基于软木/核桃壳复合和聚氨酯/软木发泡的两类保温材料

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软木是栓皮栎的树皮,内部中空,且由封闭的薄壁细胞紧密围绕而成。因此,软木密度小、不透气、不渗水,具有优良的弹性、耐压、耐水和保温性能,化学性能稳定;作为纯天然的原材料,具有不可替代的独特属性,被广泛用作节能保温材料。软木颗粒通过胶合可做成地面材料,具有节能保温、防水回弹、易于清洗打理等特性,是集传统地板、大理石地板和地毯等优点于一体的新型生物质环保材料。然而,它在使用的过程中存在压痕残留致回弹滞后的缺点,一定程度上限制了其应用。此外,软木颗粒通过胶合可做成墙体保温材料,但制备过程较长,远不及制备快速、施工简便的聚氨酯泡沫墙体保温材料,影响了在墙体保温领域的广泛应用。为此,本研究聚焦软木的节能保温特性,探索利用核桃壳等坚果壳的刚性改善软木做地面保温材料的回弹滞后性(压痕残留现象),及利用聚氨酯发泡的技术提高软木做墙体保温材料的应用便捷性。研究可拓展通常作为废弃物的核桃类坚果壳的应用领域,并减少不可降解发泡保温材料的使用量,既可提升软木的利用价值,又可实现废弃物的再利用,还能减少环境污染,具有积极的探索意义和实用价值。本研究按照这两种思路分别制备了软木/核桃壳保温材料和聚氨酯/软木发泡保温材料,并表征和分析其性能;探索内容和所得结论如下:(1)软木/核桃壳保温材料的初始压缩度和残留压缩度均随着核桃壳颗粒添加量的增加而减小;当软木颗粒与核桃壳颗粒的质量比为2:1时,该保温材料的初始压缩度达到24.6%,较纯软木保温材料减少了6.7%;残留压缩度减小到0,彻底解决了纯软木保温材料的压痕残留致回弹滞后问题(压缩残留度达到7.7%);此时,导热系数为0.0630W/(m·K),较纯软木的0.0613 W/(m·K)仅增大了3.3%,所以依旧保持着优良的保温性能;耐磨性较纯软木保温材料提升了33%,吸水率和吸水厚度膨胀率分别为9.3%和8.5%,依旧保持着良好的耐水性能。综合考虑软木/核桃壳保温材料的初始压缩度、残留压缩度、导热性、耐磨性、吸水性等主要指标,确定两者质量比为2:1时,复合材料的综合性能达到最佳,有效解决了纯软木材料的压痕残留、回弹滞后问题,可用作地面保温材料。(2)根据聚氨酯发泡材料的发泡高度和气孔大小,利用正交实验设计方法,优化确定了硬质发泡聚氨酯材料的原料比例为聚醚多元醇:二甲基硅油:二月硅酸二丁基锡:三乙胺:水:物理发泡剂为10:0.2:0.07:0.03:0.1:2,异氰酸指数为1.1。依此配比,将配方原料与软木复合,进行发泡,得到聚氨酯/软木发泡复合材料。当软木添加量为4%时,发泡复合材料的导热系数为0.032 W/(m·K),较纯聚氨酯发泡保温材料(0.036 W/(m·K))提高了13.5%;抗压强度为0.37 MPa,较纯聚氨酯发泡保温材料(抗压强度为0.32MPa)提高了15.6%,综合性能达到最佳。而当软木的添加量达到24%时,其导热系数为0.043 W/(m·K),仍远小于0.12 W/(m·K),依旧体现了良好的隔热特性,可用作墙体节能保温材料。故依据发泡方法,软木的添加量最大可以达到24%的质量占比。
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