一种聚氨酯与发泡水泥微观复合的保温材料及其制备方法与流程

本发明涉及一种聚氨酯与发泡水泥微观复合的保温材料及其制备方法，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。发泡水泥作为一种新型的无机泡沫材料，具有隔热保温、阻燃防火、低价环保等优良特性，较好地满足了节能保温工程的要求，但在实际应用中也存在导热系数及吸水率偏高、强度低、脆性大等缺陷，一定程度上制约了其在诸多行业的发展。

为改善发泡水泥的综合性能，扩展应用领域，目前常见的改性手段主要有两大类：一是多通过掺入聚丙烯纤维、聚乙烯纤维、耐碱玻璃纤维，以及木质纤维等各类纤维以及各种聚合物、可分散性乳胶粉等以降低脆性，提高强度(文献1.Dawood E.T.et al.Structural concrete.16,496,(2015)；2.Nambiar E.K.et al.Cem.Concr.Compos.28,475,(2006)；3.Panesar D.K.et al.Constr.Build.Mater.44,575,(2013)；4.Akil H.et al.Mater.Des.32,4107,(2011)；5.Arvind K.et al.Cement and Concrete Research.32,1783,(2002)；6.Bala M.et al.Constr Build.Mater.25,7,(2010)；7.中国专利CN102746019A；8.中国专利CN102424551A；9.中国专利CN102910934A)，此种途径虽能显著改善水泥制品的抗裂、抗折和干缩性能，但对水泥水化有明显的延迟作用，发泡过程中很容易阻碍水泥早期强度的提高，导致严重塌模(文献10.王路明等.功能材料.46,84,(2015)；11.Li zhulong.et al.J.Build.Mater.1,6,(1999)；12.Xiao Liguang.et al.J Jilin Instit Archi Civil Eng.5,7,(2012)；13.Sang Guochen,et al.Constr.Build.Mater.112,648,(2016))。二是将聚氨酯、聚苯乙烯等有机泡沫以物理共混或填充的方式与水泥砂浆或发泡水泥复合(文献14.K.Ganesh.Babu.et al.Cement and Concrete Research.33,755,(2003)；15. Ali A.Sayadi et al.Constr Build.Mater.112,716,(2016)；16.J.Gade.et al.Cem.Concr.Compos.32,672,(2010)；17.P.Mounanga.et al.Cem.Concr.Compos.30,806,(2008)；18.中国专利CN101918336A)，此法在有效降低产品容重的同时，可提高保温隔热性能，但有机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。

技术实现要素：

本发明针对传统发泡水泥存在的脆性大、强度低、容重高等质量问题和常规改性手段无法克服的不足，目的之一在于提供一种聚氨酯与发泡水泥微观复合的保温材料，该材料中聚氨酯泡与水泥泡相互穿插和并存，泡孔结构稳定，增强效果突出。

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发泡水泥微观复合的保温材料的制备方法。

本发明提供的一种聚氨酯与发泡水泥微观复合的保温材料，包含有：水泥80-100份，粉煤灰0-20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，可以是十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、α-烯基磺酸钠中的一种或几种。

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发泡水泥微观复合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、稳泡剂等组分，以双氧水发泡制备成发泡水泥后，室温养护至龄期；

(2)、将异氰酸酯、聚醚多元醇、聚硅氧烷聚醚、催化剂混合成均一浆料，接着将步骤(1)制备并干燥后的发泡水泥浸没于该浆料中，待浆料完全浸透发泡 水泥后取出，静置2-4hr使其固化；

(3)、将步骤(2)获得的发泡水泥再次浸入到水中，随着水分子的扩散渗入，接触到未反应完全的异氰酸酯即可发泡，得到微观复合的保温材料。

本发明提供的一种聚氨酯与发泡水泥微观复合的保温材料中，所述有机聚氨酯泡与无机水泥泡既相互独立又穿插共存，界面间实现了微观复合，使得发泡水泥绝干密度为200-350Kg/m³，抗压强度达到1.0-1.7MPa，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、采用二次发泡工艺，获得了一种聚氨酯与发泡水泥微观复合的保温材料，该材料中有机层与无机层可以达到微观级别的复合，聚氨酯泡与水泥泡既相互独立又穿插并存，复合界面稳定，耐候性高。

2、本发明在制备发泡水泥的过程中，采用亲水性阴离子型表面活性剂作为稳泡剂，增加了对异氰酸酯、聚醚多元醇及水分子的亲和性，更有利于异氰酸酯、聚醚多元醇及水分子的渗透和扩散。

3、本发明提供的聚氨酯与发泡水泥微观复合的保温材料，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发泡水泥微观复合的保温材料的制备方法中，工艺流程简单，可操作性高，聚氨酯各组分经浸渍渗透进入发泡水泥后，再经全水发泡即得，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，微观复合的保温材料相对于传统发泡水泥综合性能明显提高。绝干密度为200-350Kg/m³时，抗压强度达到1.0-1.7MPa，导热系数低至0.041-0.048W/(m.k)，有效解决了传统发泡水泥存在的诸多不足。

基于这些特性，此类材料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。

附图说明

图1为实施例1中保温材料的有机聚氨酯泡与无机水泥泡泡孔形貌结构。

图2为实施例1中保温材料的应力/应变曲线，a表示未添加聚氨酯组分的 常规发泡水泥样品，b表示聚氨酯与发泡水泥微观复合样品。

图3为实施例1中保温材料的抗弯折性能示意图。

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及附图内容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份十二烷基苯磺酸钠稳泡剂以50份45℃的热水搅拌3min后，迅速加入5份双氧水，并同时高速搅拌10s后倒入模具，静置24hr脱模，48hr切割，然后室温养护至龄期并干燥至恒重。

(2)、首先将13份粗二苯基甲烷二异氰酸酯、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，接着将步骤(1)制备的干燥发泡水泥浸没于该浆料中，待浆料完全浸透发泡水泥后取出，静置2hr使其固化；

(3)、将由步骤(2)获得的发泡水泥再次浸入到水中，随着水分子的扩散渗入，接触到未反应完全的异氰酸酯即可发泡，得到聚氨酯泡与水泥泡微观复合的保温材料。

经检测，该微观复合的保温材料绝干密度280Kg/m³，抗压强度1.5MPa，导热系数0.045W/(m.k)。

实施例2

(1)、按常规方法将85份P.O.42.5水泥、15份Ⅰ级粉煤灰、1.0份PP短切纤维、1.5份甲酸钙、2.0份十二烷基硫酸钠稳泡剂以55份47℃的热水搅拌2min后，迅速加入5.3份双氧水，并同时高速搅拌10s后倒入模具，静置24hr脱模，48hr切割，然后室温养护至龄期并干燥至恒重。

(2)、首先将20份多亚甲基多苯基二异氰酸酯、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，接着将步骤(1)制备的干燥发泡水泥浸没于该浆料中，待浆料完全浸透发泡水泥后取出，静置3hr使其固化；

(3)、将由步骤(2)获得的发泡水泥再次浸入到水中，随着水分子的扩散渗入，接触到未反应完全的异氰酸酯即可发泡，得到聚氨酯泡与水泥泡微观复合的保温材料。

经检测，该微观复合的保温材料绝干密度215Kg/m³，抗压强度1.05MPa，导热系数0.042W/(m.k)。

实施例3

(1)、按常规方法将90份P.C.32.5水泥、10份Ⅱ级粉煤灰、0.7份PP短切纤维、1.0份甲酸钙、2.0份α-烯基磺酸钠稳泡剂以47份40℃的热水搅拌2min后，迅速加入4.5份双氧水，并同时高速搅拌10s后倒入模具，静置24hr脱模，48hr切割，然后室温养护至龄期并干燥至恒重。

(2)、首先将10份甲苯二异氰酸酯、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，接着将步骤(1)制备的干燥发泡水泥浸没于该浆料中，待浆料完全浸透发泡水泥后取出，静置4hr使其固化；

(3)、将由步骤(2)获得的发泡水泥再次浸入到水中，随着水分子的扩散渗入，接触到未反应完全的异氰酸酯即可发泡，得到聚氨酯泡与水泥泡微观复合的保温材料。

经检测，该微观复合的保温材料绝干密度328Kg/m³，抗压强度1.7MPa，导热系数0.048W/(m.k)。