具有受控密度和形态的泡沫聚合物-无机粘结剂混杂材料、其制备方法及其用途

申请号 CN200780029300.0 申请日 2007-07-04 公开(公告)号 CN101501116A 公开(公告)日 2009-08-05
申请人 国家研究委员会; 发明人 S·爱恩纳斯; E·蒂梅欧; L·沃多罗提; M·拉沃格纳;
摘要 本 发明 的主题是具有受控 密度 和形态的含有 泡沫 聚合物 - 无机粘结剂 的混杂材料,特别是含有泡沫聚 氨 酯-无机粘结剂的混杂材料,其制备方法及其用途。所述材料具有以下重要特性: 隔热 和 隔音 、 水 蒸汽 透气性、耐火性、轻质以及对 混凝土 、 砂浆 和灰浆的优良粘着性和优良的耐压强度。
权利要求

1.混杂材料,其至少包括:
a)包括泡沫聚合物的第一相;
b)包括至少一种无机粘结剂的第二相;
c)第三气相;
其特征在于,所述材料的结构由穿插的共连续微结构组成,相之 间没有不连续。
2.根据权利要求1的材料,其中所述材料是有机-无机混杂材料。
3.根据权利要求1或2的材料,其中所述泡沫聚合物是聚酯基 聚合物;优选地,所述聚合物是泡沫聚氨酯。
4.根据前述权利要求任一项的材料,其中所述至少一种无机粘结 剂选自:混凝土石膏、石灰、火山灰、胶凝聚结物或其混 合物。
5.根据权利要求4的材料,其中所述无机粘结剂是混凝土。
6.根据前述权利要求任一项的材料,其中所述气相由CO2构成。
7.根据前述权利要求任一项的材料,其中所述材料的共连续微结 构的尺寸≤3μ;优选所述尺寸<3μ;更优选它们小于2μ乃至1μ。
8.前述权利要求任一项的材料,其进一步包括至少一种添加剂。
9.权利要求8的材料,其包括添加剂的混合物。
10.根据权利要求8或9的材料,其中所述添加剂选自:
-催化剂,例如叔胺,N,N-二甲基环己胺、三乙胺、N,N-二甲基 -2-苯乙胺、N,N-二甲基苄胺、2-二甲基氨基-乙醇
-金属有机盐,例如辛酸亚、乙酸硫、辛酸硫、乙基己酸硫、 月桂酸硫、二月桂酸二丁基锡、二丁基酯;
-交联剂,例如单乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、二甲基环己胺;
-表面活性剂,例如油,有机硅-二醇共聚物,聚醚硅烷, 聚二甲基硅氧烷,半氟化嵌段共聚物,例如聚甲基丙烯酸甲酯-嵌段 -(1H,1H,2H,2H全氟己基甲基丙烯酸酯)、聚甲基丙烯酸甲酯-嵌段 -(1H,1H,2H,2H全氟辛基甲基丙烯酸酯);
-发泡剂,例如、异戊烷、环戊烷、正戊烷、氯氟类;
-阻燃剂和/或抑菌剂,例如多磷酸铵、三聚氰胺和其衍生物
-UV稳定剂;
-增塑剂
-增容剂;
-抗静电剂;
-塑化剂,例如磺酸盐、三聚氰胺磺酸盐、木质素磺酸盐、聚 苯乙烯磺酸盐、丙烯酸酯共聚物、糖苷聚合物;
-显示自净化光催化特性的添加剂,例如二氧化,TiO2;
-改变水蒸汽吸附性能的添加剂,例如磷酸。
11.根据前述权利要求任一项的材料,其中:
-泡沫聚合物基于所述材料的总重量以5-80wt%的百分含量存 在;
-粘结剂基于所述材料的总重量以20-90wt%的百分含量存在;
-添加剂基于所述材料的总重量以0%至达到100%的其余部分的 总百分含量存在。
12.根据权利要求11的材料,其中:
-泡沫聚合物基于所述材料的总重量以10-70wt%的百分含量存 在;
-粘结剂基于所述材料的总重量以30-80wt%的百分含量存在;
-添加剂基于所述材料的总重量以0%至达到100%的其余部分的 总百分含量存在。
13.根据权利要求11或12的材料,其中:
-泡沫聚合物基于所述材料的总重量以20-60wt%的百分含量存 在;
-粘结剂基于所述材料的总重量以40-70wt%的百分含量存在;
-添加剂基于所述材料的总重量以0%至达到100%的其余部分的 总百分含量存在。
14.根据权利要求1-13任一项的材料,其中:
-所述泡沫聚合物是泡沫聚氨酯;
-所述无机粘结剂是混凝土。
15.根据权利要求1-14任一项的材料,其选自:混杂类型A1; 混杂类型A2;混杂类型B;混杂类型C;混杂类型D;混杂类型E;混 杂类型F;混杂类型G;混杂类型H;混杂类型I。
16.根据权利要求1-13任一项的材料的制备方法,其至少包括:
a)第一步骤,其中将形成期望聚合物所需的一种或多种起始化 合物与有效量的一种或多种无机粘结剂混合持续实现所述物质密切混 合所需的时间;
b)第二步骤,其中向上述混合物中添加有效量的聚合物的形成 反应所需的一种或多种聚合化合物;
c)第三步骤,其中使步骤b)的混合物放置足够的时间,以便发 生并完成聚合物相的处理反应和同时发泡。
17.根据权利要求16的方法,其中第三步骤c)在室温下发生。
18.根据权利要求16的方法,其中步骤a)的起始化合物是多元 醇;优选地,所述多元醇是聚醚和/或聚酯。
19.根据权利要求18的方法,其中所述多元醇用羧甲基纤维素、 纤维素乙酸酯、纤维素硫酸酯、三甲基甲硅烷基纤维素、羟甲基纤维 素、1,3-二吗啉-2-丙醇、N-β-羟基吗啉、N-氨基丙基吗啉、3,3’- 二吗啉二丙胺、聚乙二醇、聚己内酯多元醇化学改性。
20.根据权利要求16-19任一项的方法,其中所述步骤a)的一 种或多种起始化合物进一步添加制备所述泡沫聚合物所需的至少一种 添加剂。
21.根据权利要求20的方法,其中所述至少一种添加剂选自:
-催化剂,例如叔胺,N,N-二甲基环己胺、三乙胺、N,N-二甲基 -2-苯乙胺、N,N-二甲基苄胺、2-二甲基氨基乙醇;
-金属有机盐,例如辛酸亚锡、乙酸硫、辛酸硫、乙基己酸硫、 月桂酸硫、二月桂酸二丁基锡、二丁基铜酯;
-交联剂,例如单乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、二甲基环己胺;
-表面活性剂,例如硅油,有机硅-二醇共聚物,聚醚硅氧烷, 聚二甲基硅氧烷,半氟化嵌段共聚物,例如聚甲基丙烯酸甲酯-嵌段 -(1H,1H,2H,2H全氟己基甲基丙烯酸酯)、聚甲基丙烯酸甲酯-嵌段 -(1H,1H,2H,2H全氟辛基甲基丙烯酸酯);
-发泡剂,例如水、异戊烷、环戊烷、正戊烷、氯氟烃类;
-阻燃剂和抑菌剂,例如多磷酸铵、三聚氰胺和其衍生物;
-UV稳定剂;
-增塑剂;
-增容剂;
-抗静电剂;
-塑化剂,例如萘磺酸盐、三聚氰胺磺酸盐、木质素磺酸盐、聚 苯乙烯磺酸盐、丙烯酸酯共聚物、糖苷聚合物;
-显示自净化光催化特性的添加剂,例如二氧化钛,TiO2;
-改变水蒸汽吸附性能的添加剂,例如磷酸。
22.根据权利要求21的方法,其中添加剂是发泡剂;优选地, 所述发泡剂选自水、异戊烷、环戊烷、正戊烷、氯氟烃类和/或其混合 物。
23.根据权利要求16-22任一项的方法,其中所述聚合化合物是 二异氰酸酯;优选地,所述二异氰酸酯是亚甲基二异氰酸酯和/或甲苯 二异氰酸酯和/或其混合物。
24.根据权利要求1-15任一项的混杂材料在建筑领域中的用途。
25.根据权利要求24的用途,其用于制备具有隔热隔音特性的 产物。
26.根据权利要求25的用途,其中所述产物进一步具有以下特 性:水蒸汽透气性、耐火性、轻质、对混凝土、砂浆和灰浆的粘着性 以及耐压强度。

说明书全文

发明的主题是具有受控密度和形态的含有泡沫聚合物-无机粘 结剂的混杂材料,特别是含有泡沫聚酯-无机粘结剂的混杂材料,其 制备方法及其用途。

所述材料具有以下重要特征:隔热隔音蒸汽透气性、耐火 性、轻质以及对混凝土砂浆和灰浆(plaster)的优良粘着性和优良 的耐压强度,这使得它们有利地可用于建筑领域。

聚氨酯泡沫(在它们的结构内引入气体的聚合物材料,在下文由 总术语“泡沫聚氨酯”表示)由于它们表现出优异的隔音和隔热、优 良的回弹性(即,经受动态变形和/或破裂的能)和低密度的特性而 广泛用于建筑领域(特别是民用住宅建筑)中。然而,所述聚合物材 料的机械阻力和刚度性能对于结构类应用无法令人满意。

为了改善上述性能,在泡沫聚氨酯内已经引入/填充具有填充功 能的无机填料;这些添加剂的存在一方面容许提高材料刚度,另一方 面却改变材料的形态,因此也改变产物的最终性能。

实际上,填料充当增强材料,且随着其含量的增加,由于填料- 基质界面的不良相容性,机械性能一般从可塑的变成脆性的。填料使 复合材料变硬,但是同时打断支撑整个结构的聚合物基质的连续性。

不同的无机填料为了尽力改善它们与聚合物相的相互作用从而 减少不可避免的在最终复合产物结构中产生不均匀性的分离问题,往 往经受化学预处理。

最终结果是具有聚氨酯或一般聚合物基质的所述复合材料的制 备变得复杂和非常昂贵。

然而,所述材料总是显示一系列缺点,这些缺点主要与材料的结 构内不可避免的存在不均匀性、不良耐火性以及因水相互作用导致的 聚合物相的增塑效果有关。

已经通过经由机械结合系统保持在一起的聚合物层与具有不同 热导率的无机层的组件制成上述那些材料的替代材料,这些替代材料 具有隔热和隔音性能而且具有优良的冲击强度。

然而,后面的这些材料显示与所用材料的热膨胀不相容性以及其 组合工艺有关的一些缺点,其工艺在大多数情况下变得特别复杂和昂 贵。

因此,仍然需要能够提供那些已知材料的替代材料,它具有以下 重要特性:隔热和隔音、水蒸汽透气性、耐火性、轻质以及对混凝土、 砂浆和灰浆的优良粘着性和优良的耐压强度,而且它不会显示建筑领 域中目前使用的材料通常具有的、上面指出的缺点,或使这些缺点减 到最少。

本发明的目的在于提供上述技术需要的解决方案。

申请人已经实现从以下的详细说明中将会明显得出的这些和 其它目的,申请人意外地发现,通过在至少一种合适的无机粘结剂的 存在下进行泡沫聚合物(优选泡沫聚氨酯)的制备反应,可以获得具 有上述特征的含有泡沫聚合物-无机粘结剂的混杂材料(优选含有泡沫 聚氨酯-无机粘结剂的混杂材料)从而提供上述问题的适当解决。

因此本发明的目的是含有泡沫聚合物-无机粘结剂的混杂材料, 其特征在所附独立权利要求中报道。

本发明的另一目的是制备上述混杂材料的方法,其特征在所附独 立权利要求中报道。

本发明的另一目的是所述混杂材料在建筑领域的用途,如所附独 立权利要求中报道的那样。

本发明的优选实施方案在所附从属权利要求中报道。

在以下的描述中详细说明本发明。另外还借助于所附的图1-3进 一步显示所述发明,其中:

图1用图解指明制备根据本发明优选的两类含有泡沫聚氨酯-混 凝土的混杂材料(分别为类型A1和A2的混杂材料,在下面描述于实 验实施例1中)的方法;

图2用图显示根据本发明的泡沫聚氨酯-混凝土的亚微米闭孔结 构;从图中,水合或未水合的混凝土颗粒与含气体的聚氨酯泡之间密 切和完全的穿插是清楚和明白可见的:该微结构极其一致而且完全没 有不均匀性;

图3并排显示在图2中用图表示的含有泡沫聚氨酯-混凝土的混 杂材料的微结构的三张SEM照片(由扫描电子显微镜拍摄);这三张 照片在不同放大下拍摄并且分别表示:

-泡沫聚合物的微结构,指出泡壁(左边的照片,较低放大);

-由无机相覆盖的孔壁(中心的照片,中等放大);

-水合三硫(calcium hydrate trisulfoaluminate)晶 体以及水合酸钙的连续无定形相,水合混凝土的特征(右边的照片, 较高放大)。

本发明于是涉及新的含有泡沫聚合物-无机粘结剂的混杂复合材 料的实施方案,其中有机基质(优选聚氨酯类)和无机粘结剂密切穿 插或互连在一起,从而产生极其一致和均匀的最终结构。

所述材料的制备方法(在下面详细描述)至少容许使与现有技术 用于制备含有聚合物-填料和混凝土-聚合物的混杂材料的已知方法有 关的缺点减到最少,优选基本上消除这些缺点。

与后面这些材料(其中填料只是以不一致也不均匀的方式分散在 聚合物中,从而产生其中构成相没有被穿插的结构)不同,根据本发 明的制备方法,所用的无水和/或水合的粘结剂颗粒(例如混凝土)与 聚合物结构的极性组分(即,例如,用于制备泡沫聚氨酯的起始多元 醇)强烈地产生相互作用。因此,用于聚合物膨胀的发泡过程(在下 面描述)容许获得有机-无机混杂材料,其中无机粘结剂相以完全均匀 的方式细微分布在材料本身内而且在泡沫聚合物的微粒之间密切穿 插。

所得结构的特征因此在于其间密切穿插并且以一致和均匀的方 式分布的相。所述结构特征在最佳程度上赋予所述材料优异的隔热和 隔音性能,且同时确保高的耐火性、高的水蒸汽透气性、轻质、与基 于水硬性粘结剂和/或空气硬化粘结剂(air binders)的任何表面修 整层的高相容性、对水作用的高耐受性、对化学试剂的高耐受性、以 及最佳的耐压强度和冲击强度。

本发明于是涉及混杂材料,其至少包括:

a)包括泡沫聚合物的第一相;

b)包括至少一种无机粘结剂的第二相;

c)第三气相;

其特征在于所述材料的结构由共连续的微结构构成(其中术语 “共连续的微结构”意味着以下结构:其中构成所述结构的相在其间 密切穿插或互连,以至于形成极其规则的微结构,其优选具有亚微米 尺寸,而且在单相中完全没有中断,如例如在附图2和3中所示那样)。

本发明的混杂材料是有机-无机混杂材料。

优选地,相a)的泡沫聚合物为聚氨酯基泡沫聚合物。更优选地, 所述聚合物为泡沫聚氨酯,其中如果必要,可以使起始多元醇预先化 学改性,例如用羧甲基纤维素、纤维素乙酸酯、纤维素硫酸酯、三甲 基甲硅烷基纤维素、羟甲基纤维素和所有纤维素衍生物;例如,1,3- 二吗啉-2-丙醇、N-β-羟基吗啉、N-氨基丙基吗啉、3,3’-二吗啉二 丙胺和所有吗啉衍生物;聚乙二醇、聚己内酯、多元醇。此外,不排 除使用可替代的多元醇来源的可能性,例如淀粉、纤维素、木质素、 植物蛋白质

相b)的无机粘结剂优选地选自混凝土、石膏、石灰、酸钙、 胶凝聚结物(cementitious agglomerates)或其混合物。

更优选地,所述粘结剂为混凝土。

相c)的气相一般由二化碳CO2(通常在泡沫混杂材料的形成反 应期间产生)构成。然而,不排除可以使用其它气体,例如氮气,或 低沸点有机化合物、例如正戊烷、异戊烷、环戊烷、氯氟类或水, 它们在聚合反应期间由于所述聚合反应的放热而变成气态。

根据本发明的含有泡沫聚合物-无机粘结剂的混杂材料的共连续 微结构的平均尺寸≤3-4μ;优选所述尺寸≤3μ;更优选它们小于2 μ乃至1μ。优选地,根据本发明的混杂材料进一步包括至少一种添 加剂;更优选地,它包括添加剂的混合物。

所述至少一种添加剂(或添加剂的混合物)通常在该混杂材料制 备期间使用以便改善其的形成反应以及调整和/或优化其的期望特性。

优选地,所述至少一种添加剂选自:

-催化剂,例如叔胺,例如N,N-二甲基环己胺、三乙胺、N,N- 二甲基-2-苯乙胺、N,N-二甲基苄胺、2-二甲基氨基乙醇

-金属有机盐,例如辛酸亚、乙酸硫、辛酸硫、乙基己酸硫 (ethylexoate)、月桂酸硫、二月桂酸二丁基锡、二丁基酯;

-交联剂,例如单乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、二甲基环己胺;

-表面活性剂,例如硅油,有机硅-二醇共聚物,聚醚硅氧烷, 聚二甲基硅氧烷,半氟化嵌段共聚物,例如聚甲基丙烯酸甲酯-嵌段 -(1H,1H,2H,2H全氟己基(exyl)甲基丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯 -嵌段-(1H,1H,2H,2H全氟辛基(octil)甲基丙烯酸酯;

-发泡剂,例如水、异戊烷、环戊烷、正戊烷、氯氟烃类;

-阻燃剂和抑菌剂,例如多磷酸铵、三聚氰胺和衍生物;

-UV稳定剂;

-增塑剂

-增容剂;

-抗静电剂;

-塑化剂,例如磺酸盐、三聚氰胺硫化物、木质素磺酸盐、聚 苯乙烯磺酸盐、丙烯酸酯共聚物、糖苷聚合物;

-显示自净化光催化特性的添加剂,例如二氧化,TiO2;

-改变水蒸汽吸附性能的添加剂,例如磷酸。

在根据本发明的混杂材料中:

-泡沫聚合物基于所述材料的总重量以5-80wt%的百分含量存 在;

-无机粘结剂基于所述材料的总重量以20-90wt%的百分含量存 在;

-添加剂基于所述材料的总重量以0%至达到100%的其余部分的 总百分含量存在。

优选地:

-泡沫聚合物基于所述材料的总重量以10-70wt%的百分含量存 在;

-无机粘结剂基于所述材料的总重量以30-80wt%的百分含量存 在;

-添加剂基于所述材料的总重量以0%至达到100%的其余部分的 总百分含量存在。

更优选地:

-泡沫聚合物基于所述材料的总重量以20-60wt%的百分含量存 在;

-无机粘结剂基于所述材料的总重量以40-70wt%的百分含量存 在;

-添加剂基于所述材料的总重量以0%至达到100%的其余部分的 总百分含量存在。

用于制备根据本发明的混杂材料的一般方法至少包括:

a)第一步骤,其中将形成期望泡沫聚合物所需的一种或多种起 始化合物(其中如果有,所述一种或多种起始化合物也添加制备所述 泡沫聚合物所需的添加剂)与有效量的期望一种或多种无机粘结剂混 合持续实现所述物质密切混合所需的时间;

b)第二步骤,其中向上述混合物中添加有效量的聚合物形成反 应所需的一种或多种聚合化合物;

c)第三步骤,其中使步骤b)的混合物在室温下放置足够的时间, 在此期间可以发生并完成聚合物相的处理反应和同时发泡。

根据期望的混杂材料的种类,也可以颠倒上述步骤a)和b)的 执行顺序(即,将步骤a)的混合物添加到步骤b)的一种或多种聚合 化合物中)。

优选在适当的混合装置中进行步骤a)的化合物的混合。所述装 置可以适合根据要求制备大量或中等数量的混杂材料(在工厂中和在 loco)。

所述制备期望泡沫聚合物所需的添加剂例如选自上述那些,其包 括:

-催化剂,例如叔胺,例如N,N-二甲基环己胺、三乙胺、N,N- 二甲基-2-苯乙胺、N,N-二甲基苄胺、2-二甲基氨基乙醇;

-金属有机盐,例如辛酸亚锡、乙酸硫、辛酸硫、乙基己酸硫、 月桂酸硫、二月桂酸二丁基锡、二丁基铜酯;

-交联剂,例如单乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、二甲基环己胺;

-表面活性剂,例如硅油,有机硅-二醇共聚物,聚醚硅氧烷, 聚二甲基硅氧烷,半氟化嵌段共聚物,例如聚甲基丙烯酸甲酯-嵌段 -(1H,1H,2H,2H全氟己基甲基丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯-嵌段 -(1H,1H,2H,2H全氟辛基甲基丙烯酸酯;

-发泡剂,例如水、异戊烷、环戊烷、正戊烷、氯氟烃类;

-阻燃剂和抑菌剂,例如多磷酸铵、三聚氰胺和衍生物;

-UV稳定剂;

-增塑剂;

-增容剂;

-抗静电剂;

-塑化剂,例如萘-磺酸盐、三聚氰胺硫化物、木质素磺酸盐、 聚苯乙烯磺酸盐、丙烯酸酯共聚物、糖苷聚合物;

-显示自净化光催化特性的添加剂,例如二氧化钛,TiO2;

-改变水蒸汽吸附性能的添加剂,例如磷酸。

已经证实添加有效量的至少一种具有发泡作用的化合物(或发泡 剂的适当混合物)是特别优选的,例如:水、异戊烷、环戊烷、正戊 烷、氯氟烃类或其混合物。

在本发明的特别优选的实施方案中,泡沫聚合物为包括一种或多 种添加剂的泡沫聚氨酯,所述添加剂例如塑化剂、萘-磺酸盐、三聚氰 胺硫化物、木质素磺酸盐、聚苯乙烯磺酸盐、丙烯酸酯共聚物、糖苷 聚合物,显示自净化光催化特性的添加剂,例如二氧化钛,改变水蒸 汽吸附性能的添加剂,例如磷酸。

当泡沫聚合物为泡沫聚氨酯时,待聚合的起始化合物为多元醇。 在本发明的实施方案中,所述多元醇预先化学改性,例如用羧甲基纤 维素、纤维素乙酸酯、纤维素硫酸酯、三甲基甲硅烷基纤维素、羟甲 基纤维素和所有纤维素衍生物;例如,1,3-二吗啉-2-丙醇、N-β-羟 基吗啉、N-氨基丙基吗啉、3,3’-二吗啉二丙胺和所有吗啉衍生物; 聚乙二醇、聚己内酯、多元醇。在本发明的另一实施方案中,所述多 元醇可以由其可替代来源代替,例如淀粉、纤维素、木质素、植物来 源蛋白质。

优选地,多元醇为聚醚和/或聚酯。

又,所述聚合化合物优选为二异氰酸酯或二异氰酸酯混合物。优 选地,所述二异氰酸酯可以是MDI(亚甲基二异氰酸酯)和/或TDI(甲 苯二异氰酸酯)和/或其混合物。

根据期望获得的最终特性而适当选择多元醇/二异氰酸酯组合。 例如,如果希望获得开孔泡沫聚合物(即,其中气相是共连续的泡沫), 优选使用例如多元醇的聚醚/例如二异氰酸酯的TDI、MDI或其混合物 的组合。反之,如果希望获得闭孔泡沫聚合物(即,其中气相不是共 连续的泡沫;也就是其中气体特别地以包封在固相中的囊、泡存在), 优选使用聚酯例如多元醇/TDI、MDI或其混合物例如二异氰酸酯的组 合。

膨胀程度又通过控制加入的发泡添加剂的量和/或类型和上述步 骤c)的处理/发泡时间而调整。

为了本发明的目的特别优选的无机粘结剂是混凝土。

在本发明特别优选的实施方案中,上述混杂材料的制备方法进一 步包括使所述混杂材料的粘结组分经受水合步骤。优选地,借助于将 含有泡沫聚合物-无机粘结剂的混杂材料浸入在水中持续实现该无机 粘结剂期望的水合程度所需的时间而进行所述水合步骤。

为了获得期望的性能,根据特定的应用选择根据本发明的混杂材 料的组分以使得促进和确保无机相的连续性以及泡沫相(孔径分布和 部分互连,如果有的话)的最佳形态。

有利地,由于试剂的亲水化学性质,可以避免混合步骤期间混凝 土的分离问题,因为已经证实它与所用的聚合物试剂相容(特别是, 它与其亲水性残基相互作用)。

在以下的实验部分中,特别参照基于泡沫聚氨酯-混凝土的混杂 材料,仅仅举例而且绝对不限制本发明的广泛应用可能性地详细描述 本发明。

理解的是,从有关所述优选的基于泡沫聚氨酯-混凝土的混杂材 料的描述中得出的教导,可以由技术人员加以必要的变更完全转到建 筑领域中用于泡沫聚氨酯-混凝土相同应用预期的泡沫聚合物-无机粘 结剂的其它可能的可利用组合。

在特别优选的实施方案中,本发明包括在附图1中用图表示并且 在以下的实验实施例中描述的泡沫聚氨酯-混凝土的制备方法:所述实 施例中表示的百分数是指基于材料的起始总质量(即起始产物的重量 和)的重量分数。

下列实施例具有一般性质的应用价值;因此,它们指出优选的百 分数重量数区间(%),在该区间中不同的组分可以根据所期望的最终 产物的特征而变化。

通用实施例1-混杂类型A1和A2

称取多元醇,其量基于混杂材料的起始总质量为20-80wt%(包括 一种或多种催化剂、有机硅、表面活性剂和交联剂、阻燃剂和抑菌剂、 UV稳定剂,其总重量基于多元醇为0-10wt%;优选1-8%;更优选2-7%); 加入0-60wt%的混凝土;如果有,加入0-10wt%的发泡剂(前面所述的), 在混合器中混合约1-10分钟直至获得组分完全和密切的混 合。

加入10-40wt%的二异氰酸酯,搅拌足够短的时间(约10-120秒; 优选约20-60秒)直至混合物完全均匀为止,从而避免聚氨酯的早期 聚合。

如此获得的混合物优选在合适的铝或塑料模具/模板(forms)(例 如由聚丙烯或聚苯乙烯制成)中铸塑(或者在应用场所直接转移它) 并且室温下在空气中放置以聚合及发泡。膨胀反应与聚合及新结构的 固化同时继续。为了获得具有受控(期望)密度的复合材料,必须在 在封闭或部分封闭的模具中进行发泡反应;同样地,可以在敞开模具 中以自由发泡进行反应。

如上所述获得的混杂产物接着在水中或者在水蒸汽饱和的环境 中熟化不同的时间和温度,以便获得混凝土的铝酸盐(铝酸钙)和硅 酸盐(硅酸钙)相的部分或全部水合。如此,实现无机网络形成,其 赋予复合材料胶凝材料的通常性能(刚度、透气性、与水的相互作用 等)。该材料具有由水合混凝土(或其适当替代物)和聚氨酯构成的 泡沫混杂材料的特性。两相密切穿插而且最终的特性取决于构成材料 的质量比和该材料获得的膨胀/发泡程度。

为了简便,通过使用通常的开孔吹塑泡沫的配制剂(例如聚醚 /MDI)而获得的混杂材料(混杂材料族)在下文标记为混杂类型A1。

反之,通过使用通常的闭孔吹塑泡沫的配制剂(例如聚酯/TDI), 获得为了简便在下文标记为混杂类型A2的混杂材料(混杂材料族)。

例如在以下实施例中显示根据本发明的混杂材料的一些优选变 型。

实施例2-混杂类型B

以通用实施例1所述的相同方式制备混杂材料,但是没有进行混 凝土的水合步骤。

为了简便,如此获得的混杂材料标记为混杂类型B。

实施例3-混杂类型C

以通用实施例1所述的相同方式制备混杂材料,但是多元醇用羧 甲基纤维素、或纤维素乙酸酯、或纤维素硫酸酯、或三甲基甲硅烷基 纤维素预先化学改性。

为了简便,如此获得的混杂材料(混杂材料族)标记为混杂类型 C。

实施例4-混杂类型D

以实施例1所述的相同方式制备混杂材料,但是所用的多元醇是 天然来源的,例如淀粉。

为了简便,如此获得的混杂材料标记为混杂类型D。

实施例5-混杂类型E

以实施例1所述的相同方式制备混杂材料,但是混凝土与水和塑 化剂预先捏合。

为了简便,如此获得的混杂材料标记为混杂类型E。

实施例6-混杂类型F

以实施例1所述的相同方式制备混杂材料,但是将硫酸钙(石膏) 用作粘结剂代替混凝土。

为了简便,如此获得的混杂材料标记为混杂类型F。

实施例7-混杂类型G

以实施例1所述的相同方式制备混杂材料,但是将石灰用作粘结 剂代替混凝土。

为了简便,如此获得的混杂材料标记为混杂类型G。

实施例8-混杂类型H

以实施例1所述的相同方式制备混杂材料,但是向混凝土中添加 二氧化钛(TiO2)。

为了简便,如此获得的混杂材料标记为混杂类型H。

实施例9-混杂类型I

以实施例1所述的相同方式制备混杂材料,但是向混凝土中添加 磷酸。

为了简便,如此获得的混杂材料标记为混杂类型I。

为了指明根据本发明的混杂材料的通常性能和优点,已经将混杂 类型A1和A2体系与具有开孔和闭孔的通常用于建筑领域的已知泡沫 材料进行比较。

由混杂类型A1和A2显示的主要优点概括如下。

混杂类型A1

与填充无机填料的已知开孔泡沫比较,混杂类型A1显示:

-更好的机械阻力;

-更好的光吸收性;

-对胶凝基质更好的粘着性能;

-更好的耐火性。

混杂类型A1

与通过用诸如泡沫聚苯乙烯的聚合物材料(部分)代替传统的惰 性材料(碎石和沙)而获得的轻量化混凝土比较,混杂类型A1显示:

-更好的光吸收性;

-更低的密度;

-特定的机械性能;

-更容易铺设。

混杂类型A2

与填充无机填料的闭孔泡沫比较,混杂类型A2显示:

-更好的机械阻力;

-因水合胶凝相产生的更好的水蒸汽透气性;

-对胶凝基质更好的粘着性能;

-耐火性。

混杂类型A2

与通过用诸如泡沫聚苯乙烯的聚合物材料(部分)代替传统的惰 性材料(碎石和沙)而获得的轻量化混凝土比较,混杂类型A2显示:

-更好的隔热性;

-更好的隔音性;

-更低的密度;

-特定的机械性能;

-更容易铺设。

至于上面例举的其它混杂材料类型(B至I),指出下列特性。

与建筑部使用的具有非共连续结构(开孔和闭孔)的传统聚氨 酯体系比较,混杂类型B显示:

-对胶凝基质更好的粘着性能;

-更好的机械阻力;

-更好的耐火性。

混杂类型C相对于混杂类型A具有良好的亲水性程度,这使得混 凝土水合过程容易和迅速。

混杂类型D相对于混杂类型A和B呈现良好的亲水性程度,这使 得混凝土水合过程容易和迅速。该产物进一步显示更低的成本。

对于混杂类型E,水合过程变得容易和迅速。

对于混杂类型F,混凝土的凝固和固化过程(硫酸盐的固有特性) 得到促进,此外水蒸汽吸附性能被提高。

混杂类型G显示空气硬化粘结剂(即在空气存在下通过二氧化碳 的碳酸化作用而固化的体系)的通常性能。

混杂类型H显示“自净化”光催化性能,能够通过利用由日光引 发的其降解反应而显著减少有机和无机大气污染物。

混杂类型I提高水蒸汽吸附性能。已经证实由于其上述有利特性: 隔热、隔音、水蒸汽透气性、耐火性、轻质以及对混凝土、砂浆和灰 浆的粘着性和耐压强度,具有密切穿插和均匀的共连续微结构的根据 本发明的含有泡沫聚氨酯-无机粘结剂的混杂材料对于它们在建筑领 域的应用特别有利。

通过上述制备方法获得的混杂材料,由于其组成的多用性以及干 预水蒸汽传送、隔热和隔音、耐火性、粘着性和轻质的不同物理现象 的密切穿插的三相(聚合物、无机粘结剂、气体)的贡献,显示多个 优点。特别地,构成共连续相的水合混凝土(不是如传统使用的材料 中那样的单一不连续的填料)提供透气性、机械刚度、耐火性以及与 混凝土、灰浆和砂浆的化学相容性能。此外,聚氨酯相提供发泡载体, 而且与气相一起使得最终材料的显著轻量化和赋予隔热及隔音性能。 通过调整孔隙的形态和互连而优化隔热和隔音性能。

此外,根据本发明的混杂材料显示容易的凝固和加工性能。新型 材料的多用性(通过调整孔组成和形态的可能性而获得)容许根据最 终的应用而获得优化的体系。本发明因此涉及材料主要在民用住宅领 域的施工和使用,该材料同时呈现多孔混凝土的性能(透气性、轻质、 中等机械耐压强度、耐火性、与砂浆、灰浆和混凝土的良好相容性) 和聚合物泡沫的性能(隔音和隔热、容易凝固和加工性能)。材料的 容易凝固反映在可以在工厂中制备待在建筑场地连续安装的板或中间 材料、或者在建筑场地直接制备材料,在后一种情况下,可以直接用 非平面几何体填充孔、原地喷射混合物或在模板中铸塑该混合物。此 外,该材料可以通过注射用作下部结构和土壤的增强材料。在所有这 些应用中,与泡沫聚氨酯本身比较,该材料由于胶凝无机相的存在, 由其产生更大的随时间稳定性以及与土壤和下部结构更好的相容性, 从化学观点来看显示更惰性的特性。

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