摘  要：本文介紹了硬質(zhì)聚氨酯防水保溫材料的性能、影響其性能的諸因素以及聚氨酯防水保
溫材料的防水保濕機理。
關健詞：聚氨酯防水保溫材料、材料性能、防水原理。


一、硬質(zhì)聚氨酯防水保溫材料的性能
    
　　硬質(zhì)聚氨酯（也叫聚氨酯硬泡體）防水保溫材料是用聚醚或聚酯與多異氰酸酯為主要原料，再加入阻燃劑、穩(wěn)泡劑和發(fā)泡劑等，經(jīng)混合攪拌、化學反應而形成的一種微孔發(fā)泡體。閉口孔隙率達90%以上，表觀密度僅為25~70kg/m3，抗壓強度>0.2MPa，導熱系數(shù)最低可達0.016W/（m.k），一般小于0.024 W/（m.k）有一定的自熄性，使用時既可預制成板狀或管殼狀等制品，也可以現(xiàn)場噴涂。其技術性能指標見表1。
表1    噴涂聚氨酯硬泡體防水保溫材料的技術性能指標
序號 項目 技術指標
Ⅰ型 非上人屋面（Ⅱ-A型） 上人屋面（Ⅱ-B型）
1 導熱系數(shù)，W/（m.K）    ≤ 0.025
2 粘結(jié)強度，KPa          ≥ 100
3 密度，kg/m3             ≥ 30 35 50
4 尺寸變化率，% 1%
5 抗壓強度，KPa          ≥ 150 150 300
6 斷裂延伸率，%          ≥ 10
7 閉孔率，%              ≥ 92 95
8 吸水率，%              ≤ 3
9 水蒸氣透過率，mg/（Pa.m.s）≤ 5

二、影響性能的因素

1、密度是硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料的一項重要的性能，對硬泡的其它性能如強度等油明顯的影響。密度與發(fā)泡劑用量、反應溫度、催化劑和固化劑用量、攪拌時間、注射壓力等多種因素有關。密度的調(diào)節(jié)主要靠調(diào)節(jié)發(fā)泡劑量來加以調(diào)節(jié)。
2、硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料的強度主要取決于密度，二者的關系為：
                        
      logR=logA+Blog        γ-2.153
                             16.02
式中 R—強度，MPa；
     γ—表觀密度，kg/m3；
     A、B—常數(shù)，如表2。
表2    聚氨酯硬泡體防水保溫材料強度公式常數(shù)值
強度 常數(shù)值 備注
A B B B 
抗壓強度 12.8 1.42 1.6 1.6 不同資料報導的B值略有不同
抗彎強度 19.0 1.38 1.4 1.3 
抗拉強度 23.0 1.11 1.3 1.2 
抗剪強度 14.9 1.08 1.1 1.3 
3、硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料重要的特性之一是熱導率小。導熱系數(shù)除與表觀密度有關外，還與空隙大小，閉口孔隙率、空隙內(nèi)氣體的種類以及發(fā)泡方向等多種因素有關。硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料的熱導率隨著密度的升高而升高，密度為32kg/m3左右，熱導率最小，密度繼續(xù)減小，熱導率反而增大，這是由于泡沫醚度過低時，開孔結(jié)構(gòu)比例增大，使它的熱導率增大。
硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料主要取決于泡孔內(nèi)氣體的熱導率值，氣體熱導率值越低，泡沫的熱導率值也越低。而泡沫的熱導率值與發(fā)泡劑的品種密切相關。不同發(fā)泡劑所得硬泡的氣體熱導率見表3。
表3    20℃氣體的熱導率
發(fā)泡劑 熱導率W/(m·K) 發(fā)泡劑 熱導率W/(m·K)
一氟三氯甲烷一氟三氯乙烷 0.00820.0100 三氟二氯乙烷二氧化碳 0.01040.0169
溫度對導熱系數(shù)的影響為溫度升高時，導熱系數(shù)快速增大，超低溫時導熱系數(shù)非常小，因此，該材料更適合保溫。
4、聚氨酯硬泡體防水保溫材料的熱穩(wěn)定性與聚合物的結(jié)構(gòu)有關，<-150℃，聚合結(jié)構(gòu)一般不會發(fā)生降解，<100℃無明顯的體積變化和失重，但使用溫度最好不要超過100℃。一般來說，聚醚型聚氨酯的熱穩(wěn)定性較聚酯型差，這是因為聚醚結(jié)構(gòu)在高溫下易于降解，引入適量酰胺、異氰脲酸酯和碳化二亞胺，可以將耐熱溫度提高到160℃。
5、聚氨酯硬泡體防水保溫材料的尺寸穩(wěn)定性，受泡沫體的表觀密度、結(jié)構(gòu)、成型條件、發(fā)泡劑種類等多種內(nèi)部因素影響，當使用環(huán)境的溫度、濕度發(fā)生變化時，泡沫體的體積會發(fā)生一定的變形。在使用溫度范圍內(nèi)，體積基本是穩(wěn)定的。通用品種的硬泡，再100℃以下的環(huán)境中，尺寸不會發(fā)生明顯變化；耐溫性較好的硬泡，特別是含異氰脲酸酯結(jié)構(gòu)的硬泡，在150℃下尺寸無明顯變化。
7、聚氨酯硬泡體防水保溫材料除在一些極性較強的溶劑里發(fā)生分解現(xiàn)象外，能夠耐多數(shù)常見的無機和有機試劑的腐蝕。聚醚型硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料的耐化學品性能見表4。
聚氨酯硬泡用于屋面防水保溫隔熱和其他材料相比，其節(jié)能功能顯著，不同保溫材料的導熱系數(shù)和厚度見表5。
表4    聚醚型硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料的耐化學品性能
化學品名稱 耐化學品情況 化學品名稱 耐化學品情況
24℃ 52℃ 24℃ 52℃
柴油汽油煤油甲苯甲乙酮丙酮鹽水（10%）硫酸（10%）濃鹽酸濃氨水氫氧化鈉（濃） 優(yōu)良好好優(yōu)良差差優(yōu)良好起反應好優(yōu)良 優(yōu)良——好——————好好起反應——好 馬達油松節(jié)油苯四氯化碳鄰二氯苯過氯乙烯濃硫酸濃硝酸鹽酸（10%）氨水（10%）氫氧化鈉（10%） 優(yōu)良優(yōu)良優(yōu)良優(yōu)良優(yōu)良優(yōu)良起反應起反應好好優(yōu)良 優(yōu)良————優(yōu)良優(yōu)良優(yōu)良起反應起反應好好好
表5    不同保溫材料的導熱系數(shù)和厚度


序號 材料 導熱系數(shù)/[W/(m.k)] 達到相同隔熱保溫效果的相對厚度/（mm）
1 聚氨酯硬泡 <0.024 25
2 聚苯乙烯泡沫 0.037 40
3 膨脹珍珠巖 0.037 40
4 玻璃棉 0.058 50
5 輕軟木 0.058 50
6 木材 0.117 160
7 水泥蛭石 1.154 200
8 普通磚 1.154 800
9 現(xiàn)澆水泥珍珠巖 ------- 120
10 泡沫混凝土 ------ 165~420

三、聚氨酯防水保溫材料的防水保溫機理

1、聚氨酯硬泡體的防水機理
　　聚氨酯硬泡體是由異氰酸酯和多元醇為基本原料聚合而成的結(jié)構(gòu)細密的微孔泡沫體。其閉孔率高達90%以上，在0.2MPa×24h×3cm厚條件下不透水。材料延伸率一般可達5%以上；具有一定的彈性；采用現(xiàn)場噴涂成型技術，聚氨酯硬泡層沒有拼縫，使雨水無縫可浸入。聚氨酯硬泡層底面，能與基層牢固粘結(jié)，頂面能與材料性質(zhì)相匹配的涂料保護層緊密結(jié)合，屋面整體性好，杜絕了雨水沿構(gòu)造間滲透的可能性。
　　聚氨酯硬泡具有較低的水蒸汽滲透性和優(yōu)良的不透水性，一定厚度的泡沫體，沿厚度方向的眾多泡孔，相當于多層膜狀材料疊合一起從而具有較高的介質(zhì)滲透阻力，孔壁膜的厚度確定了滲透阻力和機械強度。
　　通常所說聚氨酯硬泡制品的閉孔率和吸水率的測試指標，皆是將制品表皮切除后測得性能指標。對于直接噴涂成型，具有完整表皮的聚氨酯硬泡板，可以認為閉孔率接近100%，吸水率小于0.5%。
曾試驗：①采用具有自然表皮或沒有自然表皮的聚氨酯硬泡，做成水盆，盛水300mm深，長期存放不滲、不漏；②割去自然表皮30mm厚的聚氨酯硬泡塊，在承受壓力為0.2MPa水壓作用下，經(jīng)20天試驗不滲、不漏，切開觀察剖面、水浸入深度1~2mm；經(jīng)分析此深度是因聚氨酯硬泡板表面因刨光切削作用而造成的開孔的深度。
聚氨酯硬泡密度為33kg/m3時的粘結(jié)強度對不同材料分別為：鋁板：0.1MPa；砂石：0.12 MPa；木材：0.12 MPa；鋼材：0.12 MPa。它是現(xiàn)代防水、保溫、隔熱材料中綜合性能最好的一種。
2、聚氨酯硬泡體的保溫隔熱機理
　　聚氨酯硬泡是一種新型的高分子合成材料，是由聚氨酯形成封閉性微孔骨架，氣孔內(nèi)充填著導熱系數(shù)很低的發(fā)泡劑蒸汽的泡沫體；具有容重小、導熱系數(shù)低，不透水和耐腐蝕的優(yōu)良性能，泡沫在制造過程中，采用無氟產(chǎn)品為發(fā)泡劑，發(fā)泡時形成均勻致密的封閉泡孔中充滿了發(fā)泡劑的蒸氣，聚氨酯硬泡的導熱系數(shù)取值50~70%由充填氣體的導熱系數(shù)來決定。
聚氨酯硬泡板密度為33kg/m3左右時，在室溫下的導熱系數(shù)0.0174W/（m.k），即使切去表層表皮，長期曝露于空氣中，導熱系數(shù)可以穩(wěn)定在0.024 W/（m.k）左右，按《民用建筑熱工設計規(guī)范》GB50176-93中附錄四《建筑材料熱物理性能計算參數(shù)》選取密度為30~40kg/m3的硬泡導熱系數(shù)遠遠小于0.033 W/（m.k）的規(guī)定值。