羅 晶 張 兵

(1:吉林建筑工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院，長春 130118;2:長春科龍節(jié)能墻體開發(fā)有限公司，長春 130012)

0 引言

中空玻璃微珠，是經(jīng)特殊工藝制成的薄壁封閉的微小球形顆粒，具有低導(dǎo)熱的壁殼及中空結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部是稀薄氣體，對熱流具有較好的阻礙作用［1］.因此，中空玻璃微珠可作為隔熱改性填料用于制備聚合物基隔熱材料.本文對中空玻璃微珠進(jìn)行表面處理，以增加玻璃微珠與泡沫基體的結(jié)合力，研究其對全水聚氨酯泡沫導(dǎo)熱系數(shù)及泡孔結(jié)構(gòu)的影響.

1 實驗部分

1.1 實驗原料

中空玻璃微珠，粒度0.5 mm～1.5 mm，堆積密度80 kg/m3～100 kg/m3;異氰酸酯(PM-200)，粘度150 MPa～250 MPa·s;-NCO(wt)30.2%～32.0%;全水聚醚多元醇，羥值349(KOH mg/g);偶聯(lián)劑KH-550;三乙醇胺;二月桂酸二丁基錫;勻泡劑;蒸餾水.

1.2 實驗設(shè)備及型號

500 mL塑料杯，溫度計，模具300 mm×100 mm×100 mm，300 mm×300 mm×30 mm.雙套循環(huán)水式多用真空泵，SHZ-2000型，鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司.掃描電子顯微鏡KYKY-2800B，北京中國科學(xué)院科學(xué)儀器廠.導(dǎo)熱系數(shù)測定儀DRY-300F，天津弗瑞德科技有限公司.微機控制電子式萬能試驗機WDW-20，吉林省金立實驗技術(shù)有限公司.

1.3 試樣的制備

將全水聚醚多元醇、三乙醇胺、二月桂酸二丁基錫、勻泡劑、蒸餾水混合均勻，分別將中空玻璃微珠(2 %，4%，6%，8%)加入到聚醚多元醇的混合物中，攪拌均勻，然后按化學(xué)計量配比把稱量的MDI(異氰酸酯指數(shù)為1.07)倒入混合物中，迅速使用高速攪拌機攪拌20 s左右，待物料發(fā)白，再迅速把物料倒入模具中，約30 min后開始拆模，取出樣品.

2 結(jié)果與討論

2.1 玻璃微珠對聚氨酯泡沫導(dǎo)熱系數(shù)的影響

聚氨酯在發(fā)泡過程中，隨著物料粘度的增加，泡孔結(jié)構(gòu)會不斷加強，直至泡孔完全封閉形成閉孔.影響硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料導(dǎo)熱系數(shù)的因素很多，主要取決于封閉泡孔內(nèi)氣體的導(dǎo)熱系數(shù)值.本實驗采用水為發(fā)泡劑，泡孔中氣體為CO2，因此全水硬質(zhì)泡沫塑料的導(dǎo)熱系數(shù)較高.中空玻璃微珠的內(nèi)部是稀薄的氣體，具有隔熱的特性，所以添加中空玻璃微珠對聚氨酯泡沫的導(dǎo)熱系數(shù)有一定影響.

從圖1中可以看出，當(dāng)中空玻璃微珠添加量為2%時，導(dǎo)熱系數(shù)降低了6.7%.對含有孔隙的泡沫材料來說，其導(dǎo)熱性能便取決于孔隙率和孔隙特征.一般情況下，孔隙率越大，密度越低，導(dǎo)熱系數(shù)越小.聚氨酯泡沫體的閉孔結(jié)構(gòu)大于90%，中空玻璃微珠的內(nèi)部是稀薄的氣體，因此提高了閉孔率，且2 %的玻璃微珠對材料的密度影響較小，所以導(dǎo)熱系數(shù)降低.隨著玻璃微珠的加入量的增加，泡沫密度增大，導(dǎo)致導(dǎo)熱系數(shù)增大.

2.2 偶聯(lián)劑濃度對全水聚氨酯泡沫塑料泡孔結(jié)構(gòu)的影響

圖1 中空玻璃微珠的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對導(dǎo)熱系數(shù)的影響

長時間放置后的玻璃微珠表面需要進(jìn)行處理.處理的方法是用丙酮浸泡以除去玻璃微珠表面的油污，然后在110℃條件下將其烘干，并對玻璃微珠進(jìn)行表面改性，將KH-550配成一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的水溶液.將烘干的玻璃微珠放入上述溶液中浸潤15 min，倒掉上層清液，抽濾，然后在110℃條件下干燥后，置于干燥器中保存.

配制濃度分別為0.5%，1%，1.5%，2%，2.5%，3%的KH-550水溶液.當(dāng)濃度達(dá)到3%以后，偶聯(lián)劑在水溶液中呈現(xiàn)白色絮凝狀，說明在3%濃度以上，偶聯(lián)劑在水溶液中的溶解度已達(dá)到過飽和，再增加濃度對表面張力的提高無益.也就是說，濃度過高不能使偶聯(lián)劑在玻璃微珠上有效的包裹，會降低偶聯(lián)劑的成膜厚度［2］.因此偶聯(lián)劑濃度選擇在0.5%～2%的范圍內(nèi)比較合適.

不同偶聯(lián)劑的濃度對玻璃微珠的表面改性影響也不同，這是因為偶聯(lián)劑的含量影響了表面改性時偶聯(lián)劑的分散和包覆的均勻性［3］.圖2中的(a)，(b)，(c)，(d)分別添加2%的玻璃微珠，偶聯(lián)劑濃度分別為0.5 %，1.0%，1.5%，2.0%.從圖中可以看出，偶聯(lián)劑濃度為1.0%時，泡孔結(jié)構(gòu)最好;(b)圖中取一泡孔，直徑為0.52 mm，(d)圖中泡孔的橫向直徑僅為0.25 mm.因此，當(dāng)濃度為2.0%時，泡孔發(fā)泡方向被拉長.用濃度1.0%KH-550處理的玻璃微珠與硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料基體結(jié)合得很好，界面強度較高，起到了增強作用.

圖2 偶聯(lián)劑濃度對聚氨酯泡孔結(jié)構(gòu)的影響

3 結(jié)論

(1)中空玻璃微珠中含有稀薄氣體，且密度小，因此對導(dǎo)熱系數(shù)有一定影響.當(dāng)玻璃微珠的加入量為2 %時，導(dǎo)熱系數(shù)最低，比全水聚氨酯泡沫的導(dǎo)熱系數(shù)降低了6.7%;

(2)偶聯(lián)劑KH-550對中空玻璃微珠表面進(jìn)行改性處理，能有效改善玻璃微珠的分散性，提高玻璃微珠的浸潤性和流動性，從而有助于氣泡的穩(wěn)定和獲得較為均勻的泡孔.

［1］王 瞻，李光吉.EVA/中空玻璃微珠隔熱復(fù)合材料的制備與性能研究［J］.塑料工業(yè)，2009，37(8):51.

［2］姜 鑫，楊振國.玻璃微珠表面改性方法及其對硬質(zhì)聚氨酯泡沫性能的影響［J］.復(fù)旦學(xué)報，2007，46(3):297-301.

［3］白戰(zhàn)爭，趙秀麗.空心玻璃微珠/環(huán)氧復(fù)合材料的制備及性能研究［J］.熱固性樹脂，2009，24(2):34.