聚氨酯防水保溫材料的設(shè)計(jì)與施工

聚氨酯防水保溫材料的設(shè)計(jì)與施工摘要：硬質(zhì)聚氨酯防水保溫材料是以聚醚或聚酯與多異氰酸酯為主要原料，再加入阻燃劑、發(fā)泡劑和穩(wěn)泡劑等，經(jīng)混合攪拌、化學(xué)反應(yīng)而形成的一種微孔友f泡體。采用直接噴涂成型技術(shù)，在屋面防水工程形成無接縫并與基層牢固粘結(jié)的整體屋面，集優(yōu)良的絕熱性能和獨(dú)特的防水效果于一體。介紹了該材料的性能、合成原理、組成、成型工藝及施工。關(guān)鍵詞：硬質(zhì)聚氨酯防水保溫材料；防水；保溫硬質(zhì)聚氨酯(也叫聚氨酯硬泡體)防水保溫材料作為隔熱防水材料，采用直接噴涂成型技術(shù)，將硬泡應(yīng)用于屋面工程，形成無接縫并與基層牢固粘結(jié)的整體屋面，集優(yōu)良的絕熱性能和獨(dú)特的防水效果于一體，具有屋面結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、荷載輕、使用壽命長(zhǎng)、工藝簡(jiǎn)單、施工靈活、工效高、對(duì)環(huán)境污染小等優(yōu)異性能。它適用于-50~90℃環(huán)境，用于各類工業(yè)、商業(yè)及民用建筑的新建屋面以及舊屋面的修復(fù)。1硬質(zhì)聚氨酯防水保溫材料的性能硬質(zhì)聚氨酯防水保溫材料是以聚醚或聚酯及多異氰酸酯為主要原料，加入阻燃劑、發(fā)泡劑和穩(wěn)泡劑等，經(jīng)混合攪拌、化學(xué)反應(yīng)而形成的一種微孔發(fā)泡體。閉口孔隙率達(dá)90％以上，表觀密度僅為25~70kg／m3，抗壓強(qiáng)度大于0．2MPa，導(dǎo)熱系數(shù)最低可達(dá)0．016W／(m·K)，一般小于0．024W／(m·K)，有一定的自熄性，使用時(shí)既可預(yù)制成板狀或管殼狀等制品，也可以現(xiàn)場(chǎng)噴涂。噴涂聚氨酯硬泡體防水保溫材料的技術(shù)性能指標(biāo)見表1。2聚氨酯硬泡的合成原理及組成2．1聚氨酯硬泡的合成原理(1)羥基反應(yīng)異氰酸酯與聚醚或聚酯中的羥基反應(yīng)，生成聚氨酯，(2)交聯(lián)反應(yīng)異氰酸酯與脲的衍生物反應(yīng)生成縮二脲，使線性聚氨酯交聯(lián)成體型聚氨酯。2．2聚氨酯硬泡體的組成聚氨酯硬泡體防水保溫材料一般分為A、B雙組分，各組分的功能及用量舉例見表2。A、B2種組分分開包裝，使用時(shí)，一般按n(A):n(B)=1:(1．05～1．20)的比例進(jìn)行混合。配制A組分時(shí)，催化劑和發(fā)泡劑的用量可根據(jù)施工速度和環(huán)境溫度的不同酌情調(diào)整，環(huán)境溫度低，采用噴涂發(fā)泡時(shí)應(yīng)多加，反之應(yīng)少加。A、B組分的比例，一般應(yīng)使得羥基與異氰酸根當(dāng)量相等，同時(shí)考慮原料中水分所消耗的異氰酸酯量，B組分再另增加5％。還可以根據(jù)需要，添加各種抗靜電劑、阻燃劑、填料等其它添加劑。2．2．1多元醇可用的多元醇品種很多，主要有聚醚及聚酯2大類，除了通用的聚氧烯烴類聚醚多元醇及己二酸聚酯多元醇以外，還發(fā)展了內(nèi)酯型聚酯、接枝聚合物多元醇，還可以使用其它的高活性、親水性以及各種含鹵素含磷多元醇化合物。一般來說，硬質(zhì)泡沫塑料所采用的多元醇大都是官能團(tuán)多、羥值高、分子量較低的聚醚或聚酯多元醇。此種多元醇和多異氰酸酯反應(yīng)后，其分子中網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)多，所得到的泡沫塑料硬度大、壓縮強(qiáng)度較高、尺寸穩(wěn)定性及耐溫性也較好。所以大多數(shù)硬質(zhì)泡沫是用配制的混合多元醇制備。聚酯型的硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料具有強(qiáng)度高、閉孔率高、粘合性好、阻燃性好等優(yōu)點(diǎn)，但是水解穩(wěn)定性差，而且聚酯的黏度大，操作不方便，價(jià)格又高。所以選擇聚酯時(shí)應(yīng)考慮價(jià)格，并且要求黏度不大，與異氰酸酯、發(fā)泡劑等其它原料的相容性要好。近10年來，以聚酯廢料、殘?jiān)⒈紧葹樵系木埘ザ嘣贾苽溆操|(zhì)泡沫塑料主要用于建筑上。聚醚有良好的水解穩(wěn)定性，又和發(fā)泡劑有很好的相容性。用于制備硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料的聚醚的分子量通常在270~1200，羥值在380~580mgKOH／g。蓖麻油等農(nóng)林業(yè)副產(chǎn)品、胺基多元醇、改性胺基多元醇具有固化快、泡沫尺寸穩(wěn)定性好、熱導(dǎo)率小等優(yōu)點(diǎn)。含有鹵素或磷原子的多元醇具有一定的阻燃效果。2．2．2異氰酸酯在硬質(zhì)泡沫塑料中，由于制品要求具有較高的剛度和較好的尺寸穩(wěn)定性，所以常用的異氰酸酯有多苯基多次甲基多異氰酸酯(粗MDI或PAPl)、粗制甲苯二異氰酸酯(粗TDl)、精制甲苯二異氰酸酯(TDl)等。上述3種異氰酸酯，以粗MDI用得最廣。粗MDI與TDI相比，蒸汽壓較小，制得的硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料防水保溫材料耐熱性較好?？刂菩缘匾氘惽桦逅狨ソY(jié)構(gòu)，會(huì)明顯提高阻燃性能。原料配方通常設(shè)計(jì)得能使聚醚和聚酯多元醇的混合物在有聚氨酯和(或)聚異氰脲酸酯催化劑存在下，同過量的異氰酸酯進(jìn)行反應(yīng)。增加配方中異氰酸酯的含量，阻燃性能可以得到明顯提高，但對(duì)反應(yīng)混合物的流動(dòng)性以及泡沫體的脆性產(chǎn)生不利的影響。2．2．3阻燃劑由于含可燃的碳?xì)滏湺?、密度小、比表面積大，未經(jīng)阻燃處理的聚氨酯是可燃物，遇火會(huì)燃燒并分解，產(chǎn)生大量有毒煙霧，給滅火帶來困難。不過阻燃性能好的泡沫塑料遇小火會(huì)自熄，不易引起火災(zāi)。一般可通過添加阻燃劑來捉高泡沫塑料的阻燃性，，以延緩其燃燒、阻煙甚至使著火部位自熄，也可采用含阻燃元素的多元醇為泡沫原料。阻燃劑必須具有以下1種或數(shù)種功能：能在著火溫度或接近著火溫度下吸熱分解成不燃物質(zhì)；能與泡沫燃燒產(chǎn)物反應(yīng)生成不易燃物質(zhì)；可分解出能終止泡沫自由基氧化反應(yīng)的物質(zhì)。在聚氨酯泡沫中，含磷阻燃劑主要在凝聚相發(fā)揮作用，磷化物可以消耗泡沫塑料燃燒時(shí)分解出的可燃?xì)怏w，使其轉(zhuǎn)化成不易燃燒的炭化物，泡沫體中磷含量達(dá)1．5％左右時(shí)即可獲得較佳的阻燃效果。含鹵素阻燃劑主要在氣相中發(fā)揮作用，鹵素是泡沫塑料燃燒反應(yīng)的鏈終止劑，在塑料燃燒時(shí)生成鹵化氫而抑制燃燒反應(yīng)。典型的磷—氮阻燃體系可由聚磷酸銨和三聚氰胺等組成，在泡沫受熱初期，阻燃劑分解產(chǎn)生磷酸等，它與多羥基化合物形成具有阻燃作用的磷酸酯并釋放水蒸氣；在高溫下泡沫中的阻燃劑氣化產(chǎn)生不燃性氣體，使熔融的泡沫炭化形成疏松的多孔性阻燃層。氫氧化鋁中含有大量的結(jié)晶水，結(jié)晶水在泡沫塑料生產(chǎn)過程中很穩(wěn)定，但在泡沫塑料燃燒時(shí)會(huì)快速分解，吸收燃燒熱，并在火源和泡沫間形成不燃性的屏障，從而起到阻燃作用。同時(shí)，它也是一種煙氣抑制劑。2．2．4其它助劑硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料的生產(chǎn)過程中，催化劑起著重要的作用，其不僅能加快反應(yīng)速度，而且是發(fā)泡工藝的重要控制手段。選擇合適的催化體系對(duì)硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料的生產(chǎn)十分重要。應(yīng)用較為普遍的催化劑是叔胺和有機(jī)錫化合物。工業(yè)上的一步法發(fā)泡體系常常會(huì)用2種或2種以上的催化劑，這樣可以有效調(diào)節(jié)鏈增長(zhǎng)速度與交聯(lián)速度間的平衡。在發(fā)泡過程中，泡沫穩(wěn)定劑能改變體系的表面張力，改善原料的混合性，并能調(diào)節(jié)泡沫塑料的泡孔大小與結(jié)構(gòu)，使所得的制品泡孔細(xì)而均勻，性能良好。泡沫穩(wěn)定劑的用量一般為原料總質(zhì)量的0．1％～2％。聚酯型硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料常用的泡沫穩(wěn)定劑是有機(jī)硅類，如聚二甲基硅氧烷—聚氧化烯烴共聚物。硅油泡沫穩(wěn)定劑可用于聚醚型硬質(zhì)泡沫塑料的預(yù)聚法成型工藝。另有一些不含硅的泡沫穩(wěn)定劑專門用于聚異氰脲酸酯硬泡。3聚氨酯硬泡的成型工藝3．1聚氨酯硬泡基本生產(chǎn)方法的類型聚氨酯硬泡體基本生產(chǎn)方法的分類有多種：按施工機(jī)械化程度的不同，可分為手工發(fā)泡和機(jī)械發(fā)泡；按發(fā)泡壓力不同，可分為高壓發(fā)泡和低壓發(fā)泡：根據(jù)發(fā)泡體系的不同，可分為HCFC發(fā)泡體系、戊烷發(fā)泡體系及水發(fā)泡體系等，不同的發(fā)泡體系其設(shè)備要求也不完全一致；根據(jù)成型方式可分為澆注發(fā)泡和噴涂發(fā)泡，其中澆注發(fā)泡按具體應(yīng)用領(lǐng)域、制品形狀又可分為塊狀發(fā)泡、模塑發(fā)泡、保溫殼體澆注等：按照是否連續(xù)化生產(chǎn)，可分為間歇法和連續(xù)法，間歇法適用于小批量生產(chǎn)，連續(xù)法適用于大規(guī)模生產(chǎn)，采用流水線生產(chǎn)的方法，其效率較高；按操作步驟中是否采用預(yù)聚工藝，可分為完全預(yù)聚法、半預(yù)聚法和一步法。3．2生成聚氨酯硬泡體的基本方法生成硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料有3種基本方法：完全預(yù)聚法、半預(yù)聚法和一步法。所謂一步法，是把所有的原料同時(shí)全部混合反應(yīng)而得到泡沫塑料的方法。大部分的一步法在室溫條件下進(jìn)行，所以各種原料在室溫下最好是液體，相容性要好。完全預(yù)聚法是把全部聚酯或聚醚和異氰酸酯反應(yīng)生成預(yù)聚體，然后，在催化劑作用下，與水反應(yīng)生成泡沫塑料。泡沫塑料的密度取決于游離異氰酸根的含量和水的用量。完全預(yù)聚法所得的預(yù)聚體黏度很高，實(shí)用價(jià)值小。通常所說的預(yù)聚法實(shí)際上是半預(yù)聚法：首先把過量的異氰酸酯和聚酯或聚醚反應(yīng)，所得到的預(yù)聚體的游離異氰酸根含量在20％~35％。發(fā)泡時(shí)，把預(yù)聚體和聚酯或聚醚、發(fā)泡劑、泡沫穩(wěn)定劑、催化劑等混合，反應(yīng)得到泡沫塑料。目前，硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料以一步法生產(chǎn)為主，為了生產(chǎn)的方便，許多廠家都把聚醚多元醇以及其它多元醇、催化劑、泡沫穩(wěn)定劑、發(fā)泡劑等原料預(yù)混在一起，稱之為組合聚醚(俗稱“白料”)，使用時(shí)與MDI、PAPI(俗稱“黑料”)以雙組分的形式混合發(fā)泡，此仍屬于一步法范疇，因?yàn)樵诨旌习l(fā)泡之前沒有發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。3．3聚氨酯硬泡的噴涂成型雖然大部分硬質(zhì)泡沫塑料在工廠內(nèi)生產(chǎn)，但現(xiàn)場(chǎng)施工發(fā)泡仍是一種十分重要的硬泡成型方法。現(xiàn)場(chǎng)施工主要有噴涂發(fā)泡和澆注發(fā)泡2種方法，另外，還有一種單包裝硬泡材料，作修補(bǔ)用，但用量較少。噴涂發(fā)泡成型，是將原料混合均勻后直接噴射到可作絕熱基層的物件表面上，并在此表面上發(fā)泡固化。各種聚氨酯泡沫塑料都可以采用噴涂成型工藝，其優(yōu)點(diǎn)是既適用于簡(jiǎn)單表面，又可以適用于形狀復(fù)雜的表面：生產(chǎn)效率高，且表面無接縫，所得硬泡體絕熱性能好；不需要模具。缺點(diǎn)是空氣易帶走部分反應(yīng)液細(xì)霧，造成原料損失和空氣污染。所以噴涂發(fā)泡時(shí)，風(fēng)速過大時(shí)不宜進(jìn)行，勞動(dòng)保護(hù)必不可少。用于噴涂發(fā)泡成型的原材料應(yīng)該具備幾個(gè)條件：毒性小，可以減少對(duì)環(huán)境的污染；黏度小，有利于在極短的時(shí)間內(nèi)混合均勻；應(yīng)用高活性的催化劑，如三亞乙基二胺、辛酸亞錫、二月桂酸二丁基錫等，通常還會(huì)使用具有自催化作用的胺醚多元醇。噴涂時(shí)，被涂表面應(yīng)無雜質(zhì)、無粉塵、無油污和潮氣，環(huán)境溫度和被噴物表面溫度在10~35℃內(nèi)，風(fēng)速不超過5m／s。噴涂壓力應(yīng)適當(dāng)，厚度保持均勻。聚氨酯硬質(zhì)泡沫塑料防水保溫材料均采用噴涂發(fā)泡成型工藝。低壓噴涂發(fā)泡是靠柱塞泵將聚氨酯泡沫塑料組合聚醚（“白料”）和聚合MDI（“黑料”)2個(gè)組分的原料從原料桶中抽出來并輸送到噴槍槍嘴，然后靠壓縮空氣將黑、白2種原料從噴槍嘴中吹出的同時(shí)使其混合發(fā)泡，低壓噴涂發(fā)泡的缺點(diǎn)是：原料損耗大，污染環(huán)境，黑、白2種組分原料易互串而造成槍嘴、管道堵塞，壓縮空氣壓力不穩(wěn)定，混合效果時(shí)好時(shí)壞，影響發(fā)泡質(zhì)量。為了克服空氣噴涂的缺點(diǎn)，噴涂聚氨酯防水保溫材料現(xiàn)場(chǎng)采用高壓噴涂工藝，首先在加壓罐中施加3~4MPa的壓力，然后將具有一定壓力的料液送入混合室，壓力突然降低，料液被分散噴出，無空氣吹散料液現(xiàn)象。高壓噴涂發(fā)泡，物料在空間很小的混合室內(nèi)高速撞擊并劇烈旋轉(zhuǎn)剪切，黑白2種組分混合非常充分，高速運(yùn)動(dòng)的物料在噴槍口形成細(xì)霧狀液滴，均勻地噴射到物件表面。高壓型噴涂發(fā)泡設(shè)備與低壓型噴涂設(shè)備發(fā)泡設(shè)備相比，具有壓力波動(dòng)小、噴涂霧化效果好、屬無氣噴涂、原料浪費(fèi)少、污染小等一系列優(yōu)點(diǎn)。高壓噴涂機(jī)有的帶可控加熱器，可把物料加熱到最高達(dá)70℃。為了方便施工，在主加熱器與噴槍之間配備長(zhǎng)管，為了防止2個(gè)發(fā)泡料組分在流經(jīng)長(zhǎng)管時(shí)冷卻降溫，長(zhǎng)管外面包有保溫層，內(nèi)有溫度補(bǔ)償加熱器，以保證黑白料達(dá)到設(shè)定的溫度。選擇合適的噴涂發(fā)泡設(shè)備是控制硬質(zhì)聚氨酯噴涂泡沫平整度及泡沫質(zhì)量的關(guān)鍵之一，采用高壓噴涂發(fā)泡其效果明顯優(yōu)于低壓噴涂發(fā)泡。噴涂發(fā)泡施工的注意事項(xiàng)如下：(1)環(huán)境溫度和待噴涂表面溫度應(yīng)在10℃以上，溫度過低，泡沫與物體表面的粘接性差，易脫離，而且泡沫密度明顯加大，環(huán)境溫度最好在15~35％，溫度太高時(shí)發(fā)泡劑損耗大；(2)一次噴涂厚度要適宜，單層噴涂厚度約15mm為宜，厚度太薄泡沫密度增大，太厚則不易控制噴涂表面的平整度；(3)待噴涂物體的基層不能有油、灰塵等，若表面有露水或霜，應(yīng)予除去，否則將影響泡沫與物體表面的粘結(jié)性，影響泡沫體的性能：(4)室外施工，當(dāng)風(fēng)速超過5m／s時(shí)，物料和能量損失大，并且污染環(huán)境，必要時(shí)可使用防風(fēng)帷幕。3．4配方(1)配方1：噴涂硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料成分用量(質(zhì)量分)季戊四醇聚醚(分子量400左右)100乙二胺聚醚103二乙酸二丁基錫0．70含硅型泡沫穩(wěn)定劑2．42一氟三氯甲烷86三亞乙基二胺1．70粗MDI124所得泡沫塑料的密度為36kg／m3，閉孔率為87％~92％，吸水性為33．6kg／m3。(2)配方2：硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料板材成分用量(質(zhì)量分)聚酯多元醇(羥值235mgKOH／g)100催化劑2．2泡沫穩(wěn)定劑1．5一氟三氯甲烷43三亞乙基二胺1．70粗MDl139~143所得泡沫塑料的密度為33．4kg／m3，熱導(dǎo)率為0．01596W／(m·K)。(3)配方3：阻燃型硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料成分用量(質(zhì)量分)聚醚多元醇50聚酯多元醇50泡沫穩(wěn)定劑2~3催化劑0．5~2．5阻燃劑15~30發(fā)泡劑12~20多異氰酸酯指數(shù)為1．05~3．0。所得泡沫塑料的密度為(50±2)kg／m3，氧指數(shù)為24~32。4屋面防水構(gòu)造的設(shè)計(jì)屋面工程分為4個(gè)防水等級(jí)，按不同等級(jí)進(jìn)行設(shè)防。噴涂聚氨酯硬泡體防水保溫材料可作為一道設(shè)防，不同防水等級(jí)的設(shè)防要求應(yīng)符合GB50349—2004《屋面工程技術(shù)規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定。采用聚氨酯硬泡體的屋面主要由結(jié)構(gòu)層、聚氨酯硬泡體防水保溫層、保護(hù)層構(gòu)成。聚氨酯硬泡層是屋面防水與保溫隔熱的主體，30mm厚完全可以滿足防水和保溫隔熱的要求。如遇到大面積結(jié)構(gòu)層(如超過500ma以上)，為防止混凝土板因溫差變化收縮開裂破壞聚氨酯硬泡層，需在結(jié)構(gòu)墻及女兒墻交接處涂刷1~2遍高彈性柔性防水材料(如丙烯酸涂料、聚合物水泥防水涂料)作過渡層，以適應(yīng)基層在一定范圍內(nèi)的收縮裂縫，而不直接破壞聚氨酯硬泡層。聚氨酯硬泡的保護(hù)層可選用40mm厚的1：3的鋼網(wǎng)水泥砂漿或C15的無筋細(xì)石混凝土，同時(shí)設(shè)立分格縫。聚氨酯硬泡體防水保溫層根據(jù)屋面的使用情況，可分為上人屋面和不上人屋面，上人屋面在聚氨酯硬泡體防水保溫上應(yīng)設(shè)置剛性保護(hù)層或塊材保護(hù)層：不上人屋面在聚氨酯硬泡體防水保溫層上應(yīng)設(shè)置1：3水泥砂漿保護(hù)層，水泥砂漿保護(hù)層應(yīng)設(shè)表面分格縫(V型槽)，分格面積宜為1m2。屋面與突出屋面結(jié)構(gòu)(如山墻、女兒墻)的交接處，宜采用聚氨酯硬泡體防水保溫材料與涂膜防水材料相結(jié)合的防水方法，高度不小于250mm，水平方向?qū)挾炔恍∮?50mm。天溝、檐口、檐溝等陰陽角部位應(yīng)連續(xù)直接噴涂聚氨酯硬泡體。在噴涂前應(yīng)先鋪高分子防水卷材或高分子防水涂料附加層。無組織排水檐口的聚氨酯硬泡體防水保溫層應(yīng)連續(xù)噴涂到檐口平面端部，其噴涂厚度應(yīng)逐步連續(xù)均勻地減薄至不小于15mm，并采用彈性密封膠封住收頭。伸出屋面的管道、設(shè)備或預(yù)埋件等，應(yīng)在施工前安裝完畢，防水保溫層施工完后，應(yīng)避免在其上鑿孔打洞，確需在已完工后的聚氨酯硬泡體防水保溫層上鑿孔開洞的，鑿孔開洞后應(yīng)由專業(yè)施工隊(duì)進(jìn)行修補(bǔ)，伸出屋面的管道或通氣管應(yīng)根據(jù)泛水高度要求連續(xù)地直接噴涂聚氨酯防水保溫材料。屋面垂直出入口宜采用聚氨酯硬泡體防水保溫材料與涂膜防水相結(jié)合的工藝，其收頭應(yīng)連續(xù)地直接噴涂至孔頂部。落水口有直式落水口和橫式落水口之分，直式落水口周圍1m范圍內(nèi)的坡度不應(yīng)小于2％；橫式落水口在山墻、女兒墻上應(yīng)根據(jù)泛水高度要求設(shè)置。落水口杯宜采用塑料或鑄鐵制品，落水口應(yīng)作密封處理，在噴涂聚氨酯硬泡體前，應(yīng)先加鋪聚氨酯防水涂料附加層。5聚