聚氨酯及其特点

聚氨酯及其特点

聚氨酯及其特点

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聚氨酯及其特点

1． 聚氨酯聚氨酯是一类含有重复的氨基甲酸酯链段的高分子化合物。

应当注意的是，它是一大类聚合物的统称。它是由含有-NCO基团的异氰酸酯与含有活泼氢的化合物反应的产物。利用这类反应可以得到的产品有聚氨酯软泡

(俗称海绵)、硬泡、弹性体、微孔泡沫、自结皮泡沫、黏合剂、涂料、纤维等。

这些产品的应用领域涉足工业、农业、日常生活、国防等国民经济及军事等各

领域。就其应用的广泛程度及其应用的跨度而言，几乎没有另外一种合成材料

能与之相提并论。这些都离不开其独特的制造方法和优异的物理性能以及合理的经济指标，这对于其迅速的发展速度起到极大地推动作用。我国的聚氨酯工

业虽然比较发达国家而言，起步很晚，但是增长速度之快已经令世界震惊。在

近20年间，其平均增长速度超过了12％，有的品种则达到了20％以上。在建

筑行业的应用也取得了惊人的进展，尤其是在建筑的保温方面，近年来已成为

了重要的并广为人知的材料。

2．聚氨酯泡沫--其应用如何

氨酯泡沫是聚氨酯大类中，最为重要的子项之一，也是聚氨酯中最主要的品种。

聚氨酯泡沫又可分作诸多子项，但一般分作硬质泡沫(简称"硬泡")，

软质泡沫(简称"软泡")和半硬质泡沫。其中硬泡是建筑领域最为重要的一种材料，它是一种具有一定刚性的泡沫塑料严品，其主要用于保温、充填和隔声等。

在保温方面的应用有：冰箱、热水器、太阳能、水箱、建筑屋面、冷库、活动

板房、冷藏车、保温集装箱、粮库保温、啤酒罐体及桶类、城市集中供热管道、

化工管、罐类、船舶等。在充填方面的应用有：防盗门及车库门内夹层的充填，

建筑物穿壁管、线的封堵，雷达天线罩，矿井封闭，隧道的防水渗透及顶板加

固材料等。用于隔声方面有：大型建'筑物，如会议厅、游泳馆，剧场等天花板，

机车顶部的吸声等。软．泡是一类柔性聚氨酯泡沫、其品种主要有大块软泡(俗

称"海绵")、高回弹软泡、自结皮泡沫以及热模塑软泡。大块软泡的产销量最大，主要用于家具行业的床垫、沙发以及纺织品的复合衬材、包装等。高回弹和热

模塑软泡，主要用作汽车及其他车辆及设施的坐垫、玩具内充填等。自结皮泡

沫主要用作汽车方向盘、各种车辆的扶手等。半硬泡是介于软、硬泡之间的一

种刚柔兼备的泡沫、如汽车仪表盘、防撞缓冲块等。

3．用于建筑保温、绝热的聚氨酯

建筑行业主要使用的是聚氨酯泡沫，而保温、绝热主要使用聚氨酯硬

泡，软泡虽也有使用，但是非常受局限，因此，在本章节所涉及到的材料主要指硬泡。在建筑保温方面主要用以下几种形式的硬泡。

①喷涂型硬泡。主要用于屋面保温、冷库保温、建筑物外墙保温等。

其作法是将经过混合的聚氨酯料喷射到被保温的基材上，到达基材的料在瞬间(一般在3～6秒)迅速膨胀发泡、形成保温层。这种施工非常方便，可以按照不

同形状产生保温层。其原料运输也很方便，因为在发泡前它是液体，发泡后的

体积可以达到30倍左右。这就避免了大多保温材料庞大体积运输上的麻烦。

另外，它的附着力很强，大多建材，如水泥、钢板、木材等，在其喷涂之后，很难将泡沫与之剥离，往往都可达到结构粘接。即，泡沫体破坏而不

会从粘接的界面上被剥开。再者，其生产施工效率很高，如，一台便携的喷涂

机，三人每班可达30m3的施工速度。同时，形成的泡沫保温性能极佳，一是导

热系数低[一般0．020w/(m.K)左右，二是没有衔接缝隙等造成的冷(热)桥现象。

②浇注型硬泡。主要用作热力管道保温，夹芯板、太阳能等保温方面，

这种施工可以在工厂内预制，也可以在施工现场加工；浇注的方式可以采用机

械设备，也可以采用手工方式。一般都有固定的模具或夹具，在模具空腔中浇

注、发泡固化后形成保温层。

4．聚氨酯硬泡在建筑上应用的前景

据资料报道，聚氨酯硬泡在合成材料中的数量已经占到第九位。按其

应用领域的分布，在发达国家排在首位的是建筑行业的应用，而在我国，硬泡

使用排在首位的是家电行业(冰箱、热水器等)，在建筑行业的应用则排在第二位。但是不论怎么说，硬泡在我国建筑行业的应用取得了突飞猛进的发展并且

据业内人士估测，在未来几年内，建筑行业将成为硬泡的第一大市场。这些都

是取决于聚氨酯硬泡的优异物性和实用的经济性；另一方面则是我国建筑行业

的巨大市场。现就此作如下表述。

①聚氨酯硬泡具有优异的物理性能，如：它的导热系数低，可以说是现在建筑保温材料中最低的，即保温性能好。它与需要保温的建筑基材几乎都

有很好的黏结性。另外它的隔声、耐老化、一定的抗潮等性能都是被人们称道

的。

②聚氨酯硬泡具有独特的加工方式。这种独特体现在它在加工成形之

前是液体，这样就避免了很多膨胀体保温材料不划算的运输。另外它可以在现

场直接发泡而避免了其他材料的拼接黏合等。

③它具有良好的应用经济性。虽然聚氨酯自身材料价格较高，但是从全面权衡其经济性后可以发现它往往是低廉的。权衡因素有：运输成本、低密

度来降低的材料费用，其施工效率的提高，由于其兼有诸如防腐等性能而减少

或取消了运行维护费用。

正是由于上述的这些原因加之我国巨大的建筑市场，造成了聚氨酯硬

泡在建筑领域的应用日益扩大。

5．聚氨酯硬泡的主要原料有哪些?

大多情况下，硬泡生产使用的原料有两种。一是异氰酸酯，常用的异

氰酸酯是多苯基甲烷多异氰酸酯，其官能度一般在2.5～3.2之问，也被标识为MDI或PAPI，俗称"黑料"，它在常温下呈红棕色液体(早先的产品颜色较深，故

人们称作"黑料")。二是多元醇组分，该组分是由多种原料混配而成，其中有聚

醚或聚酯多元醇，发泡剂、催化剂、泡沫稳定剂(匀泡剂)以及其他助剂类，这

种原料往往较异氰酸酯来说，颜色较浅，常温下呈淡黄色液体，所以俗称为"白

料"，也常被标识为Polyol。在硬泡生产时，这二种原料分别被装入各自的罐

内，一经被混合就会产生化学反应，产生发泡现象。

6．聚氨酯硬泡与其他常用保温材料相比有什么特点?

6． 如前所述，硬泡的主要应用是建筑领域的保温材料，在这一领域

使用的常用材料还有很多，大都有自己突出的特点才得以在此领域中占据一席之地。但仅就保温性能，按照其各自导热系数，人们很形象地就达到同样保温

效果所需材料厚度作出了以下比较。

25mm厚度聚氨酯硬泡(相当于)一38mm聚苯乙烯泡沫一45mm矿物棉(主要指岩棉、硅酸盐毯毡等)一50mm脱水软木一60mm纤维板一140mm木板材

一380mm混凝土一860mm砖墙。

在实际应用中，聚氨酯可以很方便地制成连续的整体以避免出现缝隙或冷(热)桥。因此可能较单纯与导热系数相比更为优异。另外除了上述保温性

能外，它的特殊的加工性能也是其他诸多保温材料所不具备的。它可以在确定

的空问直接发泡，比人工填塞的方式更加可靠和充实、牢固，还可节省劳动成

本，提高工效。另外，聚氨酯可与大多建筑材料，如水泥、金属材料、玻璃、

陶瓷、木材等都有极好的黏结强度，而不需要再进行重复粘接。这一特性还可以对被保温的基材产生良好的保护以避免或减少被腐蚀等现象的出现。虽然聚

氨酯是一种优良的保温材料，但是它也存在最致命的弱点，那就是耐热和阻燃

性能上的不足。硬泡一般在110℃以下使用，到120℃时间不宜过长，经过特殊

处理后可以达到150℃甚至还可以再高一些。但是这往往要以牺牲某些性能和

提高成本为代价来实现。这就远不如无机保温材料。阻燃性也是另一项薄弱指标。一般的阻燃泡沫只能达到氧指数28，经进一步特殊加工可以达到30甚至

个别可达32，但是这种改进的阻燃硬泡成本高且有损许多其他性能。这同样不

及那些硅酸盐类保温材料，自身就不燃或难燃。

7．聚氨酯硬泡喷涂施工设备及其原理有哪些?

前，国内施工现场的喷涂设备主要有二类。一类是气混式喷涂机，其

工作原理很简单，A、B料经计量泵同时送人一个管状混合器中，出口有一个缩

径嘴，背面接压缩空气。二种料在管内通过时产生混合，被背压气源吹出，由

于出来时有缩径嘴，所以产生一定的雾化状，喷到基材上发泡。可以想象，其

混合的原理是靠来自A、B料的压力形成的碰撞以及出口的变径造成的涡流，再

加之压缩空气的输送等从而实现混合过程。压缩空气另一个作用是在停机(停止计量泵)时，将混合残液吹出以免其在混合管中发泡堵塞喷枪。另一类是高压喷

涂机，其工作原理是，利用气动活塞泵将A、B组分送至高压混合头中，在输送

中途经由增压器来进行二次增压，打开混合头的开关阀，二组分分别以较高压

力形成对射，在混合室内猛烈撞击而混合，再由喷嘴喷出，以雾状的混合液喷

到基材而形成均匀发泡层。

表8-2就二种发泡机进行了比较。

表8．2气混机与高压机的差别

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┃ 设备 ┃ 价格 ┃ 雾化 ┃ 混合效果 ┃ 喷涂表面 ┃ 使用情况 ┃

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┃ 气混机 ┃ 低廉 ┃ 差 ┃ 差 ┃粗糙、不平整 ┃易堵塞，关、开

机麻烦 ┃

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┃ 高压机 ┃昂贵 ┃ 好 ┃ 好 ┃ 细腻、平整 ┃ 不易堵塞，使用方便 ┃

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８．屋面喷涂聚氨酯硬泡的特点

采用现场喷涂聚氨酯硬泡作为屋面的保温层，这一作法是近年来国内

建筑业蓬勃兴起的新材料和新工艺。选用这一作法是因为：一是施工简便高效；

二是保温层质轻(一般在40kg／m3，每平方米在2kg左右)，这样屋顶总质量不会太大，大跨度屋面尤为明显：三是施工后的保温层与屋面基材自身有较高的

黏结力，不必担心滑落和另外再黏合等，四是硬泡的物性优异，特别是保温好

且没有接缝，耐久性俱佳等。

在建筑施工中的常见做法是：在预制或现浇钢筋混凝土屋面板上喷涂硬泡，一般多为4cm厚；然后在硬泡面层铺编好或现场绑扎钢筋网，用水泥砂

浆找平，后面接着做防水层，外面挂瓦。而大跨度金属板屋面多采用在屋内向

屋面喷涂硬泡保温，由于屋顶较高，在屋内看不出保温层表面的粗糙。也有些

场合采取在屋面外鄂喷涂泡沫的作法，这种情况下为防止紫外线对硬泡破坏，往往再涂刷一层(约1.5mm)带有抗紫外线助剂的树脂，目前常用的是丙烯酸类

树脂。

９．喷涂聚氨酯硬泡用于建筑外墙保温的特点

由于国家对建筑节能的要求越来越高，使得聚氨酯硬泡喷涂用于外墙保温的作法应运而生。目前在国内还处于应用初期，许多数据和应用的情况尚

不明确。其初步作法是，在完成水泥砂浆找平层且已干燥的外墙面上喷涂4cm

左右的硬泡，这种应用与前面所说的喷涂硬泡稍有差别，一是硬泡密度较大，因为对材料强度要求相对较高；二是喷涂后的平整度要求较高，因为后续施工

要求作为基材的泡沫更平整些。在完成硬泡喷涂之后，后面还要喷一层黏结层

和硬度较高的保护层以及带有不同色彩的装饰层。其中的保护层一般采用树脂

填充无机粉末，如石英粉等，既有强度又可阻燃。采取这一工艺的特点是施工

简便，保温性好，但是成本较高，外墙不可受撞击等破坏，因此，该工艺是否可以推广，尚待时日证明。

10．聚氨酯外墙保温板

聚氨酯外墙保温板，实际上也是聚氨酯"夹芯板"的一种。其面层是彩色铝板，一般厚度为0.5mm，底层是铝箔，厚度在0.06mm左右，中问为聚氨酯