论文部分内容阅读
【摘 要】文章介绍了广西吉顺能源科技有限公司研究聚氨酯硬泡建筑涂料的相关技术，产品具有高效保温、质量轻、耐火防水防虫及性价比高等优秀性能，所有发泡均经过技术熟化处理，避免因环境温度变化造成二次发泡引起膨胀，导致材料破坏的现象，而且该材料对人体和环境均无害，符合国家绿色环保的要求。
【关键词】聚氨酯；建筑涂料；保温隔热
【中图分类号】TU761.12 【文献标识码】A 【文章編号】1674-0688（2017）07-0026-03
0 引言
在全球能源形势紧张、节能环保意识逐步增强的今天，人们更愿意使用能源利用率高的新型产品。广西吉顺能源科技有限公司研发的新型聚氨酯硬泡建筑涂料，它具有高效保温、防水、环保、安全等优势，正好迎合了当下人们的需求，必将成为建材领域关注的热点。近年来，国家高度重视节能环保工作，已出台一系列推进节能环保的法规政策和措施。中央和地方也投入了大量资金，为聚氨酯建筑涂料产业的飞速发展创造了良好的外部环境，同时发挥了积极的推动作用。
1 聚氨酯的市场状况
我国的聚氨酯工业从20世纪50年代末开始起步，经过了60多年的发展，我国已成为全球发展最快的聚氨酯市场，生产聚氨酯的主要原料——异氰酸酯和聚醚多元醇产业已具备相当规模。现阶段，国内聚氨酯原料产量稳步提升，不过今后有可能导致我国聚氨酯原料市场过剩。
1970年，全球聚氨酯产品总量只有110万t，而到了2015年，全球聚氨酯产品总量已达1 900万t，增长了近20倍。目前，全球聚氨酯市场仍处于发展阶段，虽然西欧和北美的市场已趋于稳定，导致全球聚氨酯增长速度有所放缓，但亚洲及中东地区的聚氨酯原料市场表现活跃，尤其是中国和印度，已经成为最主要的聚氨酯新兴市场，进而带动全球聚氨酯市场的发展。但是由于一些跨国公司对聚氨酯原料异氰酸酯的技术垄断，使世界聚氨酯工业的集约化现象更加突出。与此同时，其他地区的聚氨酯行业也在积极地进行自主研发，以尽快摆脱对跨国公司的技术依赖。
硬泡聚氨酯主要应用在工业绝热和建筑保温方面。近年来，随着国家节能减排政策的扶持加大，人们越来越期待建筑保温材料的应用。国务院办公厅2013年1月转发了国家发改委、住房和城乡建设部制定的《绿色建筑行动方案》，要求严格执行建筑节能强制标准，开展绿色建筑行动。当时由于价格高，聚氨酯保温材料在我国建筑节能材料市场中的综合占有率尚不足10%，初期市场占有率只有1%左右。但是从2005～2015年，我国聚氨酯保温材料的市场占有率每年都有所增长，到了2016年，聚氨酯保温材料的市场占有率达到30%～40%。由此可见，聚氨酯硬泡材料正在成为推动国内聚氨酯行业发展的重要动力。
2 聚氨酯涂料的相关技术研究
广西吉顺能源科技有限公司通过调整材料配方，改进和优化相关工艺工装、规范施工操作技术等研究工作，将异氰酸酯（黑料）和聚醚多元醇（白料）集成化，添加聚氨酯预聚体、N-羟甲基丙烯酰胺、邻苯二甲酸二丁酯、乙烯基三氯硅烷，通过喷涂设备形成喷涂材料。
2.1 材料配方研究
实现产品的闭孔率不低于95%。聚氨酯建筑硬泡涂料的闭孔率过高或过低都会对材料产生一定的影响，而硬泡在外墙外保温中的应用能否解决气密性问题是关键。在建筑墙体中墙内含有较高的水分，如果硬泡气密性过好，其水分就不能充分地扩散出来，这样就会造成硬泡与墙体的黏结问题。此外，在制备硬泡时，水可以作为发泡剂使用。如果墙体含水量较高，硬泡透气性又差，在一定的环境下就会造成水与硬泡的表面发生二次反应，使硬泡表面密度下降，也就不可能满足现行的保温材料的标准。适当地使硬泡的闭孔率下降到一个合理的范围是解决透气性问题最简单和最经济的办法。适当地降低闭孔率，必须对现有生产硬泡的原辅料进行改性：①改性多元醇及异氰酸酯；②改性发泡剂，使其同时具有不同的气化时间；③改性表面稳定剂，控制成核过程；④降低一定指数，满足发泡体系的需要。我们需要研究并优化异氰酸酯和聚醚多元醇的配比技术，自主研发聚醚多元醇的配比技术、聚氨酯涂料的反应技术、聚氨酯涂料的搅拌技术及研究开发助剂材料，使聚氨酯涂料均匀地反应、阻燃自熄、闭孔率高、防水性能高。
基于新型保温材料的研究，为了解决发泡容易堵枪口等问题，研制出一种聚氨酯防腐保温隔热涂料，可通过快速加热形成喷雾状态，实现施工整体无缝隙、施工快速。该涂料的主要成分为聚氨酯预聚体、双丙酮丙烯酰胺、二丙二醇二苯甲酸酯、铝酸酯偶联剂LS-822、分散剂三乙醇胺、金红石型钛白粉、消泡剂OP-10、高岭土、混合溶剂、膨胀珍珠岩和防腐剂；其制备方法是按重量每千克双丙酮丙烯酰胺加入2.4 kg的体积浓度为55%～85%的乙醇溶解，然后在反应釜中与聚氨酯预聚体混合，反应温度为80～140 ℃，反应1～2 h后加入铝酸酯偶联剂LS-822和分散剂三乙醇胺；继续反应3～5 h，然后加入二丙二醇二苯甲酸酯、金红石型钛白粉、消泡剂OP-10、高岭土、混合溶剂、膨胀珍珠岩和防腐剂，混合均匀即可得到聚氨酯防腐保温隔热涂料产品。
该公司还研发出一种水溶性聚氨酯外墙隔热保温涂料，该涂料的主要成分为聚氨酯预聚体、N-羟甲基丙烯酰胺、顺丁烯二酸二异辛酯、苯胺甲基三甲氧基硅烷、金红石型钛白粉、消泡剂二氧化硅TS-4400、超细滑石粉、混合溶剂、空心玻璃珠，以上材料混合均匀即可得到水溶性聚氨酯外墙隔热保温涂料产品。
2.2 工艺工装改进
针对传统的聚氨酯发泡机的聚氨酯发泡过程极不稳定，导致生产出的聚氨酯发泡材料的成型精度较差，难以生产出高质量的成品等问题，制作发泡过程稳定、搅拌充分、气泡大小均匀适中的聚氨酯发泡机用搅拌装置，实现对黑料和白料的双重搅拌，设计“S”形搅拌器，搅拌叶随着轴旋转连续切割发泡原材料，使得搅拌过程更充分。
经过改进的搅拌罐具备更强的搅拌动力及高效加热功能；增压泵为全气动控制，结构简单、工作可靠，可在无电环境下工作；增加的黑料防固化保护设计和停机复位功能，实现了对增压泵轴的双重保护；高性能的动、静密封材料的应用及可调整自补偿密封结构的设计极大地提高了设备的使用寿命；加热器内采用特制的铠装式温度传感器实时采集温度信号，使加热过冲值得到了良好的控制。经过改进的反应釜釜盖可升降，取料方便，釜内清洗方便快捷；采用PID自动温度控制仪表，实现了精确控温、控压；搅拌桨采用推进式搅拌浆，运转平稳、噪音小、操作方便；变频器无级调速；采用环形稀土永磁耦合驱动器，具有静密封、无泄漏的特点。
2.3 新型高效聚氨酯建筑硬泡涂料性能特点
新型高效聚氨酯建筑硬泡涂料在大气温度≥0 ℃时能够正常施工（普通聚氨酯涂料在大气温度≥15 ℃时才能够正常施工），提高了工效与质量，降低了生产成本，导热系数为0.022 W/m·k（国家标准≤0.024 W/m·k），压缩强度≥211 kPa（国家标准≥200 kPa）。该建筑涂料集保温隔热、防水性于一身，不易脱落和褪色、耐酸碱好、耐热高、耐候性好、自洁性强、保温效果好，同时具有阻燃性能，可以广泛地运用在墙体保温隔热、屋顶隔热防漏、粮库防水保温、冷库、冷藏车、热水管道保温的一体化工程建设上；经过试验表明，该材料适合广西气候变化，具有高效保温、质量轻、耐火、防水、防虫等优秀性能，所有发泡均经过技术熟化处理，避免因环境温度变化导致二次发泡引起膨胀导致材料破坏现象，而且该材料对人体和环境均无害，符合国家绿色环保的要求。
3 结论
目前，我国已初步建立起了以节能50%为目标的建筑节能设计标准体系，部分地区执行更高的65%的节能标准。而对于建筑节能，最关键的环节就是新型节能建材的使用和推广。为了加快建筑保温材料的革新，促进聚氨酯硬泡在建筑节能领域的推广和应用，建设部专门成立了聚氨酯建筑节能应用推广工作组，以推进聚氨酯硬泡保温防水材料在国内建筑节能行业的应用。建筑屋面防水隔热用材中聚氨酯保温材料综合费用最少，隔热效果优秀，而且使用寿命长。进一步研究开发聚氨酯硬泡建筑涂料，使其综合成本不断降低、综合性能不断提升，将会对我国经济和社会发展产生深远的影响。
参 考 文 献
[1]秦颖，王强强.聚氨酯材料的发展现状[J].中国建材科技，2017，26（1）：39-41.
[2]毕辉.聚氨酯硬泡体防水保温层复合屋面的施工工艺分析[J].黑龙江科技信息，2017（3）.
[3]贺梦琦.聚氨酯硬泡技术在绿色建筑生态节能设计中的应用[J].科技通报，2017，33（1）：174-177.
[责任编辑：钟声贤]
【关键词】聚氨酯；建筑涂料；保温隔热
【中图分类号】TU761.12 【文献标识码】A 【文章編号】1674-0688（2017）07-0026-03
0 引言
在全球能源形势紧张、节能环保意识逐步增强的今天，人们更愿意使用能源利用率高的新型产品。广西吉顺能源科技有限公司研发的新型聚氨酯硬泡建筑涂料，它具有高效保温、防水、环保、安全等优势，正好迎合了当下人们的需求，必将成为建材领域关注的热点。近年来，国家高度重视节能环保工作，已出台一系列推进节能环保的法规政策和措施。中央和地方也投入了大量资金，为聚氨酯建筑涂料产业的飞速发展创造了良好的外部环境，同时发挥了积极的推动作用。
1 聚氨酯的市场状况
我国的聚氨酯工业从20世纪50年代末开始起步，经过了60多年的发展，我国已成为全球发展最快的聚氨酯市场，生产聚氨酯的主要原料——异氰酸酯和聚醚多元醇产业已具备相当规模。现阶段，国内聚氨酯原料产量稳步提升，不过今后有可能导致我国聚氨酯原料市场过剩。
1970年，全球聚氨酯产品总量只有110万t，而到了2015年，全球聚氨酯产品总量已达1 900万t，增长了近20倍。目前，全球聚氨酯市场仍处于发展阶段，虽然西欧和北美的市场已趋于稳定，导致全球聚氨酯增长速度有所放缓，但亚洲及中东地区的聚氨酯原料市场表现活跃，尤其是中国和印度，已经成为最主要的聚氨酯新兴市场，进而带动全球聚氨酯市场的发展。但是由于一些跨国公司对聚氨酯原料异氰酸酯的技术垄断，使世界聚氨酯工业的集约化现象更加突出。与此同时，其他地区的聚氨酯行业也在积极地进行自主研发，以尽快摆脱对跨国公司的技术依赖。
硬泡聚氨酯主要应用在工业绝热和建筑保温方面。近年来，随着国家节能减排政策的扶持加大，人们越来越期待建筑保温材料的应用。国务院办公厅2013年1月转发了国家发改委、住房和城乡建设部制定的《绿色建筑行动方案》，要求严格执行建筑节能强制标准，开展绿色建筑行动。当时由于价格高，聚氨酯保温材料在我国建筑节能材料市场中的综合占有率尚不足10%，初期市场占有率只有1%左右。但是从2005～2015年，我国聚氨酯保温材料的市场占有率每年都有所增长，到了2016年，聚氨酯保温材料的市场占有率达到30%～40%。由此可见，聚氨酯硬泡材料正在成为推动国内聚氨酯行业发展的重要动力。
2 聚氨酯涂料的相关技术研究
广西吉顺能源科技有限公司通过调整材料配方，改进和优化相关工艺工装、规范施工操作技术等研究工作，将异氰酸酯（黑料）和聚醚多元醇（白料）集成化，添加聚氨酯预聚体、N-羟甲基丙烯酰胺、邻苯二甲酸二丁酯、乙烯基三氯硅烷，通过喷涂设备形成喷涂材料。
2.1 材料配方研究
实现产品的闭孔率不低于95%。聚氨酯建筑硬泡涂料的闭孔率过高或过低都会对材料产生一定的影响，而硬泡在外墙外保温中的应用能否解决气密性问题是关键。在建筑墙体中墙内含有较高的水分，如果硬泡气密性过好，其水分就不能充分地扩散出来，这样就会造成硬泡与墙体的黏结问题。此外，在制备硬泡时，水可以作为发泡剂使用。如果墙体含水量较高，硬泡透气性又差，在一定的环境下就会造成水与硬泡的表面发生二次反应，使硬泡表面密度下降，也就不可能满足现行的保温材料的标准。适当地使硬泡的闭孔率下降到一个合理的范围是解决透气性问题最简单和最经济的办法。适当地降低闭孔率，必须对现有生产硬泡的原辅料进行改性：①改性多元醇及异氰酸酯；②改性发泡剂，使其同时具有不同的气化时间；③改性表面稳定剂，控制成核过程；④降低一定指数，满足发泡体系的需要。我们需要研究并优化异氰酸酯和聚醚多元醇的配比技术，自主研发聚醚多元醇的配比技术、聚氨酯涂料的反应技术、聚氨酯涂料的搅拌技术及研究开发助剂材料，使聚氨酯涂料均匀地反应、阻燃自熄、闭孔率高、防水性能高。
基于新型保温材料的研究，为了解决发泡容易堵枪口等问题，研制出一种聚氨酯防腐保温隔热涂料，可通过快速加热形成喷雾状态，实现施工整体无缝隙、施工快速。该涂料的主要成分为聚氨酯预聚体、双丙酮丙烯酰胺、二丙二醇二苯甲酸酯、铝酸酯偶联剂LS-822、分散剂三乙醇胺、金红石型钛白粉、消泡剂OP-10、高岭土、混合溶剂、膨胀珍珠岩和防腐剂；其制备方法是按重量每千克双丙酮丙烯酰胺加入2.4 kg的体积浓度为55%～85%的乙醇溶解，然后在反应釜中与聚氨酯预聚体混合，反应温度为80～140 ℃，反应1～2 h后加入铝酸酯偶联剂LS-822和分散剂三乙醇胺；继续反应3～5 h，然后加入二丙二醇二苯甲酸酯、金红石型钛白粉、消泡剂OP-10、高岭土、混合溶剂、膨胀珍珠岩和防腐剂，混合均匀即可得到聚氨酯防腐保温隔热涂料产品。
该公司还研发出一种水溶性聚氨酯外墙隔热保温涂料，该涂料的主要成分为聚氨酯预聚体、N-羟甲基丙烯酰胺、顺丁烯二酸二异辛酯、苯胺甲基三甲氧基硅烷、金红石型钛白粉、消泡剂二氧化硅TS-4400、超细滑石粉、混合溶剂、空心玻璃珠，以上材料混合均匀即可得到水溶性聚氨酯外墙隔热保温涂料产品。
2.2 工艺工装改进
针对传统的聚氨酯发泡机的聚氨酯发泡过程极不稳定，导致生产出的聚氨酯发泡材料的成型精度较差，难以生产出高质量的成品等问题，制作发泡过程稳定、搅拌充分、气泡大小均匀适中的聚氨酯发泡机用搅拌装置，实现对黑料和白料的双重搅拌，设计“S”形搅拌器，搅拌叶随着轴旋转连续切割发泡原材料，使得搅拌过程更充分。
经过改进的搅拌罐具备更强的搅拌动力及高效加热功能；增压泵为全气动控制，结构简单、工作可靠，可在无电环境下工作；增加的黑料防固化保护设计和停机复位功能，实现了对增压泵轴的双重保护；高性能的动、静密封材料的应用及可调整自补偿密封结构的设计极大地提高了设备的使用寿命；加热器内采用特制的铠装式温度传感器实时采集温度信号，使加热过冲值得到了良好的控制。经过改进的反应釜釜盖可升降，取料方便，釜内清洗方便快捷；采用PID自动温度控制仪表，实现了精确控温、控压；搅拌桨采用推进式搅拌浆，运转平稳、噪音小、操作方便；变频器无级调速；采用环形稀土永磁耦合驱动器，具有静密封、无泄漏的特点。
2.3 新型高效聚氨酯建筑硬泡涂料性能特点
新型高效聚氨酯建筑硬泡涂料在大气温度≥0 ℃时能够正常施工（普通聚氨酯涂料在大气温度≥15 ℃时才能够正常施工），提高了工效与质量，降低了生产成本，导热系数为0.022 W/m·k（国家标准≤0.024 W/m·k），压缩强度≥211 kPa（国家标准≥200 kPa）。该建筑涂料集保温隔热、防水性于一身，不易脱落和褪色、耐酸碱好、耐热高、耐候性好、自洁性强、保温效果好，同时具有阻燃性能，可以广泛地运用在墙体保温隔热、屋顶隔热防漏、粮库防水保温、冷库、冷藏车、热水管道保温的一体化工程建设上；经过试验表明，该材料适合广西气候变化，具有高效保温、质量轻、耐火、防水、防虫等优秀性能，所有发泡均经过技术熟化处理，避免因环境温度变化导致二次发泡引起膨胀导致材料破坏现象，而且该材料对人体和环境均无害，符合国家绿色环保的要求。
3 结论
目前，我国已初步建立起了以节能50%为目标的建筑节能设计标准体系，部分地区执行更高的65%的节能标准。而对于建筑节能，最关键的环节就是新型节能建材的使用和推广。为了加快建筑保温材料的革新，促进聚氨酯硬泡在建筑节能领域的推广和应用，建设部专门成立了聚氨酯建筑节能应用推广工作组，以推进聚氨酯硬泡保温防水材料在国内建筑节能行业的应用。建筑屋面防水隔热用材中聚氨酯保温材料综合费用最少，隔热效果优秀，而且使用寿命长。进一步研究开发聚氨酯硬泡建筑涂料，使其综合成本不断降低、综合性能不断提升，将会对我国经济和社会发展产生深远的影响。
参 考 文 献
[1]秦颖，王强强.聚氨酯材料的发展现状[J].中国建材科技，2017，26（1）：39-41.
[2]毕辉.聚氨酯硬泡体防水保温层复合屋面的施工工艺分析[J].黑龙江科技信息，2017（3）.
[3]贺梦琦.聚氨酯硬泡技术在绿色建筑生态节能设计中的应用[J].科技通报，2017，33（1）：174-177.
[责任编辑：钟声贤]