摘  要：本文介绍了硬质聚氨酯防水保温材料的性能、影响其性能的诸因素以及聚氨酯防水保
温材料的防水保湿机理。
关健词：聚氨酯防水保温材料、材料性能、防水原理。


一、硬质聚氨酯防水保温材料的性能
    
　　硬质聚氨酯（也叫聚氨酯硬泡体）防水保温材料是用聚醚或聚酯与多异氰酸酯为主要原料，再加入阻燃剂、稳泡剂和发泡剂等，经混合搅拌、化学反应而形成的一种微孔发泡体。闭口孔隙率达90%以上，表观密度仅为25~70kg/m3，抗压强度>0.2MPa，导热系数最低可达0.016W/（m.k），一般小于0.024 W/（m.k）有一定的自熄性，使用时既可预制成板状或管壳状等制品，也可以现场喷涂。其技术性能指标见表1。
表1    喷涂聚氨酯硬泡体防水保温材料的技术性能指标
序号 项目 技术指标
Ⅰ型 非上人屋面（Ⅱ-A型） 上人屋面（Ⅱ-B型）
1 导热系数，W/（m.K）    ≤ 0.025
2 粘结强度，KPa          ≥ 100
3 密度，kg/m3             ≥ 30 35 50
4 尺寸变化率，% 1%
5 抗压强度，KPa          ≥ 150 150 300
6 断裂延伸率，%          ≥ 10
7 闭孔率，%              ≥ 92 95
8 吸水率，%              ≤ 3
9 水蒸气透过率，mg/（Pa.m.s）≤ 5

二、影响性能的因素

1、密度是硬质聚氨酯泡沫塑料的一项重要的性能，对硬泡的其它性能如强度等油明显的影响。密度与发泡剂用量、反应温度、催化剂和固化剂用量、搅拌时间、注射压力等多种因素有关。密度的调节主要靠调节发泡剂量来加以调节。
2、硬质聚氨酯泡沫塑料的强度主要取决于密度，二者的关系为：
                        
      logR=logA+Blog        γ-2.153
                             16.02
式中 R—强度，MPa；
     γ—表观密度，kg/m3；
     A、B—常数，如表2。
表2    聚氨酯硬泡体防水保温材料强度公式常数值
强度 常数值 备注
A B B B 
抗压强度 12.8 1.42 1.6 1.6 不同资料报导的B值略有不同
抗弯强度 19.0 1.38 1.4 1.3 
抗拉强度 23.0 1.11 1.3 1.2 
抗剪强度 14.9 1.08 1.1 1.3 
3、硬质聚氨酯泡沫塑料重要的特性之一是热导率小。导热系数除与表观密度有关外，还与空隙大小，闭口孔隙率、空隙内气体的种类以及发泡方向等多种因素有关。硬质聚氨酯泡沫塑料的热导率随着密度的升高而升高，密度为32kg/m3左右，热导率最小，密度继续减小，热导率反而增大，这是由于泡沫醚度过低时，开孔结构比例增大，使它的热导率增大。
硬质聚氨酯泡沫塑料主要取决于泡孔内气体的热导率值，气体热导率值越低，泡沫的热导率值也越低。而泡沫的热导率值与发泡剂的品种密切相关。不同发泡剂所得硬泡的气体热导率见表3。
表3    20℃气体的热导率
发泡剂 热导率W/(m·K) 发泡剂 热导率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
温度对导热系数的影响为温度升高时，导热系数快速增大，超低温时导热系数非常小，因此，该材料更适合保温。
4、聚氨酯硬泡体防水保温材料的热稳定性与聚合物的结构有关，<-150℃，聚合结构一般不会发生降解，<100℃无明显的体积变化和失重，但使用温度最好不要超过100℃。一般来说，聚醚型聚氨酯的热稳定性较聚酯型差，这是因为聚醚结构在高温下易于降解，引入适量酰胺、异氰脲酸酯和碳化二亚胺，可以将耐热温度提高到160℃。
5、聚氨酯硬泡体防水保温材料的尺寸稳定性，受泡沫体的表观密度、结构、成型条件、发泡剂种类等多种内部因素影响，当使用环境的温度、湿度发生变化时，泡沫体的体积会发生一定的变形。在使用温度范围内，体积基本是稳定的。通用品种的硬泡，再100℃以下的环境中，尺寸不会发生明显变化；耐温性较好的硬泡，特别是含异氰脲酸酯结构的硬泡，在150℃下尺寸无明显变化。
7、聚氨酯硬泡体防水保温材料除在一些极性较强的溶剂里发生分解现象外，能够耐多数常见的无机和有机试剂的腐蚀。聚醚型硬质聚氨酯泡沫塑料的耐化学品性能见表4。
聚氨酯硬泡用于屋面防水保温隔热和其他材料相比，其节能功能显著，不同保温材料的导热系数和厚度见表5。
表4    聚醚型硬质聚氨酯泡沫塑料的耐化学品性能
化学品名称 耐化学品情况 化学品名称 耐化学品情况
24℃ 52℃ 24℃ 52℃
柴油汽油煤油甲苯甲乙酮丙酮盐水（10%）硫酸（10%）浓盐酸浓氨水氢氧化钠（浓） 优良好好优良差差优良好起反应好优良 优良——好——————好好起反应——好 马达油松节油苯四氯化碳邻二氯苯过氯乙烯浓硫酸浓硝酸盐酸（10%）氨水（10%）氢氧化钠（10%） 优良优良优良优良优良优良起反应起反应好好优良 优良————优良优良优良起反应起反应好好好
表5    不同保温材料的导热系数和厚度


序号 材料 导热系数/[W/(m.k)] 达到相同隔热保温效果的相对厚度/（mm）
1 聚氨酯硬泡 <0.024 25
2 聚苯乙烯泡沫 0.037 40
3 膨胀珍珠岩 0.037 40
4 玻璃棉 0.058 50
5 轻软木 0.058 50
6 木材 0.117 160
7 水泥蛭石 1.154 200
8 普通砖 1.154 800
9 现浇水泥珍珠岩 ------- 120
10 泡沫混凝土 ------ 165~420

三、聚氨酯防水保温材料的防水保温机理

1、聚氨酯硬泡体的防水机理
　　聚氨酯硬泡体是由异氰酸酯和多元醇为基本原料聚合而成的结构细密的微孔泡沫体。其闭孔率高达90%以上，在0.2MPa×24h×3cm厚条件下不透水。材料延伸率一般可达5%以上；具有一定的弹性；采用现场喷涂成型技术，聚氨酯硬泡层没有拼缝，使雨水无缝可浸入。聚氨酯硬泡层底面，能与基层牢固粘结，顶面能与材料性质相匹配的涂料保护层紧密结合，屋面整体性好，杜绝了雨水沿构造间渗透的可能性。
　　聚氨酯硬泡具有较低的水蒸汽渗透性和优良的不透水性，一定厚度的泡沫体，沿厚度方向的众多泡孔，相当于多层膜状材料叠合一起从而具有较高的介质渗透阻力，孔壁膜的厚度确定了渗透阻力和机械强度。
　　通常所说聚氨酯硬泡制品的闭孔率和吸水率的测试指标，皆是将制品表皮切除后测得性能指标。对于直接喷涂成型，具有完整表皮的聚氨酯硬泡板，可以认为闭孔率接近100%，吸水率小于0.5%。
曾试验：①采用具有自然表皮或没有自然表皮的聚氨酯硬泡，做成水盆，盛水300mm深，长期存放不渗、不漏；②割去自然表皮30mm厚的聚氨酯硬泡块，在承受压力为0.2MPa水压作用下，经20天试验不渗、不漏，切开观察剖面、水浸入深度1~2mm；经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开孔的深度。
聚氨酯硬泡密度为33kg/m3时的粘结强度对不同材料分别为：铝板：0.1MPa；砂石：0.12 MPa；木材：0.12 MPa；钢材：0.12 MPa。它是现代防水、保温、隔热材料中综合性能最好的一种。
2、聚氨酯硬泡体的保温隔热机理
　　聚氨酯硬泡是一种新型的高分子合成材料，是由聚氨酯形成封闭性微孔骨架，气孔内充填着导热系数很低的发泡剂蒸汽的泡沫体；具有容重小、导热系数低，不透水和耐腐蚀的优良性能，泡沫在制造过程中，采用无氟产品为发泡剂，发泡时形成均匀致密的封闭泡孔中充满了发泡剂的蒸气，聚氨酯硬泡的导热系数取值50~70%由充填气体的导热系数来决定。
聚氨酯硬泡板密度为33kg/m3左右时，在室温下的导热系数0.0174W/（m.k），即使切去表层表皮，长期曝露于空气中，导热系数可以稳定在0.024 W/（m.k）左右，按《民用建筑热工设计规范》GB50176-93中附录四《建筑材料热物理性能计算参数》选取密度为30~40kg/m3的硬泡导热系数远远小于0.033 W/（m.k）的规定值。