空气湿度对硬质聚氨酯保温性能的作用

　　建筑节能是执行国家环境保护和节约能源政策的主要内容，是贯彻国民经济可持续发展的重要组成部分。硬质聚氨酯保温材料作为一种新型建筑材料很早就已用于建筑领域。20 世纪 60 年代早期，英国就将硬质聚氨酯做成夹芯板，用在墙体和屋顶。硬质聚氨酯应用于墙体保温材料时，其性能的变化会影响其墙体的保温性。因此，研究硬质聚氨酯保温材料的老化机理非常重要。

　　保温材料保温性能主要以材料本身的导热系数来衡量，导热系数是材料本身所固有的属性，表征物质传递热量能力的大小[1].邓朝晖[2]等对影响建筑材料导热系数的因素进行了综述，认为影响材料导热系数的因素有材料密度、湿度、化学成分、空隙大小、闭口孔隙率、空隙内气体的种类等。硬质聚氨酯泡沫的导热系数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[3].硬质聚氨酯泡沫的老化研究主要集中在热老化或热氧降解方面[4 -6].M.R. Salazar[7]采用湿热老化试验模拟了聚氨酯弹性体的室内贮存老化，研究结果表面酯基水解是聚氨酯弹性体室内贮存过程中老化的主要原因，刘元俊等[8]通过对比室内贮存老化规律和人工加速湿热老化规律，同样表明酯基水解是硬质聚氨酯泡沫塑料压缩性能下降的主要原因。

　　本研究在高低温交变加热老化试验条件下，通过对比没有水分和有水分时硬质聚氨酯保温材料导热系数的变化，考察空气湿度对硬质聚氨酯保温材料保温性能的影响。

　　1 试验部分

　　1. 1 试样制备

　　试验样品为市场购买的建筑用硬质聚氨酯泡沫，裁成200 ×200mm大小的试样，去除其外层材料及表皮，仅剩余单独的聚氨酯泡沫层，试样最终试验尺寸为 200 ×200 ×40mm.

　　1. 2 人工加速老化试验

　　人工加速老化试验使用高低温交变湿热老化，试验设备为上海增达环境试验设备有限公司生产的高低温交变湿热试验箱（ZTH100C型） ,高低温交变试验以 24 小时为一个试验周期，温度范围为 -30℃ ~70℃ ,湿度范围为： A0∶ ~ 90% ; B0∶% ,一个老化试验周期如表 1 所示。

　　将制备好的硬质聚氨酯泡沫放入高低温交变试验箱内，为了使样品各面都充分处于相同温湿度环境中，试验样品置于中间网格一层，并且样品之间不重叠不接触，间距≥10cm.将试样份两组，一组直接放置在高低温交变箱内，一组放于密封袋中以隔绝水分，其余试验条件均相同。

　　1. 3 导热系数测定
　　
　　按照 GB/T 21558 - 2008《建筑绝热用硬质聚氨酯泡沫塑料》中5. 8 导热系数中给出方方法进行硬质聚氨酯泡沫导热系数的测定。测试平均温度为 23℃，冷热板温差为 23℃。检测设备为德国耐驰仪器公司生产的导热系数测定仪（HFM436/3/1E 型） .不同老化时间下检测硬质聚氨酯泡沫的导热系数，分别是 0、1、2、5、10、15、20、25、30、35、40、45、55、65 天。

　　2 结果与讨论

　　2. 1 温度对硬质聚氨酯泡沫老化后的导热系数的影响硬质聚氨酯泡沫在隔绝水分情况下，经过高低温循环老化，其老化时间与试样导热系数变化的关系见图 1.从图 1 可以看出，随着高低温循环老化时间的增加，试样的导热系数在前 40 天基本保持稳定，之后随着高低温循环老化时间的增加，试样的导热系数呈现增大趋势。

　　2. 2 温湿度对硬质聚氨酯泡沫老化后的导热系数的影响在相同高低温循环老化条件下，考察了温湿度同时作用对硬质聚氨酯泡沫导热系数的影响，其老化时间与试样导热系数变化的关系见图 2.从图 2 可以看出，随着高低温湿热循环老化时间的增加，试样的导热系数呈现增大趋势。

　　2. 3 老化过程中湿度影响硬质聚氨酯泡沫导热系数的原因通过对比单纯热老化和湿热老化对硬质聚氨酯泡沫导热系数的影响，从图 1 和图 2 中随着老化时间导热系数的变化趋势可以得到，湿度相对于温度来说，是影响硬质聚氨酯泡沫导热系数的一个重要因素。

　　硬质聚氨酯材料中存在大量的酯基，达到一定温度时，在水分子的作用下发生水解反应，使分子链断裂而导致聚氨酯材料的降解，进一步影响聚氨酯材料的闭孔率，导致其保温性能下降。硬质聚氨酯的水解可用式（1） 表示：

　　RNHCOOR' + H2O ��→RNHCOOH + R'OH （1）
　　
　　3 结论

　　采用高低温交变湿热试验箱对硬质聚氨酯泡沫进行热老化和湿热老化，通过对比在相同热老化过程中，有无湿度参与热老化时对硬质聚氨酯泡沫导热系数的影响，实验结果表明在有湿度参与的老化过程中，硬质聚氨酯泡沫的导热系数明显有增大趋势。表明在湿热老化条件下酯基的水解是硬质聚氨酯泡沫导热系数增大的主要原因。

　　参考文献：
　　[1]杨强胜，蒲保荣。 高等传热学[M]. 上海交通大学出版社，2001.
　　[2]邓朝晖。 建筑材料导热系数的影响因素及测定方法[J]. 工程质量，2008（4） : 15.
　　[3]姚勇，杨炳元，李芳等。 聚氨酯防水保温材料的性能及防水保温机理[C]. 全国第六次防水材料技术交流大会，2004∶ 138.
　　[4]贾展宁。 硬质聚氨酯泡沫塑料老化试验及使用寿命预估方法[J].炸药学报，1995（2） : 30.
　　[5]朱福海。 硬质聚氨酯泡沫塑料老化性能评价[J]. 合成材料老化与应用，1997（2） : 5.
　　[6]卢艾，黄锐，王建华。 水发泡聚氨酯泡沫塑料的热分解[J]. 中国塑料，1999,13（10） : 38.
　　[7]刘元俊，贺川兰，邓建国等。 硬质聚氨酯泡沫塑料室内贮存老化机理研究[J]. 含能材料，2006,14（1） : 56.
　　[8]Michael R Salazar,J Micheal Lightfoot,Bobby G Russell et al. Degra-dation of a poly（ester urathane） elastomer. Ⅲ。 Estane 5703 hydroly-sis: Experiments and modeling[J]. Journal of Polymer Science Part A:Polymer Chemistry,2003,41（8） : 1136.