毒和窒息。在我国PU泡沫塑料的实际使用中，火灾事故不断发生。因此如果不能有效、切实地解决其防火安全性的问题，找不到一个具有充分科学根据的途径来解决其使用过程中的防火安全性问题，那么PU泡沫塑料就无法在我国建筑节能中获得大规模推广应用。所以聚氨酯泡沫塑料的耐燃、防火等问题成为迫切需要解决的重要课题，这个问题是硬质聚氨酯泡沫塑料今后能否继续发展的关键因素之一。
专利ZL200610043347.x、提出了一种聚氨酯硬泡外墙外保温系统材料，包括聚氨酯防潮底漆、聚氨酯硬体材料、界面剂、内含玻璃纤维网格布的抗裂聚合物水泥砂浆和饰面涂料。其特点是解决了外墙保温墙面裂缝的产生，提高了表面平整度和装饰性。但是该专利对材料的防火阻燃性没有提及，保温体系也没有防火阻燃的相关措施。另外的相关专利ZL200810204580.0提出了一种喷涂型聚氨酯外墙保温系统及其施工方法。其特征在于聚氨酯直接喷涂于涂有防潮底漆的基层墙面上，聚氨酯硬泡外设有找平层，找平层和聚氨酯硬泡间设有界面砂浆，找平层外设有耐碱网格布，网格布外是抹面砂浆。此保温系统的特点是结构简单施工快捷，可有效的防止墙面空鼓、开裂、渗水等缺陷。该专利提出系统具有阻火功能，其阻火功能的实现是通过界面砂浆和抹面聚合物砂浆阻隔作用来实现的，对聚氨酯硬泡材料本身的防火阻燃没有提及，而聚氨酯硬泡本身的防火阻燃性不好，将影响了整个体系的防火阻燃效果。
发明内容
针对目前国内外结合聚氨酯硬泡保温系统的存在的主要问题，结合目前聚氨酯硬泡防火阻燃技术的研究进展，聚氨酯保温材料达到国标B1级或更高的防火等级，单一的技术手段不能解决问题，因此本发明从聚氨酯的分子结构改性、阻燃剂和防火涂层三个方面提出了一个系统化的整体性解决方案。
本发明提出了一种防火阻燃的聚氨酯外墙保温系统材料，其特征在于，包括从内到外依次设置的防潮底漆、难燃型聚氨酯硬泡材料、界面剂、抗裂砂浆、防火涂料和饰面涂料；
其中，所述难燃型聚氨酯硬泡材料由A组分和B组分组成，A组分由将含磷的阻燃聚醚多元醇80-50重量份、杂环氨基聚醚多元醇20-50重量份、有机硅泡沫稳定剂2重量份、催化剂二甲基乙醇胺2重量份、催化剂二月桂酸二丁基锡1重量份、阻燃剂20-50重量份和发泡剂一氟二氯乙烷20-40重量份混合得到；B组分为阻燃型多异氰酸酯固化剂；使用时，将A组分和B组分混合发泡，异氰酸酯指数为1.05-1.10。A组分和B组分的混合重量比为1∶1～1.5。
在本发明中，所述的含磷的阻燃聚醚多元醇的制备方法为：将0.2mol四溴双酚A、0.5mol季戊四醇和0.3mol蔗糖加热溶解，在100℃加入0.3mol聚磷酸，反应5h，然后滴加10mol环氧氯丙烷进行开环醚化反应，得到含磷5wt％、含溴10wt％的含磷的阻燃聚醚多元醇。
随着人们对聚氨酯硬泡阻燃性能的要求越来越高，由于添加型阻燃剂存在易迁移、不能持久保持阻燃效果和破坏泡沫物理性能等缺点，添加型阻燃剂很难达到和满足目前的使用要求，因此促进了阻燃多元醇的出现，较好地解决了上述问题，使高阻燃聚氨酯硬泡的应用得到保证。阻燃多元醇是指分子中含有阻燃元素的多元醇，以其所含阻燃元素的不同，大致可以分为磷系阻燃多元醇、卤系阻燃多元醇、复合型阻燃多元醇及芳杂环类阻燃多元醇等。具有芳杂环结构的多元醇不仅具有较好的阻燃、耐燃性能，而且由于它在分子结构中引入了苯环、异氰脲酸酯环等杂环结构，使聚氨酯制品具备更高的耐热性、尺寸稳定性和力学性能，因而可以应用于制备硬质聚氨酯泡沫制品。在本发明中，所述的杂环氨基聚醚多元醇的制备方法为：将1mol甲苯二胺和0.1mol三聚氰胺加到反应瓶中，加入0.3g氢氧化钾，60℃加热溶解后通入3mol环氧丙烷和3mol环氧乙烷，反应5h，得到官能度4、羟值420mgKOH/g、粘度1000cp的杂环氨基聚醚多元醇。
在本发明中，所述的阻燃剂为磷酸三(2-氯乙基)酯、甲基磷酸二甲酯、三(2，3-二溴丙基)聚异氰脲酸酯或三溴新戊醇，这些阻燃剂属于添加型或反应型阻燃剂，与聚氨酯体系相容性好，加入后体系能保持长时间的稳定性，并且对聚氨酯硬泡本身的力学性能影响较小，在聚氨酯硬泡系统中使用阻燃抑烟效果显著。
在本发明中，阻燃型多异氰酸酯固化剂可为多苯基多次甲基异氰酸酯。为了进一步提高聚氨酯的阻燃效果，采用溴素对B组分进行改性，得到溴化阻燃多异氰酸酯，改性方法为：将浓度为5-10wt％的溴素在室温下滴加到多苯基多次甲基异氰酸酯中，在60-70℃保温反应10小时，抽真空1h，得到溴化多苯基多次甲基异氰酸酯。
在本发明中，所述的防潮底漆为水性环氧树脂或丙烯酸酯树脂，施工时用喷枪或滚刷将防潮底漆均匀喷刷，无透底现象。采用此类防潮底漆具有防潮、防水、透气的作用，特别是在潮湿的雨季，基层新墙体完工后风干不彻底，以及基层墙体有流水残痕等情况下更具效果，而且能有效防止基层墙面上残留的浮灰对保温层附着力的影响。所述水性环氧树脂可为SHELL公司生产的EPIKOTE，3510-w-60型号产品。丙烯酸酯树脂可为上海日出化工有限公司公司生产的A3型号乳液产品。
在本发明中，所述的界面剂由醋酸乙烯-乙烯共聚乳液20-30重量份、丙烯酸酯共聚乳液30-40重量份、增粘剂聚丙烯酸钠1-10重量份与水30-50重量份混合制得。它的主要作用是提高聚氨酯表面和抗裂砂浆的粘结强度，防止抹灰层空鼓、开裂和剥落问题的产生。所述界面剂可为克络蒂材料科技发展有限公司生产的FK501型号产品。
在本发明中，所述的抗裂砂浆的主要由以下材料构成，石英砂、聚丙烯纤维、醋酸乙烯-乙烯可再分散乳胶粉、甲基纤维素醚、碳酸钙和硅酸盐水泥在搅拌机中混合而成。例如采用克络蒂材料科技发展有限公司生产的聚氨酯保温体系专用抗裂砂浆，型号FK505。
在本发明中，所述的防火涂料为水性超薄膨胀型防火涂料，其制备方法为：将硅丙乳液30重量份、三聚氰胺5重量份、聚磷酸铵23重量份、季戊四醇10重量份、钛白粉5重量份、六偏磷酸钠0.3重量份、乳化剂OP-10 0.5重量份，三辊机研磨后制得。其中，硅丙乳液可为上海日出化工有限公司生产的TD-1型号产品，聚磷酸铵可为山东寿光卫东化工有限公司生产的APP102型号产品。
柔性的硅丙乳液作为基体树脂，三聚氰胺、聚磷酸铵和季戊四醇作为膨胀发泡组分，磷酸胺化合物为脱水炭化催化剂、多碳化合物为炭化剂、含氮化合物为发泡剂。防火涂料涂覆在材料表面上，具有隔热、防燃、阻燃的功能，能有效延缓火势的发展、阻止火焰蔓延，对基材起到保护作用。目前膨胀型防火涂料主要用在建筑物的钢结构上，在本发明中将其应用到聚氨酯泡沫保温材料表面，作为聚氨酯保温系统的第一道防火阻燃的屏障。
在本发明中，所述的饰面涂料可为普通的市售饰面涂料，如克络蒂材料科技发展有限公司生产的FK207型号产品。
本发明创造性地将难燃型聚氨酯硬泡材料与防火涂料并用，取得了优异的防火阻燃性能。
具体实施方式
下面用实施例给出了对本发明更详细的说明，有助于理解本发明。然而，不应将此解释为对本发明范围的限制。
实施例1
含磷阻燃聚醚多元醇的制备：将0.2mol四溴双酚A、0.5mol季戊四醇、0.3mol蔗糖加热溶解，在100℃缓慢加入0.3mol聚磷酸，然后反应5h，然后滴加10mol环氧氯丙烷滴加进行开环醚化反应，得到含磷5wt％、含溴10wt％的阻燃聚醚多元醇。
氨基杂环聚醚的制备：将1mol甲苯二胺和0.1mol三聚氰胺加到反应瓶中，加入0.3g氢氧化钾，60℃加热溶解后通入3mol环氧丙烷和3mol环氧乙烷，反应5h，得到官能度4、羟值420mgKOH/g、粘度1000cp的杂环氨基聚醚多元醇。
多苯基多次甲基异氰酸酯的溴化：将浓度为8wt％的溴素在室温下滴加到多苯基多次甲基异氰酸酯中，在65℃保温反应10小时，抽真空1h，得到溴化多苯基多次甲基异氰酸酯。
防火涂料的制备：将硅丙乳液30重量份、三聚氰胺5重量份、聚磷酸铵23重量份、季戊四醇10重量份、钛白粉5重量份、六偏磷酸钠0.3重量份、乳化剂OP-10 0.5重量份，三辊机研磨后制得。
实施例2-3中，防潮底漆采用SHELL公司生产的3510-w-60型水性环氧树脂号。实施例4-5中防潮底漆采用上海日出化工有限公司公司生产的A3型号丙烯酸酯树脂。实施例2-5中界面剂采用克络蒂材料科技发展有限公司生产的FK501型号产品。抗裂砂浆采用克络蒂材料科技发展有限公司生产的聚氨酯保温体系专用抗裂砂浆，型号FK505。饰面涂料采用克络蒂材料科技发展有限公司生产的FK207型号产品。
实施例2
将含磷的阻燃聚醚多元醇80g、杂环氨基聚醚多元醇20g、有机硅泡沫稳定剂2g、催化剂二甲基乙醇胺2g、催化剂二月桂酸二丁基锡1g、阻燃剂甲基磷酸二甲酯50g和发泡剂一氟二氯乙烷20g混合得到A组分；将A组分和B组分溴化多苯基多次甲基异氰酸酯按重量比为1∶1混合发泡，异氰酸酯指数为1.05。得到的难燃型聚氨酯硬泡材料的氧指数为31，烟密度53，抗压强度0.5MPa。
将防潮底漆、难燃型聚氨酯硬泡材料、界面剂、抗裂砂浆、防火涂料和饰面涂料从内到外刷涂于墙体上，形成外墙保温材料。
实施例3
将含磷的阻燃聚醚多元醇50g、杂环氨基聚醚多元醇50g、有机硅泡沫稳定剂2g、催化剂二甲基乙醇胺2g、催化剂二月桂酸二丁基锡1g、阻燃剂磷酸三(2-氯乙基)酯20g和发泡剂一氟二氯乙烷40g混合得到A组分；将A组分和B组分溴化多苯基多次甲基异氰酸酯按重量比为1∶1混合发泡，异氰酸酯指数为1.10。得到的难燃型聚氨酯硬泡材料的氧指数为29，烟密度79，抗压强度0.7MPa。
将防潮底漆、难燃型聚氨酯硬泡材料、界面剂、抗裂砂浆、防火涂料和饰面涂料从内到外刷涂于墙体上，形成外墙保温材料。
实施例4
将含磷的阻燃聚醚多元醇65g、杂环氨基聚醚多元醇35g、有机硅泡沫稳定剂2g、催化剂二甲基乙醇胺2g、催化剂二月桂酸二丁基锡1g、阻燃剂三(2，3-二溴丙基)聚异氰脲酸酯30g和发泡剂一氟二氯乙烷30g混合得到A组分；将A组分和B组分溴化多苯基多次甲基异氰酸酯按重量比为1∶1.5混合发泡，异氰酸酯指数为1.10。得到的难燃型聚氨酯硬泡材料的氧指数为29，烟密度57，抗压强度0.6MPa。
将防潮底漆、难燃型聚氨酯硬泡材料、界面剂、抗裂砂浆、防火涂料和饰面涂料从内到外刷涂于墙体上，形成外墙保温材料。
实施例5
将含磷的阻燃聚醚多元醇65g、杂环氨基聚醚多元醇35g、有机硅泡沫稳定剂2g、催化剂二甲基乙醇胺2g、催化剂二月桂酸二丁基锡1g、阻燃剂三溴新戊醇30g和发泡剂一氟二氯乙烷30g混合得到A组分；将A组分和B组分溴化多苯基多次甲基异氰酸酯按重量比为1∶1混合发泡，异氰酸酯指数为1.10。得到的难燃型聚氨酯硬泡材料的氧指数为29，烟密度85，抗压强度0.8MPa。
将防潮底漆、难燃型聚氨酯硬泡材料、界面剂、抗裂砂浆、防火涂料和饰面涂料从内到外刷涂于墙体上，形成外墙保温材料。

Claims (6)

1.一种防火阻燃的聚氨酯外墙保温系统材料，其特征在于，包括从内到外依次设置的防潮底漆、难燃型聚氨酯硬泡材料、界面剂、抗裂砂浆、防火涂料和饰面涂料；
其中，所述难燃型聚氨酯硬泡材料由A组分和B组分组成，A组分由将含磷的阻燃聚醚多元醇80-50重量份、杂环氨基聚醚多元醇20-50重量份、有机硅泡沫稳定剂2重量份、催化剂二甲基乙醇胺2重量份、催化剂二月桂酸二丁基锡1重量份、阻燃剂20-50重量份和发泡剂一氟二氯乙烷20-40重量份混合得到；B组分为阻燃型多异氰酸酯固化剂；使用时，将A组分和B组分按重量比1∶1～1.5混合发泡，异氰酸酯指数为1.05-1.10。
2.如权利要求1所述的防火阻燃的聚氨酯外墙保温系统材料，其特征在于，所述的含磷的阻燃聚醚多元醇的制备方法为：将0.2mol四溴双酚A、0.5mol季戊四醇和0.3mol蔗糖加热溶解，在100℃加入0.3mol聚磷酸，反应5h，然后滴加10mol环氧氯丙烷进行开环醚化反应，得到含磷5wt％、含溴10wt％的含磷的阻燃聚醚多元醇。
3.如权利要求1所述的防火阻燃的聚氨酯外墙保温系统材料，其特征在于，所述的杂环氨基聚醚多元醇的制备方法为：将1mol甲苯二胺和0.1mol三聚氰胺加到反应瓶中，加入0.3g氢氧化钾，60℃加热溶解后通入3mol环氧丙烷和3mol环氧乙烷，反应5h，得到官能度4、羟值420mgKOH/g、粘度1000cp的杂环氨基聚醚多元醇。
4.如权利要求1所述的防火阻燃的聚氨酯外墙保温系统材料，其特征在于，所述的阻燃剂为磷酸三(2-氯乙基)酯、甲基磷酸二甲酯、三(2，3-二溴丙基)聚异氰脲酸酯或三溴新戊醇。
5.如权利要求1所述的防火阻燃的聚氨酯外墙保温系统材料，其特征在于，所述的阻燃型多异氰酸酯固化剂为溴化多苯基多次甲基异氰酸酯，其制备方法为：将浓度为5-10wt％的溴素在室温下滴加到多苯基多次甲基异氰酸酯中，在60-70℃保温反应10小时，抽真空1h，得到溴化多苯基多次甲基异氰酸酯。
6.如权利要求1所述的防火阻燃的聚氨酯外墙保温系统材料，其特征在于，所述的防火涂料由以下方法制得：将硅丙乳液30重量份、三聚氰胺5重量份、聚磷酸铵23重量份、季戊四醇10重量份、钛白粉5重量份、六偏磷酸钠0.3重量份、乳化剂OP-10 0.5重量份，三辊机研磨后制得。
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