聚氨酯外墻保溫防水隔熱關(guān)鍵共性的技術(shù)研究

劉建麟 陳少東 吳定超

【摘 要】文章介紹了廣西吉順能源科技有限公司對(duì)聚氨酯外墻保溫防水隔熱關(guān)鍵共性的技術(shù)研究，依托公司高新技術(shù)企業(yè)實(shí)力，針對(duì)聚氨酯材料和外墻保溫工程結(jié)合為主要研究對(duì)象，以自有技術(shù)為基礎(chǔ)，著力研究提升聚氨酯綜合材料性能及規(guī)范外墻保溫施工操作的關(guān)鍵技術(shù)。

【關(guān)鍵詞】聚氨酯;外墻;保溫

0 引言

在當(dāng)前國(guó)內(nèi)加快推進(jìn)生態(tài)文明、環(huán)境問(wèn)題日益突出的大環(huán)境下，以節(jié)能環(huán)保、循環(huán)低碳為特點(diǎn)的中國(guó)綠色經(jīng)濟(jì)將迎來(lái)巨大的發(fā)展空間。但當(dāng)前中國(guó)綠色經(jīng)濟(jì)尚處于起步階段，存在綠色產(chǎn)業(yè)規(guī)模小、資金技術(shù)不足、創(chuàng)新研發(fā)不夠、過(guò)多依賴外需等問(wèn)題。廣西吉順能源科技有限公司針對(duì)上述問(wèn)題，研發(fā)了一種綠色環(huán)保、節(jié)能明顯的綜合性能的聚氨酯建筑涂料。而且從涂料本身看，研發(fā)多功能、綜合性能的綠色建筑聚氨酯涂料是涂料生產(chǎn)商必做的事情，也是大勢(shì)所趨。廣西吉順能源科技有限公司研發(fā)的新型聚氨酯涂料，區(qū)別于傳統(tǒng)的單一性能涂料，它要求具備比較全面、優(yōu)異的性能，可以應(yīng)用在更高、更嚴(yán)格要求的場(chǎng)合。要求聚氨酯酸酯涂料的涂膜既具有防水功能，又能夠反射太陽(yáng)光和紫外線，達(dá)到隔熱保溫目的，較大程度地降低建筑結(jié)構(gòu)的溫度及延長(zhǎng)涂料的使用年限，同時(shí)要求在耐腐蝕能力、耐候性等方面的性能優(yōu)異。我國(guó)在高性能和多功能聚氨酯涂料方面發(fā)展較為緩慢，有些技術(shù)還不是很成熟，本公司正是以研發(fā)高性能綜合聚氨酯涂料為出發(fā)點(diǎn)，通過(guò)技術(shù)的不斷積累，努力增強(qiáng)公司實(shí)力，同時(shí)引領(lǐng)同行業(yè)共同進(jìn)步。

1 市場(chǎng)需求

聚氨酯硬泡在國(guó)外被大量應(yīng)用于屋面和墻體保溫，主要應(yīng)用形式有復(fù)合板材、現(xiàn)場(chǎng)噴涂?jī)深悺Ｓ?guó)早在20世紀(jì)60年代就已將聚氨酯硬泡應(yīng)用于墻體和屋面。歐洲、澳大利亞等發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)因?qū)ㄖ郯滨ケ夭牧袭a(chǎn)品的認(rèn)知和使用都較為成熟，加上其建筑本身的特點(diǎn)和消費(fèi)習(xí)慣，大多以低碳環(huán)保的建筑建材產(chǎn)品為主，聚氨酯材料技術(shù)產(chǎn)品仍然占據(jù)市場(chǎng)主導(dǎo)地位，巖棉復(fù)合彩鋼板產(chǎn)品只是一種補(bǔ)充。東盟各國(guó)、中東、南非、印度等地區(qū)的產(chǎn)品需求更加接近于中國(guó)的市場(chǎng)狀況，以低能耗建筑材料為主;從產(chǎn)品自身的競(jìng)爭(zhēng)力來(lái)看，聚氨酯材料應(yīng)用技術(shù)在一些成熟市場(chǎng)上，因?yàn)橥瑫r(shí)具備防水、保溫節(jié)能功能要求，而被定位為高端產(chǎn)品;在東盟各國(guó)以越南較為典型，由于陽(yáng)光充足及城市快速發(fā)展，對(duì)目前低能耗建筑材料的市場(chǎng)需求正在不斷增加。隨著中國(guó)國(guó)內(nèi)聚氨酯材料應(yīng)用技術(shù)的不斷成熟，再加上中國(guó)制造的價(jià)格優(yōu)勢(shì)，相信在低能耗建筑材料行業(yè)蒸蒸日上之時(shí)，國(guó)外市場(chǎng)前景巨大。

2 研究?jī)?nèi)容

在已申報(bào)國(guó)家發(fā)明專利的“一種水溶性聚氨酯外墻隔熱保溫涂料及其生產(chǎn)方法”“硬泡聚氨酯保溫防水隔熱一體化材料”等核心專利技術(shù)的基礎(chǔ)上，開(kāi)展高效綜合性能聚氨酯外墻涂料技術(shù)、白料制作工藝、聚氨酯無(wú)氟發(fā)泡工藝技術(shù)、聚氨酯噴涂施工關(guān)鍵技術(shù)、聚氨酯外墻施工方法技術(shù)等系列研究。白料通過(guò)添加新型勻泡劑、交聯(lián)劑、催化劑、發(fā)泡劑等，使其具備優(yōu)良的保溫隔熱防水一體化、抗阻燃、抗腐蝕、抗氧化、不易老化、抗壓強(qiáng)度、耐候性等性能;改進(jìn)發(fā)泡機(jī)攪拌裝置技術(shù)，解決傳統(tǒng)的反應(yīng)釜釜體底部物料堆積集中、材料不能按照比例反應(yīng)充分、化學(xué)反應(yīng)速度較慢等問(wèn)題，提高生產(chǎn)效率;發(fā)泡機(jī)內(nèi)置添加溫度智能感應(yīng)控制裝置技術(shù)，解決聚氨酯發(fā)泡困難、發(fā)泡質(zhì)量差等難題，提高施工效率，提高發(fā)泡質(zhì)量;優(yōu)化施工工藝流程，規(guī)范專業(yè)施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，研究大面積聚氨酯現(xiàn)場(chǎng)噴涂施工工藝關(guān)鍵技術(shù)，提高施工效率。改進(jìn)、優(yōu)化發(fā)泡工藝工裝，有效降低成本。

2.1 高效綜合性能聚氨酯墻體涂料的技術(shù)研究

該聚氨酯涂料由黑料和白料組成，其中黑料通過(guò)集成先進(jìn)技術(shù)而得，白料采用自有組方組分和配比技術(shù)。該黑料與白料以一定的配比反應(yīng)，體現(xiàn)出涂料的綜合性能，具有較好的發(fā)泡流動(dòng)性能，能保證發(fā)泡均勻程度且易于控制發(fā)泡的速度。聚氨酯外墻涂料因?yàn)榻ㄖ缶邆涞男阅懿煌?，所以白料的原材料組方組分等也各不一樣。

外墻隔熱保溫防火涂料技術(shù)研究：聚氨酯涂料涂在室外墻體上，外部環(huán)境、季節(jié)、溫度、壓力、化學(xué)物質(zhì)等外在影響因素較多，而內(nèi)墻涂料幾乎不受外界因素影響，所以外墻聚氨酯涂料相對(duì)內(nèi)墻涂料，要求具備更優(yōu)異、更綜合的性能。采用自主研究發(fā)明專利“一種水溶性聚氨酯外墻隔熱保溫涂料及其生產(chǎn)方法（CN201510143435.6）”，通過(guò)添加0.3～0.5份消泡劑二氧化硅TS—4400、13～16份混合溶劑、3～6份耐腐蝕劑、5～8份阻燃劑等，使得該涂料具備優(yōu)異的保溫隔熱防水一體化、抗壓強(qiáng)度、耐腐蝕性、耐候性、抗氧化、耐老化等性能。該聚氨酯涂料相比市場(chǎng)上普通的涂料，隔熱效果高，節(jié)能效果明顯。同時(shí)，該涂料本身的阻燃性能優(yōu)異，阻燃效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于B2級(jí)別。

2.2 白料制作工藝流程研究

按照各自的分量，將甲基丙烯酸羥丙酯、硬脂酸丁酯、分散劑聚丙烯酸鈉鹽DP—270、催化劑、起始劑、混合溶劑等加入反應(yīng)釜中。與傳統(tǒng)的反應(yīng)釜進(jìn)料方式不同的是，為了便于實(shí)現(xiàn)快速精準(zhǔn)配比，通過(guò)進(jìn)料管實(shí)現(xiàn)進(jìn)料，同時(shí)采用進(jìn)料控制閥實(shí)現(xiàn)控制，流量檢測(cè)器檢測(cè)流量，達(dá)到精確配比的目的，而傳統(tǒng)的方式進(jìn)料配比誤差較大;白料通過(guò)進(jìn)料管進(jìn)入加壓盤，為便于實(shí)現(xiàn)加壓式反應(yīng)，采用伸縮器控制加壓盤按照一定的速度規(guī)律的上升與下降，同時(shí)關(guān)閉加料蓋，并升溫至65～70 ℃攪拌，通過(guò)與攪拌器相連接的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，電機(jī)自動(dòng)設(shè)置左轉(zhuǎn)3轉(zhuǎn)，后右轉(zhuǎn)4轉(zhuǎn)技術(shù)，正反方向輪流切換，相比傳統(tǒng)的反應(yīng)釜只能一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，材料反應(yīng)速度提高30%以上;此外，為了對(duì)反應(yīng)釜底部的物料進(jìn)行徹底攪拌，該攪拌器通過(guò)新型改進(jìn)設(shè)計(jì)，攪拌軸從下到上設(shè)置若干凹形攪拌葉、條形攪拌葉、扇形攪拌葉，扇形攪拌葉呈傾斜狀輻射交錯(cuò)設(shè)置，相互之間有一部分層疊在一起;扇形攪拌葉交錯(cuò)層疊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使得攪拌更為徹底;條形攪拌葉采用弧形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，增加攪拌軸回旋力、向心力，更利于將下部的原料進(jìn)行攪拌翻升，從而對(duì)原料的打散推動(dòng)力度更強(qiáng)，反應(yīng)更充分、均勻。傳統(tǒng)的反應(yīng)釜往往因攪拌裝置的設(shè)計(jì)不夠合理，導(dǎo)致物料較容易堆積集中在釜體底部，材料不能按照比例反應(yīng)充分、化學(xué)反應(yīng)速度較慢等問(wèn)題。而該新型攪拌器可以解決上述問(wèn)題，使得反應(yīng)釜內(nèi)部的材料能夠充分混合反應(yīng)，生產(chǎn)效率提高35%以上。在不斷地?cái)嚢柽^(guò)程中，還需要多次相應(yīng)地調(diào)整反應(yīng)釜內(nèi)部的溫度和壓力，達(dá)到最佳狀態(tài)，讓材料可以完全反應(yīng)，從而使材料性能與質(zhì)量獲得較大提升。

2.3 聚氨酯發(fā)泡工藝技術(shù)研究

聚氨酯發(fā)泡方式有手工發(fā)泡、機(jī)械發(fā)泡兩種。傳統(tǒng)的手工發(fā)泡有許多缺點(diǎn)：勞動(dòng)生產(chǎn)率低，原料利用率低，生產(chǎn)之前需對(duì)原料體系進(jìn)行例行檢測(cè)和配方調(diào)試，這個(gè)過(guò)程非常耗時(shí)，發(fā)泡成型質(zhì)量差，只適用于小規(guī)模產(chǎn)品制作。采用具備先進(jìn)自動(dòng)化技術(shù)的機(jī)械發(fā)泡，適用于批量生產(chǎn)、規(guī)?；┕ぃ瑱C(jī)械化、自動(dòng)化操作，誤差極大降低，黑白料配比精確，發(fā)泡成型質(zhì)量高、效率高。區(qū)別于一般的機(jī)械發(fā)泡設(shè)備，我們改進(jìn)添加內(nèi)置一個(gè)溫度智能控制裝置，可智能精確感應(yīng)溫度變化、智能啟動(dòng)加熱裝置，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加溫功能，并將反應(yīng)料維持在恒定的溫度，主要解決當(dāng)外界環(huán)境溫度較低時(shí)，聚氨酯發(fā)泡困難、發(fā)泡質(zhì)量差等難題，與一般的機(jī)械發(fā)泡設(shè)備相比，大大提高了施工效率，同時(shí)保證聚氨酯的發(fā)泡質(zhì)量。

該溫度智能控制裝置主要包括溫度傳感器、信號(hào)處理器、單片機(jī)等組件，并且與加熱裝置相連，控制其加熱升溫。具體工作原理如下：當(dāng)外界溫度較冷時(shí)，為了保證聚氨酯發(fā)泡反應(yīng)所需最佳溫度，感應(yīng)系統(tǒng)里面的溫度傳感器能夠立刻感應(yīng)到發(fā)泡機(jī)內(nèi)部原料的環(huán)境溫度變化，從而把信號(hào)傳輸?shù)叫盘?hào)處理器，最終由處理系統(tǒng)通過(guò)指令對(duì)相關(guān)部件進(jìn)行控制，即對(duì)發(fā)泡料進(jìn)行加熱升溫，提供充足的熱量，當(dāng)加熱升溫達(dá)到合適的發(fā)泡溫度時(shí)，就會(huì)停止繼續(xù)加熱，轉(zhuǎn)為保溫狀態(tài)，維持溫度的恒定。研究測(cè)試發(fā)現(xiàn)，聚氨酯發(fā)泡質(zhì)量、發(fā)泡速度與外界溫度有較大的關(guān)系，尤其是當(dāng)外界溫度過(guò)低時(shí)，發(fā)泡質(zhì)量差、反應(yīng)緩慢。在10 ℃以下的溫度下，發(fā)泡溫度過(guò)低時(shí)，泡液體系流動(dòng)性差，發(fā)泡物會(huì)瞬間收縮凝結(jié)成塊，而且會(huì)出現(xiàn)固化時(shí)間長(zhǎng)，反應(yīng)不徹底，導(dǎo)致空泡現(xiàn)象產(chǎn)生，發(fā)泡質(zhì)量極差。該溫度智能控制裝置可以解決當(dāng)外界環(huán)境溫度較低時(shí)，聚氨酯發(fā)泡困難、發(fā)泡質(zhì)量差等難題，提高施工效率和發(fā)泡質(zhì)量。

2.4 聚氨酯墻體施工方法研究

聚氨酯外墻施工方法主要有組合式拼裝和現(xiàn)場(chǎng)噴涂?jī)煞N。組合式拼裝，即采用聚氨酯保溫復(fù)合板進(jìn)行組合式拼裝施工，其復(fù)合板的生產(chǎn)、運(yùn)輸、施工成本都較大。

研究采用聚氨酯現(xiàn)場(chǎng)噴涂法，即采用專用的噴涂設(shè)備，使A組分料和B組分料按一定比例從噴槍口噴出后瞬間均勻混合，之后迅速發(fā)泡，在外墻基層上形成無(wú)接縫的聚氨酯硬泡，具有以下優(yōu)點(diǎn)：{1}施工效率高，簡(jiǎn)化了屋面整體的施工工藝，機(jī)械化施工，參與施工人員少，尤其適用于大面積噴涂，正常條件下，一套設(shè)備每天可以完成800 m2以上的施工，與傳統(tǒng)的組合式拼裝相比，施工時(shí)間大幅縮短。{2}粘貼性特強(qiáng)，直接噴涂于屋面，一體成型，能與木材、金屬、磚石、混凝土等各種材料牢固黏合。{3}重量輕、降負(fù)荷，40 mm厚的聚氨酯泡沫每平方米重量約2.4 kg，大大降低屋面負(fù)荷。{4}整體噴涂無(wú)縫隙，保溫效果好。

3 總結(jié)

本公司針對(duì)聚氨酯材料和外墻保溫工程結(jié)合為主要研究對(duì)象，以自有技術(shù)為基礎(chǔ)，著力研究提升聚氨酯綜合材料性能及規(guī)范外墻保溫施工操作的關(guān)鍵技術(shù)，解決聚氨酯材料性能較單一、發(fā)泡質(zhì)量差及施工技術(shù)不專業(yè)難題。研究的技術(shù)可廣泛應(yīng)用于建筑物外墻、冷庫(kù)、恒溫室、糧庫(kù)、食品儲(chǔ)藏、海鮮冷凍、蔬菜水果儲(chǔ)藏、家用電器節(jié)能等方面。促進(jìn)了廣西聚氨酯綠色建筑材料的研發(fā)應(yīng)用及建筑產(chǎn)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，促進(jìn)了我國(guó)建筑節(jié)能基本國(guó)策的落實(shí)，對(duì)企業(yè)的發(fā)展起到了重要的作用。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]周帆，劉建麟，周騰飛.聚氨酯硬泡建筑涂料的相關(guān)技術(shù)研究[J].企業(yè)科技與發(fā)展，2017（7）.

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[3]趙霄龍，李軍，曹力強(qiáng)，等.聚氨酯硬泡外墻外保溫應(yīng)用技術(shù)[J].建設(shè)科技，2008（Z1）.