基于聚氨酯的预制混凝土保温元件的制备方法.pdf

本发明涉及一种基于聚氨酯的预制混凝土保温元件的制备方法，所述基于聚氨酯的预制混凝土保温元件包括基底层、芯层以及任选的面层，所述制备方法包括：I)提供未硬化的基底层，所述未硬化的基底层由未硬化的混凝土的制备；II)在所述未硬化的基底层上形成所述芯层，所述芯层通过在所述未硬化的基底层上施用第一聚氨酯反应体系，所述第一聚氨酯反应体系固化后形成聚氨酯硬泡以用作所述芯层；III)任选地在所述芯层上施用硬化或未硬化的混凝土；以及IV)使所述未硬化的混凝土的硬化以形成所述基底层和所述任选的面层。

1.  一种预制基于聚氨酯的预制混凝土保温元件的制备方法，所述基于聚氨酯的预制混凝土保温元件包括基底层、芯层以及任选的面层，所述制备方法包括：
I)提供未硬化的基底层，所述未硬化的基底层由未硬化的混凝土的制备；
II)在所述未硬化的基底层上形成所述芯层，所述芯层通过在所述未硬化的基底层上施用第一聚氨酯反应体系，所述第一聚氨酯反应体系固化后形成聚氨酯硬泡以用作所述芯层；
III)任选地在所述芯层上施用未硬化或硬化的混凝土；以及
IV)使所述未硬化的混凝土的硬化以形成所述基底层和所述任选的面层。

2.  根据权利要求1所述的方法，其中所述芯层的厚度为20-100mm。

3.  根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：V)在所述未硬化的基底层上先形成隔离层，再在所述隔离层上形成所述芯层的步骤，其中所述隔离层通过在所述未硬化的基底层上施用第二聚氨酯反应体系，所述第二聚氨酯反应体系固化后形成所述隔离层。

4.  根据权利要求3所述的方法，其中所述第二聚氨酯反应体系的凝胶时间小于20秒。

5.  根据权利要求3所述的方法，所述隔离层的厚度为1-20mm。

6.  根据权利要求3所述的方法，其中所述第二聚氨酯反应体系固化后形成聚氨酯硬泡、聚氨酯软泡或聚氨酯弹性体。

7.  根据权利要求3所述的方法，其中所述隔离层的密度为15-1000kg／m³。

8.  一种基于聚氨酯的预制混凝土保温元件，包括：
a)基底层，所述基底层由混凝土制备；
b)芯层，所述芯层由聚氨酯硬泡制备；以及
c)任选的面层，所述面层由混凝土制备。

9.  根据权利要求8所述的基于聚氨酯的预制混凝土保温元件，所述芯层的厚度为20-100mm。

10.  根据权利要求8所述的基于聚氨酯的预制混凝土保温元件，所述基于聚氨酯的预制混凝土保温元件还包括：c)隔离层，所述隔离层设置于所述基底层和所述芯层之间，并与所述基底层接触，所述隔离层通过第二聚氨酯反应体系制备。

11.  根据权利要求10所述的基于聚氨酯的预制混凝土保温元件，所述第二聚氨酯反应体系的凝胶时间小于20秒。

12.  根据权利要求10所述的基于聚氨酯的预制混凝土保温元件，所述隔离层的厚度为1-20mm。

13.  根据权利要求10所述的基于聚氨酯的预制混凝土保温元件，其中所述第二聚氨酯反应体系固化后形成聚氨酯硬泡、聚氨酯软泡或聚氨酯弹性体。

14.  根据权利要求10所述的基于聚氨酯的预制混凝土保温元件，其中所述隔离层的密度为15-1000kg／m³。

基于聚氨酯的预制混凝土保温元件的制备方法
技术领域
本发明涉及基于聚氨酯的预制混凝土保温元件的制备方法，具体涉及通过在未硬化的混凝土上施用第一聚氨酯体系以制备基于聚氨酯的预制混凝土保温元件的方法。本发明还涉及包括基底层、芯层和任选的面层的基于聚氨酯的预制混凝土保温元件，特别涉及包括基底层、隔离层、芯层和任选的面层的基于聚氨酯的预制混凝土保温元件。
背景技术
预制混凝土保温件是目前工业化装配式混凝土建筑通常采用的保温方式，该技术把两层混凝土墙板通过保温拉结件相连，中间夹有轻质高效聚氨酯保温材料的墙板。具有承重、围护、保温、隔热、隔声、装饰等功能。内层混凝土是结构层，外层是装饰层，可根据不同的建筑风格做成不同的样式，如清水混凝土、彩色混凝土、面砖饰面、石材饰面等。
EP1010828B1公开了一种基于聚氨酯的预制混凝土保温件的制备方法，其中先浇注混凝土基底层／或面层后进行第一次养护，熟化后在面层／或基底层上浇注聚氨酯反应体系形成保温层，待聚氨酯反应体系固化后将所得元件翻转扣入第二层未硬化的混凝土层上，再一次养护获得所需保温元件。
另一种制备基于聚氨酯的预制混凝土保温件的方法为先在模具中施用未硬化混凝土，然后在成型的基底层上拼铺聚氨酯板，最后在聚氨酯保温板上施用未硬化的混凝土，经养护后获得预制聚氨酯保温板。在该方法中，聚氨酯板需要先通过人工切割的方式切割成成需要的形状，切割过程费时耗力，并且拼铺在基底层上后容易形成板缝，影响保温效果。
因此仍需要一种高效率低成本的基于聚氨酯的预制混凝土保温元件的制备方法。
发明概述
本发明一方面提供了一种预制基于聚氨酯的预制混凝土保温元件的制备方法，所述基于聚氨酯的预制混凝土保温元件包括基底层、芯层以及任选的 面层，所述制备方法包括：
I)提供未硬化的基底层，所述未硬化的基底层由未硬化的混凝土的制备；
II)在所述未硬化的基底层上形成所述芯层，所述芯层通过在所述未硬化的基底层上施用第一聚氨酯反应体系，所述第一聚氨酯反应体系固化后形成聚氨酯硬泡以用作所述芯层；
III)任选地在所述芯层上施用未硬化或硬化的混凝土；以及
IV)使所述未硬化的混凝土的硬化以形成所述基底层和所述任选的面层。
在本发明一个实施例中，所述芯层的厚度为20-100mm。
在本发明一个实施例中，所述方法还包括：V)在所述未硬化的基底层上先形成隔离层，再在所述隔离层上形成所述芯层的步骤，其中所述隔离层通过在所述未硬化的基底层上施用第二聚氨酯反应体系，所述第二聚氨酯反应体系固化后形成所述隔离层。优选地，其中所述第二聚氨酯反应体系的凝胶时间小于20秒。优选地，所述第二聚氨酯反应体系固化后形成聚氨酯硬泡、聚氨酯软泡或聚氨酯弹性体。优选地，所述隔离层的厚度为1-20mm。优选地，所述隔离层的密度为15-1000kg／m³。
本发明另一方面提供了一种基于聚氨酯的预制混凝土保温元件，包括：
a)基底层，所述基底层由混凝土制备；
b)芯层，所述芯层由聚氨酯硬泡制备；以及
c)任选的面层，所述面层由硬化或未硬化的混凝土制备。
在本发明一个实施例中，所述芯层的厚度为20-100mm。
在本发明一个实施例中，所述基于聚氨酯的预制混凝土保温元件还包括：c)隔离层，所述隔离层设置于所述基底层和所述芯层之间，并与所述基底层接触，所述隔离层通过第二聚氨酯反应体系制备。优选地，其中所述第二聚氨酯反应体系的凝胶时间小于20秒。优选地，所述第二聚氨酯反应体系固化后形成聚氨酯硬泡、聚氨酯软泡或聚氨酯弹性体。优选地，所述隔离层的厚度为1-20mm。优选地，所述隔离层的密度为15-1000kg／m³。
具体实施方式
本发明提供了一种高效率低成本的基于聚氨酯的预制混凝土保温元件的制备方法，所述基于聚氨酯的预制混凝土保温元件包括基底层、芯层以及任选的面层，所述制备方法包括：
I)提供未硬化的基底层，所述未硬化的基底层由未硬化的混凝土制备；
II)在所述未硬化的基底层上形成所述芯层，所述芯层通过在所述未硬化的基底层上施用第一聚氨酯反应体系，所述第一聚氨酯反应体系固化后形成聚氨酯硬泡以用作所述芯层；
III)任选地在所述芯层上施用硬化或未硬化的混凝土；以及
IV)使所述未硬化的混凝土硬化以形成所述基底层和所述任选的面层。
该方法通过在基底层硬化之前，在其上施用(例如喷涂或浇注)第一聚氨酯反应体系，待第一聚氨酯反应体系固化形成芯层后，任选地在芯层上施用用于形成面层的未硬化或硬化的混凝土，再将所得元件进行养护以获得基于聚氨酯的预制混凝土保温元件。本发明的方法只需一次养护步骤，并且避免了聚氨酯板的切割步骤，提高了基于聚氨酯的预制混凝土保温元件的生产效率并降低了生产成本。
当用于本发明时，术语“混凝土”具有本领域中常用的含义，其是指包含无机粘结料(例如水泥)、填充料(如砾石、沙子)、水以及任选的添加剂和／或助剂的组合物，其中水泥具有本领域常用的含义，其是指由煅烧石灰石、硅石、氧化铝、石灰、氧化铁、氧化镁和粘土等组分制备的干燥粉末。术语“混凝土”也包括本领域中常用的“砂浆”，本发明所涉及的“混凝土”和“砂浆”，其组成不同之处只在于制得所述组合物所用填充料的最大粒度有别。术语“砂浆”指由最大粒度至多4mm的填充料制得的组合物，而术语“混凝土”指由较粗填充料制得的组合物。本发明中，对术语“混凝土”和“砂浆”不进行进一步的区分。
当用于本发明时，术语“未硬化的混凝土”是指在形成基本强度之前，即在终凝前的混凝土，其中所述终凝时间可以根据GB／T50080-2002测定(《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》，第4章，“凝结时间测定”)。
在本发明的实施例中，未硬化的基底层通过将未硬化的混凝土铺设于模具上形成，其在养护后使未硬化的混凝土硬化而形成硬化的基底层。
在本发明的实施例中，在未硬化混凝土铺设于模具上形成未硬化的基底层后，在所述未硬化的基底层上形成芯层，所述芯层通过在所述未硬化的基底层上施用第一聚氨酯反应体系，所述第一聚氨酯反应体系固化后形成聚氨酯硬泡以用作所述芯层。其中第一聚氨酯反应体系可以是本领域中常用于制备聚氨酯硬泡的体系，在本发明优选的实施例中，第一聚氨酯反应体系包含：
1a)一种或多种多异氰酸酯，所述多异氰酸酯可用通式R(NCO)_n表示，其中R表示含2-18个碳原子的脂肪族烃基、或含6-15个碳原子的芳烃基、或含8-15个碳原子芳脂族烃基，n＝2-4；优选MDI和TDI预聚体、单体混合物；更优选优选MDI预聚体、单体混合物；
1b)一种或多种多元醇，所述多元醇的平均分子量为100-10000，官能度为2-8；优选地，所述多元醇选自下列的一种或多种：以蔗糖、甘油、山梨醇或二乙醇胺为起始剂聚醚多元醇、基于苯酐的聚酯多元醇；和
1c)0.3-15wt.％的一种或多种发泡剂，以1b)的重量按100wt.％计
1d)0-2wt.％的一种或多种催化剂，以1b)和1c)的的重量按100wt.％计。
所述第一聚氨酯反应体系还可以包含常用于本领域中的助剂，例如阻燃剂、交联剂、扩链剂等。
将所述第一聚氨酯反应体系施用于所述未硬化的基底层上可以采用本领域中已知的方法，例如喷涂和浇注。根据实际的需求，可以多层施用第一聚氨酯反应体系，制备的芯层的厚度可以为20-100mm。
在本发明的一些优选的实施例中，在第一聚氨酯反应体系施用于未硬化的基底层之前，先在所述未硬化的基底层之上施用第二聚氨酯反应体系以形成一层或多层聚氨酯硬泡、聚氨酯软泡或聚氨酯弹性体材料，从而形成隔离层，然后在所述隔离层上施用上述第一聚氨酯反应体系以形成芯层。其中所述第二聚氨酯反应体系可以是本领域中常用于制备聚氨酯硬泡、聚氨酯软泡或聚氨酯弹性体的体系。由于为硬化的混凝土中含有较多的水分以及碱性物质，这些物质都能与第一聚氨酯反应体系反应，从而影响聚氨酯硬泡的性能。隔离层可以避免第一聚氨酯体系与未硬化的混凝土接触，从而避免损害聚氨酯硬泡的性能。
在本发明一个优选的实施例中，所述第二聚氨酯反应体系包含：
2a)一种或多种多异氰酸酯，所述多异氰酸酯可用通式R(NCO)_n表示，其中R表示含2-18个碳原子的脂肪族烃基、或含6-15个碳原子的芳烃基、或含8-15个碳原子芳脂族烃基，n＝2-4；优选MDI和TDI预聚体、单体混合物；更优选优选MDI预聚体、单体混合物；
2b)多元醇和／或端氨基聚醚，所述多元醇选自下列的一种或多种：聚醚多元醇、聚酯多元醇、聚碳酸酯多元醇、聚己内酯多元醇、聚四氢呋喃多元醇，所述多元醇和端氨基聚醚的分子量大于100-8000，官能度为2-6；
2c)0-15wt.％的一种或多种发泡剂，以2b)的重量按100wt.％计；和
2d)0-2wt.％的一种或多种催化剂，以2b)和2c)的的重量按100wt.％计；
所述第一聚氨酯反应体系还可以包含常用于本领域中的助剂，例如阻燃剂、交联剂、扩链剂等。
在本发明优选的实施例中，第二聚氨酯反应体系的凝胶时间小于40秒，更优选小于20秒，最优选小于10秒。具有较短凝胶时间的聚氨酯反应体系反应活性较高，因此未硬化的混凝土中的水分和碱性物质对其的影响也较小。
第二聚氨酯反应体系固化后可以形成聚氨酯硬泡、聚氨酯软泡或聚氨酯弹性体材料，从而形成隔离层。隔离层的厚度可以为1-20mm。形成隔离层的聚氨酯硬泡、聚氨酯软泡或聚氨酯弹性体材料的密度为15-1000kg／m³，优选为20-200kg／m³，最优选为25-100kg／m³。
第二聚氨酯体系可以通过本领域常用的方式施用于所述未硬化的基底层上，例如喷涂或浇注。
在本发明一个实施例中，任选地在形成的芯层上施用未硬化或硬化的混凝土，所述未硬化的混凝土在养护后硬化而形成面层。该用于形成面层的未硬化的混凝土可以与形成基底层的未硬化的混凝土相同或不同。
在本发明的实施例中，可以采用本领域中常用的方法使所述未硬化的混凝土的硬化，例如本领域中常用于混凝土养护的方法。本领域常用的养护方法有自然养护、蒸汽养护、干湿热养护、蒸压养护、电热养护、红外线养护和太阳能养护等。在本发明一个实施例中，将上述所得的组件在温度为20±3℃、湿度不低于90％的条件下养护直至混凝土达到所需的强度，获得所述基于聚氨酯的预制混凝土保温元件。
本发明另一方面还涉及一种基于聚氨酯的预制混凝土保温元件，所述基于聚氨酯的预制混凝土保温元件包括：
a)基底层，所述基底层由混凝土制备；
b)芯层，所述芯层由聚氨酯硬泡制备；以及
c)任选的面层，所述面层由混凝土制备。
在本发明优选的实施例中，所述基于聚氨酯的预制混凝土保温元件还包括：c)隔离层，所述隔离层设置于所述基底层和所述芯层之间，并与所述基底层接触，所述隔离层通过第二聚氨酯反应体系制备，其中所述第二聚氨酯反应体系如上所述。其中所述隔离层可以扩大芯层的工艺宽容度，提高聚氨 酯硬泡芯层的保温性能。
本发明的基于聚氨酯的预制混凝土保温元件可以为用于外墙保温的预制混凝土-聚氨酯保温墙板，也可以为聚氨酯保温混凝土楼板等。
预制混凝土-聚氨酯保温墙板除了包括基底层、芯层、面层外，视需要还可以包括抹灰层、装饰面层等，另外根据保温板的安装方法，可以在保温墙板上设置预埋件、吊装件、连接件等组件。
在下文中，结合实施例对本发明作进一步说明。本发明所公开的具体实施例和方法，其描述是示例性而非限制性的。
实施例
上下文中提及的原料说明如下：
Desmodur44V20L：聚合MDI异氰酸酯，NCO含量31.5％，粘度160mPa·s25℃，购自拜耳材料科技有限公司；
BJ3-5601I：聚氨酯硬泡喷涂体系，粘度125mPa·s25℃，购自拜耳材料科技有限公司；
BJ3-5603I：聚氨酯硬泡喷涂体系，粘度285mPa·s25℃，购自拜耳材料科技有限公司；
SPRAY AL810：聚氨酯硬泡喷涂体系，粘度270mPa·s25℃，购自拜耳材料科技有限公司；
SPRAY H03：聚氨酯硬泡喷涂体系，粘度1250mPa·s25℃，购自拜耳材料科技有限公司；
Graco Reactor A-20型常规高压喷涂机：购自GRACO公司。
实施例1
用Graco Reactor A-20型常规高压喷涂机，将第二聚氨酯反应体系的组分Desmodur44V20L和SPRAY H03原料温度调整到45-50℃按1∶1体积比喷涂到新鲜浇注潮湿混凝土基底层上，聚氨酯喷涂体系反应、发泡、固化，形成一个1-5mm喷涂聚氨酯隔离层。所得喷涂聚氨酯隔离层的性能列于表1-1。
表1-1第二聚氨酯反应体系的性能

当第二聚氨酯反应体系喷涂完成2-4分钟后，将第一聚氨酯反应体系的组分Desmodur44V20L和BJ3-5601I原料温度调整到45-50℃按1∶1体积比喷涂到隔离层的表面上，聚氨酯喷涂体系反应、发泡、固化，形成一个20-30mm聚氨酯喷涂芯层。重复上述喷涂操作至喷涂泡沫芯层达到所需厚度。所得喷涂聚氨酯芯层的性能列于表1-2。环境温度约25℃。第一聚氨酯反应体系所得的聚氨酯泡沫表面温度约20-25℃。
表1-1第一聚氨酯反应体系的反应时间及泡沫性能

实施例1说明，由第一聚氨酯反应体系制得的聚氨酯硬泡芯层具有良好的物理性能和隔热性能。
实施例2
用Graco Reactor A-20型常规高压喷涂机，将第二聚氨酯反应体系的组分Desmodur44V20L和BJ3-5603I原料温度调整到45-50℃按1∶1体积比喷涂到新鲜浇注潮湿混凝土基底层上，聚氨酯喷涂体系反应、发泡、固化，形成一层1-5mm聚氨酯隔离层。所得喷涂聚氨酯隔离层的性能列于表2-1。环境温度约25℃，第二聚氨酯反应体系所得泡沫表面温度约20-25℃。
表2-1第二聚氨酯反应体系的反应时间及泡沫性能

当第二聚氨酯反应体系喷涂完成2-4分钟后，将第一聚氨酯反应体系的组分Desmodur44V20L和AL810原料温度调整到45-50℃按1∶1体积比喷涂到聚氨酯隔离层表面上，聚氨酯喷涂体系反应、发泡、固化，形成一个20-30mm聚氨酯硬泡芯层。重复上述操作至喷涂泡沫芯层达到所 需泡沫厚度。所得喷涂聚氨酯泡沫芯层的性能列于表2-2。环境温度约25℃，第一聚氨酯反应体系所得泡沫表面温度约20-25℃。
表2-2第一聚氨酯反应体系的反应时间及泡沫性能

当不使用第二聚氨酯反应体系BJ3-56031／44V20L形成隔离层时，而直接将第一聚氨酯反应体系AL810／44V20L喷涂到潮湿未硬化混凝土表面时，会在混凝土表面形成2-10mm较低密度，开孔率较高硬质泡沫泡沫层。这层硬质泡沫泡沫层呈现较高导热系数23-24mW／m.K。泡沫体与混凝土不相连一侧，表面部分呈现缺陷，有不规则波浪纹产生。
实施例2说明，根据本发明提供的方法制得的基于聚氨酯的预制混凝土保温元件具有良好的物理性能和隔热性能，并且所得聚氨酯硬泡芯层具有较好力学性能和外观结构。