CN107553806B - 聚氨酯混凝土夹芯元件及其制法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种聚氨酯混凝土夹芯元件的制备方法。本发明的方法在尽可能少的改造现有工艺的生产流程前提下，快速形成无缝的保温层体系，避免了保温板接缝之间的水汽凝结，同时避免建筑物建成之后墙体渗水和漏水的可能以及连接件和连接钢筋受水汽侵蚀而锈蚀的可能。本发明还涉及一种聚氨酯混凝土夹芯元件，其由本发明的方法制备。

Description

聚氨酯混凝土夹芯元件及其制法
技术领域
本发明涉及基于聚氨酯的混凝土保温元件，具体而言，涉及聚氨酯混凝土夹芯元件的生产方法、聚氨酯混凝土夹芯元件。
背景技术
目前正在大力提倡发展新型保温元件，特别是在建筑领域，正在大力推广装配式建筑。装配式建筑具有减少建筑垃圾和扬尘污染，缩短建造工期，提升工程质量的优点，但早期装配式建筑墙板和楼板的生产工艺中仍存在大量手工铺装保温板(多为XPS板)的步骤，且接缝的间距没有统一验收规范，预制建筑部件在铺设保温层的这个工位上停留时间长，消耗人工多，所生产的部件成品质量隐患多，不利于住宅产业化的健康发展。
特别是，目前的保温板通常通过拼接方式置于混凝土板和/或装饰板间。然而，以拼接方式连接的保温板通常在拼接缝，并且在保温板与其连接的混凝土板和/或装饰板间也存在缝隙，拼接缝或缝隙的存在会使水汽凝结，从而增加建筑物建成之后墙体渗水和漏水的可能性，也增加了连接件和连接钢筋受水汽侵蚀而锈蚀的可能性。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种聚氨酯混凝土夹芯元件的生产方法，所述聚氨酯混凝土夹芯元件包括第一面层、第二面层和聚氨酯夹芯层，所述第一面层、第二面层分别位于聚氨酯夹芯层的两个表面，其中第一面层和第二面层中的至少一层为混凝土层，所述方法包括：
i)在模具中形成第一面层和第二面层，其中第一面层与第二面层相对设置，且第一面层与第二面层相对的两个面之间相隔设置，即形成有空腔；
ii)将得自步骤i)的位于模具中相对设置的两个面层作为整体相对于水平面形成1-90度的角度；
iii)将聚氨酯反应体系施用于步骤i)形成的空腔中；
iv)使聚氨酯反应体系在空腔内固化，以形成聚氨酯泡沫，从而形成聚氨酯混凝土夹芯元件。
在本发明的一个优选实施方案中，第一面层和第二面层之间形成的空腔可通过如下方式形成：a)分别在第一模具和第二模具中形成第一面层和第二面层，其中所述第一模具和第二模均有一面呈未封闭状态，使第一模具和第二模具中的至少一个的模具壁高高于其中所形成的面层的厚度；b)使置于第一模具中的第一面层与置于第二模具中的第二面层相对设置，并使呈未封闭状态的第一模具与第二模具的面的各个边缘接触并使其密封；由此在第一面层和第二面层之间形成空腔。在该实施方案中，本发明方法步骤i)的空腔通过第一模具和第二模具的壁围绕形成。
在本发明方法的一个更优选的实施方案中，第一模具与第二模具的接触可以为卡扣连接。
在本发明方法的一个优选实施方案中，混凝土层可以通过如下方式形成：在模具中提供未硬化的混凝土，使未硬化的混凝土硬化而形成硬化的混凝土层。
在本发明方法的一个更优选的实施方案中，混凝土层的厚度为3-30厘米。
在本发明方法的一个优选实施方案中，第一面层与第二面层通过钢筋桁架连接或锚栓连接。
在本发明方法的一个更优选的实施方案中，聚氨酯反应体系反应起始时的25℃时的特性粘度为50-500mPa·s，优选100-300mPa·s。
在本发明方法的一个优选实施方案中，聚氨酯反应体系采用反应注射成型(reaction injection moulding，RIM)技术注入空腔。
在本发明方法的一个更优选的实施方案中，反应注射成型的发泡压力为10-200KN/m2。
本发明的方法优化了现有生产工艺，通过例如提高至少一侧混凝土板的模具壁高，形成方便于生产的空腔，在尽可能少的改造现有工艺的生产流程前提下，快速形成无缝的保温层体系，避免了保温板接缝之间的水汽凝结，同时避免建筑物建成之后墙体渗水和漏水的可能以及连接件和连接钢筋受水汽侵蚀而锈蚀的可能。本发明的方法还降低了人工铺设保温材料的人工费用，提高了生产效率，提高预制混凝土墙板和楼板的耐久性。
在本发明的一个实施方案中，提供一种聚氨酯混凝土夹芯元件，其由本发明的方法制得，其中，聚氨酯夹芯层的泡沫的表观密度为20-200kg/m3。
具体实施方式
本发明提供一种聚氨酯混凝土夹芯元件的生产方法，所述聚氨酯混凝土夹芯元件包括第一面层、第二面层和聚氨酯夹芯层，所述第一面层、第二面层分别位于聚氨酯夹芯层的两个表面，其中第一面层和第二面层中的至少一层为混凝土层，所述方法包括：
i)在模具中形成第一面层和第二面层，其中第一面层与第二面层相对设置，且第一面层与第二面层相对的两个面之间相隔设置，即形成有空腔；
ii)将得自步骤i)的位于模具中相对设置的两个面层作为整体相对于水平面形成1-30度的角度；
iii)将聚氨酯反应体系施用于步骤i)形成的空腔中；
iv)使聚氨酯反应体系在空腔内固化，以形成聚氨酯泡沫，从而形成聚氨酯混凝土夹芯元件。
在本发明的方法中，在第一面层与第二面层之间形成有空腔意指第一面层与第二面层并非以相互接触的方式设置，而是第一面层与第二面层之间存在一定的空间。
在本发明的一个优选实施方案中，第一面层和第二面层之间的空腔可通过如下方式形成：a)分别在第一模具和第二模具中形成第一面层和第二面层，其中所述第一模具和第二模具均有一面呈未封闭状态，使第一模具和第二模具中的至少一个的模具壁高高于其中所形成的面层的厚度；b)使置于第一模具中的第一面层与置于第二模具中的第二面层相对设置，并使呈未封闭状态的第一模具与第二模具的面的各个边缘接触并使其密封；由此在第一面层和第二面层之间形成空腔。在该实施方案中，本发明方法步骤i)的空腔通过第一模具和第二模具的壁围绕形成。
在本发明方法的一个更优选的实施方案中，第一模具与第二模具的接触可以为卡扣连接。
在本发明方法的一个优选实施方案中，聚氨酯反应体系通过注料孔注入空腔中，所述注料孔设置在由第一模具和第二模具的壁围绕形成的空腔的至少一面上。在本发明方法的一个优选实施方案中，空腔的至少一面上的注料孔的个数可以为1-10个，优选为1-5个。
在本发明的方法中，对空腔的高度不作特别限制，可根据实际需要进行调节，例如可以是2-10厘米。例如，在希望增加保温效果时，可增加空腔高度；在希望适宜降低的保温效果时，可降低空腔高度。
在本发明的方法中，混凝土层可以通过如下方式形成：在模具中提供未硬化的混凝土，使未硬化的混凝土硬化而形成硬化的混凝土层。在本发明的方法中，优选地，在养护后使未硬化的混凝土硬化而形成硬化的混凝土层。在本发明的方法中，混凝土层的厚度可以是2-50厘米，优选为3-30厘米。
在本发明的方法中，优选将第一面层与第二面层通过钢筋桁架连接或锚栓连接。具体而言，第一面层与第二面层可以通过如下方式连接：在混凝土第一面层和第二面层的制备过程中，在分别位于第一模具或第二模具中的未硬化的第一面层或第二面层中垂直插入钢筋桁架或锚栓，插入钢筋桁架或锚栓的数量可以根据实际需要确定，在此不作特别限制，条件是能够实现第一面层与第二面层的连接或实现建筑上需要的其他功能，其中，钢筋桁架的插入位置为整个未硬化的第一面层或第二面层，锚栓的插入位置为未硬化的第一面层或第二面层的四个边缘处。
在本发明的方法中，术语“混凝土”具有本领域中常用的含义，其是指包含无机粘结料(例如水泥)、填充料(如砾石、沙子)、水以及任选的添加剂和/或助剂的组合物，其中水泥具有本领域常用的含义，其是指由煅烧石灰石、硅石、氧化铝、石灰、氧化铁、氧化镁和粘土等组分制备的干燥粉末。术语“混凝土”也包括本领域中常用的“砂浆”，本发明所涉及的“混凝土”和“砂浆”，其组成不同之处只在于制得所述组合物所用填充料的最大粒度有别。术语“砂浆”指由最大粒度至多4mm的填充料制得的组合物，而术语“混凝土”指由较粗填充料制得的组合物。本发明中，对术语“混凝土”和“砂浆”不进行进一步的区分。
在本发明的方法中，术语“未硬化的混凝土”是指在形成基本强度之前，即在终凝前的混凝土，其中所述终凝时间可以根据GB/T 50080-2002测定(《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》，第4章，凝结时间测定)。
在本发明的方法中，除了混凝土层以外，还可以包括其他装饰层，其他装饰层可以是与混凝土层相同材料、相同厚度的层，也可以是不与混凝土层材料、厚度不同的层，例如可以是装饰板，所述非装饰板可以是建筑材料用任何市售已知的装饰板，例如石灰板材、陶瓷板。装饰板的厚度可以是3-15厘米，优选为5-10厘米。
在本发明的方法中，聚氨酯反应体系可以是建筑领域中常用于制备聚氨酯的泡沫体系，特别是可以用于反应注射成型(reaction injection moulding，RIM)的聚氨酯反应体系。
在本发明一个具体实施方案中，聚氨酯反应体系包括：
a)一种或多种有机多异氰酸酯；
b)一种或多种多元醇；
c)一种或多种发泡剂；和d)一种或多种催化剂；
组分a)：多异氰酸酯
可用于制备聚氨酯泡沫的有机多异氰酸酯包括有机二异氰酸酯，其可以是已知用于制备聚氨酯的任何脂族、脂环族或芳族异氰酸酯。其实例包括但不限于：2,2’-、2,4-和4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯；单体型二苯基甲烷二异氰酸酯和具有更多环的二苯基甲烷二异氰酸酯同系物的混合物(聚合MDI)；异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)或其低聚物；甲苯二异氰酸酯(TDI)，例如甲苯二异氰酸酯异构体如甲苯-2,4-或2,6-二异氰酸酯，或者其混合物；四亚甲基二异氰酸酯或其低聚物；六亚甲基二异氰酸酯(HDI)或其低聚物；萘二异氰酸酯(NDI)或其混合物。
在本发明实施例中，有机多异氰酸酯包括基于二苯基甲烷二异氰酸酯的异氰酸酯，尤其是包含聚合MDI的那些。有机多异氰酸酯的官能度优选为1.5-3.5，特别优选2.5-3.3。有机多异氰酸酯粘度优选为5-600mPas，特别优选10-300mPas，在25℃下根据DIN53015测定。所述异氰酸酯组分的含量可以为50-60wt.％，基于所述聚氨酯组合物的总重量按100wt.％计。
在本发明中，可用作b)组分的多元醇选自聚醚多元醇，所述聚醚多元醇的羟值为200-500mgKOH/g，优选为250-350mgKOH/g，官能度为2-6，优选为3-5。聚醚多元醇的含量可以是20wt.％到90wt.％，基于所述聚氨酯组合物的总重量按100wt.％计。
所述聚醚多元醇可以通过已知的工艺过程制备，例如，在催化剂存在下，由烯烃氧化物与起始剂反应制得。所述的催化剂，优选但不限于碱性氢氧化物、碱性醇盐、五氯化锑、氟化硼合乙醚、或它们的混合物。所述的烯烃氧化物，优选但不限于四氢呋喃、环氧乙烷、环氧丙烷、1,2-环氧丁烷、2,3-环氧丁烷、氧化苯乙烯、或它们的混合物，特别优选环氧乙烷和/或环氧丙烷。所述的起始剂，优选但不限于多羟基化合物或多胺基化合物，所述多羟基化合物，优选但不限于水、乙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、二甘醇、三羟甲基丙烷、甘油、双酚A、双酚S或它们的混合物，所述多胺基化合物，优选但不限于乙二胺、丙二胺、丁二胺、己二胺、二亚乙基三胺、甲苯二胺或它们的混合物。聚醚多元醇还可以为不饱和聚醚多元醇。
可用于本发明的聚氨酯反应体系还包含发泡剂c)，所述发泡剂可以选用各种物理发泡剂或化学发泡剂，优选但不限于水、卤代烃、烃类化合物、气体。所述卤代烃，优选但不限于一氯二氟代甲烷、二氯一氟代甲烷、二氯氟代甲烷、三氯氟代甲烷、或它们的混合物。所述烃类化合物，优选但不限于丁烷、戊烷、环戊烷、己烷、环己烷、庚烷、或它们的混合物。所述气体，优选但不限于空气、CO2、或N2。可用于本发明的聚氨酯反应体系还可以包含催化剂，所述的催化剂优选但不限于胺类催化剂、有机金属催化剂、或它们的混合物。所述的胺类催化剂，优选但不限于三乙基胺、三丁基胺、三亚乙基二胺、N-乙基吗啉、N,N,N’,N’-四甲基-乙二胺、五甲基二亚乙基-三胺、N,N-甲基苯胺、N,N-二甲基苯胺、或它们的混合物。所述的有机金属催化剂，优选但不限于有机锡类化合物，例如：乙酸锡(II)、辛酸锡(II)、乙基己酸锡、月桂酸锡、二丁基氧化锡、二丁基二氯化锡、二丁基二乙酸锡、二丁基马来酸锡、二辛基二乙酸锡、或它们的混合物。所述催化剂的用量为0.001-10wt.％，基于所述异氰酸酯反应性组分的重量为100wt.％计。
本领域技术人员根据具体的需要，还可以向所述聚氨酯组合物中添加其它成分，例如但不限于硅油等助剂。
聚氨酯组合物中A)异氰酸酯组分和B)异氰酸酯反应性组分的重量比通过NCO指数X确定，X优选为200-600，所述NCO指数X如下式所定义：
Figure BDA0001038592300000071
在本发明的方法中，聚氨酯反应体系为高流动体系，因此有必要控制聚氨酯反应体系反应起始时的粘度。具体而言，聚氨酯反应体系反应起始时的25℃时的特性粘度为10-1000mPa·s，优选为50-500mPa·s，更优选为100-300mPa·s。
在本发明的方法中，倾斜角度为1-45度，优选5-15度。
在本发明的方法中，聚氨酯反应体系向空腔内的施用可以采用反应注射成型技术进行。反应注射成型机将本发明的聚氨酯反应体系中的各组分按照本发明所定义的量经由各自的混合头在加压下混合均匀，立即注射于形成的空腔中，在空腔内固化。
在本发明的方法中，优选反应注射成型的发泡压力为10-200KN/m2，优选为20-160KN/m2，更优选为30-80KN/m2。
在本发明的方法中可以使用的反应注射成型设备为现有技术中用于聚氨酯反应注射成型的所有设备，例如Henecke(亨内基)H-650或H-1250型反应注射成型机。
本发明进一步提供一种聚氨酯混凝土夹芯元件，其通过本发明的方法制备，其中，聚氨酯夹芯层的泡沫的表观密度为20-200kg/m3，优选为30-100kg/m3，更优选为40-70kg/m3。
在本发明中，泡沫密度为根据按照GB/T 6343-2009《泡沫塑料及橡胶表观密度的测定》(等同采用国际标准ISO845:2006《泡沫塑料及橡胶表观密度的测定》)测定的表观密度，单位为kg/m3。
上述在本发明的方法中描述的各实施方案以及优选实施方案，适用于本发明的聚氨酯混凝土夹芯元件。
以下将通过实施例更详细地阐明本发明。
实施例
原料和设备
聚氨酯硬泡体系，一种聚氨酯反应体系，粘度135mPa·s(25℃)；
反应注射成型机，购自Henecke(亨内基)的H-1250。
制备混凝土保温建筑墙板
将未硬化的混凝土在第一模具中铺设5厘米的高度，在位于模具中的未硬化的混凝土中，间隔垂直插入钢筋桁架，其中第一模具壁高高于混凝土层的厚度3厘米，由此形成未硬化的第一面层，养护第一面层使其硬化；同样地，将未硬化的混凝土铺设于第二模具中，其中第二模具壁高与混凝土层厚度相同，均为5厘米，由此形成第二面层；然后将置于第一模具中的第一面层与第一模具一起翻转，以使翻转的装有第一面层的第一模具与装有第二面层的第二模具边缘密封，且插入已硬化的第一面层的钢筋桁架插入未硬化的第二面层，待第一面层和第二面层硬化后，在第一面层和第二面层之间形成由第一面层的第一模具和第二面层的第二模具围绕形成的空腔，其中空腔的一侧留有2个均匀分布的注料孔；将已因密封连接而形成整体的第一模具、置于模具中的第一面层、钢筋桁架、第二模具和置于模具中的第二面层整体倾斜，倾斜角度与水平面呈5度角。
接着将表1所列出的聚氨酯反应体系通过反应注射成型机的混合头混合均匀后在20秒内经由空腔上的注料孔注入空腔中，发泡压力为30KN/m2聚氨酯反应体系在空腔内固化，由此形成聚氨酯保温层。
表1 聚氨酯反应体系填充空腔程度
Figure BDA0001038592300000091

Claims (9)

1.一种聚氨酯混凝土夹芯元件的生产方法，所述聚氨酯混凝土夹芯元件包括第一面层、第二面层和聚氨酯夹芯层，所述第一面层、第二面层分别位于聚氨酯夹芯层的两个表面，其中第一面层和第二面层中的至少一层为混凝土层，所述方法包括：
i)在模具中形成第一面层和第二面层，其中第一面层与第二面层相对设置，且第一面层与第二面层相对的两个面之间相隔设置，即形成有空腔；
ii)将得自步骤i)的位于模具中相对设置的两个面层作为整体相对于水平面形成1-45度的角度；
iii)将聚氨酯反应体系施用于步骤i)形成的空腔中；
iv)使聚氨酯反应体系在空腔内固化，以形成聚氨酯泡沫，从而形成聚氨酯混凝土夹芯元件；
其中，第一面层和第二面层之间的空腔通过如下方式形成：a)分别在第一模具和第二模具中形成第一面层和第二面层，其中所述第一模具和第二模具均有一面呈未封闭状态，使第一模具和第二模具中的至少一个的模具壁高高于其中所形成的面层的厚度；b)使置于第一模具中的第一面层与置于第二模具中的第二面层相对设置，并使呈未封闭状态的第一模具与第二模具的面的各个边缘接触并使其密封；由此在第一面层和第二面层之间形成空腔。
2.权利要求1所述的方法，其中，第一模具与第二模具的接触为卡扣连接。
3.权利要求1或2所述的方法，其中，混凝土层通过如下方式形成：在模具中提供未硬化的混凝土，使未硬化的混凝土硬化而形成硬化的混凝土层。
4.权利要求1或2所述的方法，其中，混凝土层的厚度为2-50厘米。
5.权利要求1或2所述的方法，其中，第一面层与第二面层通过钢筋桁架连接或锚栓连接。
6.权利要求1或2所述的方法，其中，聚氨酯反应体系反应起始时在25℃ 下的特性粘度为10-1000mPa·s。
7.权利要求1或2所述的方法，其中，聚氨酯反应体系采用反应注射成型技术注入空腔。
8.权利要求1或2所述的方法，其中，反应注射成型的发泡压力为10-200KN/m2。
9.一种聚氨酯混凝土夹芯元件，其由权利要求1-8任一项所述的方法制得，其中，聚氨酯夹芯层的泡沫的表观密度为20-200kg/m3。
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