CN106747590A - 一种聚氨酯与水泥原位复合的发泡方法及其应用 - Google Patents

一种聚氨酯与水泥原位复合的发泡方法及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种聚氨酯与水泥原位复合发泡的保温防火材料的制备方法，属于有机/无机复合型建筑材料领域。特征在于，聚氨酯与水泥同时发泡，先加入水泥、粉煤灰、PP短切纤维、稳泡剂、水等组分，机械混合均匀后，加入聚醚多元醇、聚硅氧烷聚醚、催化剂混合成均一浆料，然后加入异氰酸酯和发泡剂静置发泡，得到复合材料。该材料是有机聚氨酯与无机水泥原位复合发泡，具有较低的导热系数，防火性能达到A级不燃。该聚氨酯与发泡水泥原位复合发泡的保温材料制备过程简单易行，适合于工业化生产和应用。其在保温防火领域应用前景广阔。

Description

一种聚氨酯与水泥原位复合的发泡方法及其应用
技术领域
本发明涉及一种聚氨酯与水泥原位复合发泡的保温防火材料的制备方法，属于有机/无机复合型建筑材料领域。
技术背景
近年来，随着能源的日益枯竭和环境的不断恶化，节能减排已然成为世界各国的普遍共识。各项建筑节能法规的相继颁布与执行，使得建筑保温材料的研制与应用正受到人们的广泛关注。聚氨酯作为一种新型的有机泡沫材料，具有隔热保温等优良特性，较好地满足了节能保温工程的要求，但在实际应用中存在强度低、,在燃烧时释放大量热量、产生大量有毒烟气等缺陷，一定程度上制约了其在诸多行业的发展。目前聚氨酯与水泥复合建筑保温材料的研究主要宏观方面的复合，如聚氨酯做芯，外面涂水泥砂浆，或者三明治结构的聚氨酯水泥复合材料。
中国专利申请CN102701687A公开了一种聚氨酯水泥泡沫保温防火材料及其制备方法是水泥中引入大量微小、稳定、封闭的气泡和少量的聚氨酯，将其均匀地分散在水泥基材中，将水溶性聚氨酯直接加入水泥浆，但是水泥中的水量远远超出相对于聚氨酯发泡所需的水量，聚氨酯在水泥中的发泡速率极快，生成脲基甲酸酯，难以同时发泡，可操作性差。
中国专利申请CN205476202U公开了一种模铸成型纤维水泥压力板饰面改性聚氨酯保温装饰一体化板，纤维水泥压力板装饰层与背衬层之间设有通过模铸成型的改性聚氨酯保温层，是三明治结构的聚氨酯水泥复合材料，此法在有效提高防火性能同时，可保持保温隔热性能，但聚氨酯泡沫与水泥砂浆或发泡水泥之间很难达到微观层面的复合，界面间存在不相容性，难以形成有机/无机紧密联系的统一整体。
中国专利申请CN2167140公开了一种聚氨酯水泥复合板的制作方法，是一种轻质三层结构的聚氨酯混凝土复合板，它由中间层聚氨酯硬质泡沫塑料和两边的混凝土面层结合而成。但是聚氨酯泡沫与水泥难以形成有机/无机紧密联系的统一整体。
中国专利申请 CN204753953U公开了一种提供了一种保温型聚氨酯混凝土砌块,所述保温型聚氨酯混凝土砌块设有空心腔体,所述空心腔体内填充有聚氨酯。聚氨酯泡沫与水泥难以形成有机/无机紧密联系的统一整体。
发明内容
本发明针对聚氨酯保温板存在的防火等级低等问题和常规改性手段无法克服的不足，以及聚氨酯与水泥复合发泡过程中发泡速率不匹配的问题，目的之一在于提供一种聚氨酯与水泥原位复合发泡的保温材料，该材料中聚氨酯与水泥同时发泡，解决速率匹配和发泡相互抑制难题，形成IPN结构。
本发明的第二个目的是在于提供一种反应条件温和、操作便捷的所述聚氨酯与水泥原位复合发泡的保温材料的制备方法。
为达到上述目的，本发明的技术方案为：
本发明提供的一种聚氨酯与水泥原位复合发泡的保温材料，包含有：水泥100份，双氧水2-6份，PP短切纤维0.2-1.0份，稳泡剂0.3-2.0份，甲酸钙1-2份，水45-55份，异氰酸酯5-25份，聚醚多元醇5-15份，聚硅氧烷聚醚0.1-0.4份，催化剂0.005-0.3份。
所述稳泡剂为亲水性阴离子型表面活性剂，可以是硬脂酸钠，硬脂酸钙中的一种或几种。
所述异氰酸酯无特别要求，可以是甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、多亚甲基多苯基二异氰酸酯中的一种或几种。
所述催化剂无特别要求，可以是异辛酸亚锡、二月桂酸二异丁基锡、三乙烯二胺、双(二甲氨基乙基)醚中的一种或几种。
本发明提供的一种聚氨酯与水泥原位复合发泡的保温材料的制备方法，其工艺简单易行，特别适合于工业化生产和应用，具体包括以下步骤：
(1)按常规方法加入水泥、粉煤灰、PP短切纤维、稳泡剂、水等组分；
(2)将聚醚多元醇、聚硅氧烷聚醚、催化剂混合成均一浆料，加入步骤(1)制备的浆料；
(3)将异氰酸酯，双氧水加入步骤(2)制备的浆料，静置2-4min发泡固化，然后在常温下熟化24h，得到聚氨酯泡与水泥泡均匀复合的保温材料。
本发明提供的一种聚氨酯与水泥原位复合发泡的保温防火材料的制备方法中，所述有机聚氨酯与无机水泥复合，燃烧性能达到A级，导热系数低至0.041-0.048W/(m.k)。
相对现有技术，本发明的有益效果在于：
1.采用二次加料工艺，先将多元醇、催化剂、聚硅氧烷聚醚等与水泥浆混合，再加入异氰酸酯和发泡剂，获得了一种聚氨酯与水泥复合发泡的保温材料，有机聚氨酯和无机水泥原位复合发泡，形成相互穿插的IPN结构。
2.本发明提供的聚氨酯与水泥原位复合发泡的保温材料，聚氨酯和水泥同时发泡，聚氨酯发泡速率与水泥发泡速率相匹配，聚氨酯发泡提供的热量促进水泥中双氧水分解。
3.本发明提供的聚氨酯与水泥复合发泡的保温材料，其聚氨酯泡的数量及孔径大小可由异氰酸酯、聚醚多元醇及水的量精确控制，因而保温材料的容重、强度、导热系数等主要性能可在一定范围内任意调控。
4.本发明提供的所述聚氨酯与水泥复合发泡的保温材料的制备方法中，工艺流程简单，可操作性高，聚氨酯与水泥各组分一次发泡，完全适应大规模工业化生产的需要。
5.本发明的有益效果还在于，原位复合发泡的保温材料相对于传统聚氨酯板燃烧性能达到A级，但是导热系数低至0.043-0.050W/(m.k)，解决了传统聚氨酯板存在的不足，还保留了传统聚氨酯板的优点。
基于这些特性，应用上述方法制备保温防火材料或者板材等，可在建筑内外墙保温与装饰、屋面隔热以及环境噪音治理、建筑减震等诸多领域有着广阔的应用前景。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步解释说明，但本发明的保护范围不限于下述实施例。凡是利用本发明说明书所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接的运用在其他相关技术领域，均应同理包含在本发明的专利保护范围之内。
实施例1
(1)按常规方法将100份P.O.42.5水泥、0.5份PP短切纤维、2份甲酸钙、1.5份硬脂酸钠稳泡剂和50份35℃的热水搅拌3min，
(2)首先将10份聚醚多元醇、0.2份聚硅氧烷聚醚、0.01份二月桂酸二异丁基锡催化剂混合成均一浆料，加入将步骤(1)制备的均一浆料中，搅拌1min；
(3)将13份粗二苯基甲烷二异氰酸酯、5.3份双氧水迅速加入由步骤(2)获得的均一浆料中，复合材料发泡，然后在常温下熟化24h，得到聚氨酯与水泥原位复合发泡的保温材料。
经检测，该复合的保温材料绝干密度280Kg/m3，燃烧性能A级，导热系数0.045W/(m.k)。
实施例2
(1)按常规方法将100份P.O.42.5水泥、1.0份PP短切纤维、1.5份甲酸钙、2.0份硬脂酸钠和55份40℃的热水搅拌2min后；
(2)首先将15份聚醚多元醇、0.4份聚硅氧烷聚醚、0.1份三乙烯二胺催化剂混合成均一浆料，加入将步骤(1)制备的均一浆料中，搅拌1min；
(3)将20份多亚甲基多苯基二异氰酸酯、5.2份双氧水迅速加入由步骤(2)获得的均一浆料中，复合材料发泡，然后在常温下熟化24h，得到聚氨酯与水泥原位复合发泡的保温材料。
经检测，该微观复合的保温材料绝干密度280Kg/m3，燃烧性能A级，导热系数0.045W/(m.k)。
实施例3
(1)按常规方法将100份P.C.32.5水泥、0.7份PP短切纤维、1.0份甲酸钙、2.0份硬脂酸钙稳泡剂和47份45℃的热水搅拌2min；
(2)首先将9份聚醚多元醇、0.15份聚硅氧烷聚醚、0.2份双(二甲氨基乙基)醚催化剂混合成均一浆料，加入将步骤(1)制备的均一浆料中，搅拌1min；
(3)将10份甲苯二异氰酸酯、4.5双氧水迅速加入由步骤(2)获得的均一浆料中，复合材料发泡，然后在常温下熟化24h，得到聚氨酯与水泥原位复合发泡的保温材料。
经检测，该微观复合的保温材料绝干密度328Kg/m3，燃烧性能A级，导热系数0.048W/(m.k)。

Claims (4)

1.一种聚氨酯与水泥原位复合发泡的保温材料，其特征在于：聚氨酯和水泥同时发泡，聚氨酯发泡提供的热量促进水泥中双氧水分解。
2.根据权利要求1所述的一种聚氨酯与水泥原位复合发泡的保温材料，其特征在于：有机聚氨酯和无机水泥原位复合，形成相互穿插的IPN结构。
3.根据权利要求1~2任一项所述的一种聚氨酯与水泥原位复合发泡的保温材料，其特征在于：具体包含有：水泥100份，双氧水2-6份，PP短切纤维0.2-1.0份，稳泡剂0.3-2.0份，甲酸钙1-2份，水45-50份，异氰酸酯5-25份，聚醚多元醇5-15份，聚硅氧烷聚醚0.1-0.4份，催化剂0.005-0.3份。
4.根据权利要求1~3任一项所述的一种聚氨酯与水泥原位复合发泡的保温材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)按常规方法加入水泥、粉煤灰、PP短切纤维、稳泡剂、水等组分；
(2)将聚醚多元醇、聚硅氧烷聚醚、催化剂混合成均一浆料，加入步骤(1)制备的浆料；
(3)将异氰酸酯，双氧水加入步骤(2)制备的浆料，静置2-4min发泡固化，然后在常温下熟化24h，得到聚氨酯泡与水泥泡均匀复合的保温材料。
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