汪家銘
(川化集團有限責(zé)任公司,成都610301)
三聚氰胺泡沫塑料發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用前景
汪家銘
(川化集團有限責(zé)任公司,成都610301)
三聚氰胺泡沫塑料是一種以三聚氰胺為原料制取的高開孔率的三維網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的新型泡沫塑料,具有優(yōu)異的吸聲性、阻燃性、耐熱穩(wěn)定性、衛(wèi)生安全性及良好的二次加工性能,在建筑、交通、工業(yè)、車輛制造、聲學(xué)工程、航天、航空、航海等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。介紹了三聚氰胺泡沫塑料的理化性能、制取工藝、國內(nèi)技術(shù)進(jìn)展和在相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用前景,并對國內(nèi)三聚氰胺泡沫塑料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提出了一些建議。
三聚氰胺泡沫塑料 性能 現(xiàn)狀 應(yīng)用 發(fā)展建議
三聚氰胺泡沫塑料(Melamine Foam Plastic,或Melamine-Formaldehyde Foam)又稱蜜胺泡沫塑料,是一種開孔率高達(dá)99%以上的三維網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的新型泡沫塑料。作為一種低密度、阻燃、吸音的化工新型材料,三聚氰胺泡沫塑料在民用、工業(yè)、建筑、交通、航空、軍事、日化、電子信息等領(lǐng)域具有十分重要的應(yīng)用價值,特別是在有阻燃、高溫、低頻噪音吸收要求的環(huán)境條件下使用,成為國內(nèi)新材料界不可替代的材料和21世紀(jì)具有巨大發(fā)展前景的新型環(huán)保材料。
三聚氰胺泡沫塑料是近年來開發(fā)出的高附加值、高科技含量的三聚氰胺深加工產(chǎn)品,于20世紀(jì)90年代開始工業(yè)化生產(chǎn),工藝技術(shù)在世界上由德國BASF公司所獨有和擁有專利。1996年,德國BASF公司首次在民用市場推出軟質(zhì)三聚氰胺泡沫塑料,引起世界高分子行業(yè)的高度關(guān)注。隨后BASF公司先后建設(shè)了幾套工業(yè)化生產(chǎn)裝置,年產(chǎn)能50×104m3左右。隨著需求量的逐年增加,BASF公司不斷擴產(chǎn)并保持市場供需平衡,產(chǎn)品長期在世界處于高價壟斷地位,在上海進(jìn)口的BASF三聚氰胺泡沫塑料報價高達(dá)5000元/m3。
我國在本世紀(jì)初,多家生產(chǎn)企業(yè)和相關(guān)科研院校投入一定的力量進(jìn)行三聚氰胺泡沫塑料的研究和開發(fā),取得了令人矚目的成果。業(yè)內(nèi)人士預(yù)計在未來的3~5年,將是三聚氰胺泡沫塑料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的大好時機,國內(nèi)的研究、生產(chǎn)、應(yīng)用將會呈現(xiàn)出欣欣向榮的發(fā)展局面,從而帶動中國吸聲隔熱保溫材料生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)入世界先進(jìn)水平。
2004年2月,北京綠寰宇化工有限公司在以300萬元購買北京三嗪興達(dá)化學(xué)研究所相關(guān)成果的基礎(chǔ)上,歷時6個月順利完成項目中試。2004年8月11日,由北京綠寰宇化工有限公司獨家開發(fā)的《三聚氰胺泡沫塑料專用樹脂工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)》和《三聚氰胺泡沫塑料工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)》通過北京市科委組織的成果鑒定,這兩項技術(shù)填補了國內(nèi)空白,同時也標(biāo)志著三聚氰胺泡沫塑料在國內(nèi)實現(xiàn)了從實驗室技術(shù)到工業(yè)化生產(chǎn)的成功過渡。專家們表示,該產(chǎn)品性能非常優(yōu)異,國內(nèi)產(chǎn)品的問世,打破了長期以來國外公司在該領(lǐng)域的技術(shù)壟斷。
河南省煤業(yè)化工集團中原大化公司與北京綠寰宇化工有限公司共同開發(fā)三聚氰胺泡沫塑料。項目是河南省工業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化項目的重點工程。項目投資1.2億元,以公司生產(chǎn)的三聚氰胺為原料,采用自主研發(fā)的微波發(fā)泡專利技術(shù)生產(chǎn)三聚氰胺泡沫塑料。經(jīng)過反復(fù)的試驗和技術(shù)攻關(guān),基本完成對三聚氰胺泡沫塑料的中間試驗,具備了工業(yè)化生產(chǎn)條件。2006年項目開工建設(shè)。2009年4月21日,國內(nèi)自主研發(fā)、擁有完全知識產(chǎn)權(quán)的首套年產(chǎn)20×104m3三聚氰胺泡沫塑料裝置在中原大化公司濮陽綠寰宇化工有限公司建成并投產(chǎn),2010年7月并通過河南省發(fā)改委等部門共同組織的竣工驗收[4],并正在計劃擴大產(chǎn)能,2010年形成年產(chǎn)30×104m3三聚氰胺泡沫塑料的生產(chǎn)規(guī)模。
在該項目開發(fā)過程中研究的高固含量三聚氰胺樹脂合成技術(shù)成功解決了其合成中的難題,在國內(nèi)氨基樹脂行業(yè)首次實現(xiàn)了一步法直接合成固含量大于70%以上的三聚氰胺樹脂的工業(yè)化生產(chǎn),避免了常規(guī)方法采用反應(yīng)后期減壓脫水法可能產(chǎn)生的含醛廢水,節(jié)約了能源,簡化了工藝過程,減少了三廢排放,降低了產(chǎn)品成本。項目采用的微波連續(xù)發(fā)泡工藝和設(shè)備,是國內(nèi)首家將此技術(shù)應(yīng)用于氨基樹脂發(fā)泡,且設(shè)備能耗僅為國外同類技術(shù)的80%,為這一新型節(jié)能技術(shù)在化工領(lǐng)域的應(yīng)用提供了新的實例,積累了成功的經(jīng)驗。
中原大化公司的三聚氰胺泡沫塑料生產(chǎn)工藝還采用了高效節(jié)能廢氣回收裝置與發(fā)泡裝置的結(jié)合,使得項目整體技術(shù)更加完善,達(dá)到了既實現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放,又利用回收的熱量加熱工藝氣的目的。此外,納米改性樹脂、樹脂終點判斷、乳化助劑、助劑加入方法、乳化方法、發(fā)泡爐及連續(xù)傳送裝置等相關(guān)技術(shù)或設(shè)備的研發(fā)及取得的相關(guān)專利展現(xiàn)了項目工業(yè)化技術(shù)的完整性、獨創(chuàng)性和先進(jìn)性。裝置建成投產(chǎn)以來,設(shè)備運行穩(wěn)定,各項技術(shù)參數(shù)達(dá)標(biāo),投產(chǎn)當(dāng)年即完成銷售收入3800萬元。此項擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的重大自主創(chuàng)新成果,打破了該技術(shù)被國外長期壟斷的局面,填補了國內(nèi)空白。
隨著對建筑節(jié)能和防火要求的不斷提高,三聚氰胺泡沫塑料吸聲、隔熱﹑保溫效果良好,能夠消除傳統(tǒng)泡沫塑料的火災(zāi)安全隱患,作為一種環(huán)保節(jié)能﹑使用方便的建筑材料,在建筑領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。為了滿足三聚氰胺泡沫塑料日益增加的市場需求,一些具有三聚氰胺原料優(yōu)勢的企業(yè)開始三聚氰胺泡沫塑料的項目開發(fā)和投資建設(shè)生產(chǎn)裝置。
川化股份有限公司為了擺脫天然氣漲價帶來的困境,調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu),開發(fā)高附加值、高市場占有率的新產(chǎn)品,延伸川化股份有限公司的以天然氣為原料生產(chǎn)的產(chǎn)業(yè)鏈,進(jìn)入三聚氰胺產(chǎn)業(yè)鏈末端市場,擬利用公司現(xiàn)有空地,建設(shè)1.0×105m3/a三聚氰胺泡沫生產(chǎn)裝置,包括三聚氰胺樹脂合成、三聚氰胺衍生物的合成及三聚氰胺泡沫的發(fā)泡等裝置。該項目擬投資7853.83萬元,采用新工藝技術(shù),發(fā)泡尾氣進(jìn)入熱風(fēng)爐混合天然氣燃燒,利用尾氣中可燃物料燃燒釋放的熱量來加熱干燥泡沫的空氣,實現(xiàn)熱量回收,節(jié)約能耗。生產(chǎn)用水實行清污分流、重復(fù)使用等措施。對“三廢”污染源均采取凈化效率高、技術(shù)可靠的治理措施,以確保實現(xiàn)污染物達(dá)標(biāo)排放的環(huán)保目標(biāo)。該項目目前已通過了成都市環(huán)保局環(huán)評批復(fù)。
河南昊華駿化集團股份有限公司投資1687萬美元,采用合資方式,擬建設(shè)年產(chǎn)2.0×105m3三聚氰胺泡沫塑料裝置及配套設(shè)施,主產(chǎn)品是三聚氰胺泡沫塑料,預(yù)計年產(chǎn)值2.5億元,利稅7500萬元。該項目現(xiàn)已列入河南省“十一五”煤化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃。
我國城市交通建設(shè)已進(jìn)入高速發(fā)展階段,汽車、火車動車、城市軌道交通、磁懸浮列車等噪音擾民問題已引起廣泛關(guān)注。三聚氰胺泡沫塑料極高的開孔率特征,使得聲波能方便地進(jìn)入泡沫體的深層被消耗和吸收掉,在高速公路、城市交通的隔音降噪方面具有很大的應(yīng)用潛力。在對聲學(xué)性能、防火安全性要求極高并對材料的功能性和裝飾性有一定要求的場所,如飛機、高速列車、運動場館、音樂廳、機場、醫(yī)院、學(xué)校等,三聚氰胺泡沫材料都是不錯的選擇。
車輛噪音主要來自發(fā)動機的震動,車輪與地面的摩擦,空氣的嘯音以及車體的共振等方面,是評價車輛質(zhì)量的重要指標(biāo)之一,車箱內(nèi)部噪音降低將大大改善司機和乘車人員的舒適度。噪音的消除除了在設(shè)計方面提高底盤的剛性、消除低頻共振區(qū)的措施外,主要是采用隔離和吸收的辦法予以消除。從節(jié)約能源的角度出發(fā),要求使用的材料輕質(zhì)化。從安全的角度出發(fā),要求材料具有防火和耐熱特性[5]。三聚氰胺泡沫塑料以及其各種多功能復(fù)合材料的問世為提高交通工具防噪音能力、安全可靠、節(jié)能環(huán)保提供了必不可少的優(yōu)質(zhì)材料。
另外,三聚氰胺泡沫塑料在汽車、輪船、火車、飛機等交通工具座位襯墊代替發(fā)泡聚苯乙烯的大量的應(yīng)用,也能降低其自身重量,減少能源消耗。
在建筑和結(jié)構(gòu)方面,三聚氰胺泡沫塑料因其優(yōu)異的吸聲性、低容重性和阻燃性而成為理想的建筑材料。密度為2~8 kg/m3三聚氰胺泡沫塑料,其板材經(jīng)熱壓、切削、織物復(fù)合可制成淺浮雕、金字塔、楔狀等各種各樣的吸聲體,可廣泛用作建筑物的吸聲和阻燃材料。
一般的泡沫塑料,如聚烯烴、聚苯乙烯、聚氨酯等,因其自身易燃,為使其符合相關(guān)的阻燃法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn),常需加入阻燃劑,其中很多阻燃劑在高溫下會遇熱分解,并放出大量的濃煙、有毒及腐蝕性氣體,在火災(zāi)發(fā)生的情況下引發(fā)二次災(zāi)害和環(huán)境污染。此外,聚乙烯、聚苯乙烯、聚氨酯等在燃燒時均熔融并產(chǎn)生流滴,燃燒著的流滴會迅速引起火災(zāi)的蔓延。
阻燃制品在公共場所內(nèi)的應(yīng)用與標(biāo)準(zhǔn)化,始終是業(yè)界人士關(guān)注的一個問題[6]。合格的阻燃制品在公共場所中的應(yīng)用,可以減少火災(zāi)隱患,提高消防安全水平。國內(nèi)不少科研單位和高等院校在這方面做了大量的研究工作,相關(guān)的企業(yè)也生產(chǎn)了品種多樣的阻燃制品。消防、紡織、塑料、建材等行業(yè)已先后制定了百余項關(guān)于阻燃性能測試的國家標(biāo)準(zhǔn)。我國現(xiàn)已開始強制推行《公共場所阻燃制品及組件燃燒性能要求和標(biāo)識》國家標(biāo)準(zhǔn)[7],而三聚氰胺泡沫塑料作為具有阻燃、低煙、低毒、可減少有效火災(zāi)荷載的裝修材料,阻燃性能優(yōu)異,發(fā)煙密度、有害氣體排放均大大低于阻燃泡沫國家標(biāo)準(zhǔn),能有效解決惡性火災(zāi)的防治問題。隨著生產(chǎn)技術(shù)的改進(jìn),產(chǎn)品成本的降低,三聚氰胺泡沫塑料必將取代污染環(huán)境的各種傳統(tǒng)保溫材料,面臨極大的市場發(fā)展機遇。
三聚氰胺泡沫塑料高度的吸音能力和防火特性以及具有的流行、雅致的特點,使其在建筑領(lǐng)域普遍應(yīng)用,如用于隔音窗,可以給百葉窗滾軸內(nèi)部加上襯里,不僅具有隔熱功能,而且還能減少百葉窗滾軸操作時的噪音。
傳統(tǒng)的無機材料如石棉纖維、玻璃纖維等雖然不燃燒,但容易粉塵化致癌,危及人體健康,已被許多行業(yè)和國家限制使用。傳統(tǒng)泡沫塑料等絕大多數(shù)容易燃燒且具有毒性,三聚氰胺泡沫塑料正是解決了這兩重難題,因而可以被安全地使用,頗受業(yè)界青睞。三聚氰胺泡沫塑料制成的具有裝飾用途的聲學(xué)板材、懸掛吸音體、金屬吊頂板材對聲學(xué)效果具有顯著的改進(jìn)效果,可以用于對吸聲性能有嚴(yán)格要求、火災(zāi)危險性大的運動場館、電影院、賓館、車站等建筑物,以及道路、交通工具、工業(yè)廠房等。
三聚氰胺泡沫塑料可用于劇場、運動場館、音樂廳和電影院的吸音材料,片材通過熱壓制成具有浮雕花紋的吸聲天花板和卷材,同時表面強度有所提高,密度2~3 kg/m3的片材通過熱壓可以制成類似“無紡布”一樣的卷材。同時三聚氰胺泡沫塑料極性特征使其可以容易染色,制造成色彩鮮艷懸掛式的吸聲材料,更具有裝飾性。此外,還廣泛用于火災(zāi)危險性更大,環(huán)境條件更加苛刻的工業(yè)領(lǐng)域,如鍋爐房、壓縮機房、泵站、鼓風(fēng)機、通風(fēng)管道、沖壓車間的噪聲治理,可以通過安裝三聚氰胺泡沫塑料吸音板的方法使噪音恢復(fù)到人們可以接受的程度,保護員工的健康。
由于具有良好的隔熱、隔音性能,以及耐火、熱穩(wěn)定性等綜合性能,三聚氰胺泡沫塑料在電熱水器、電冰箱、消毒柜等家用電器方面替代聚苯乙烯、聚氨酯等傳統(tǒng)泡沫塑料而得到廣泛應(yīng)用。經(jīng)過等離子表面處理的三聚氰胺泡沫塑料的拒水、拒油性能可用于家電、電子等領(lǐng)域。三聚氰胺泡沫塑料經(jīng)介電材料浸漬或復(fù)合后,可以作為無線電波、雷達(dá)、微波能的吸收和屏蔽材料,應(yīng)用于信息產(chǎn)業(yè)和軍事工業(yè),或用于消除家用電腦、工作站各種驅(qū)動器及風(fēng)扇產(chǎn)生的噪音。
三聚氰胺泡沫塑料還可用于空調(diào)等通風(fēng)系統(tǒng)、機房的噪聲隔絕和風(fēng)管的保溫、工業(yè)裝置及管道的絕熱保溫、熱水箱及其設(shè)備的隔熱等方面,特別是在化工行業(yè),因其優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和阻燃性,必將使其應(yīng)用日益廣泛。同時三聚氰胺泡沫塑料在低容重和高吸音能力方面的優(yōu)勢也在航空、航天、航海領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用空間。
近年來,歐美等發(fā)達(dá)國家將三聚氰胺泡沫塑料作為清潔品而廣泛使用。三聚氰胺泡沫塑料具有細(xì)密的微孔結(jié)構(gòu)和良好的彈性,但與其他泡沫塑料不同的是,其硬度近似于玻璃的硬度,因此用于清潔污漬時,作用類似于用軟砂紙打磨,無需使用任何清潔劑。用水濕潤后,這種泡沫擦洗起來十分輕松,清潔效率高,可以除去瓷磚、陶瓷爐灶、門窗、皮革座椅上的頑固污漬。作為新型的家庭保潔產(chǎn)品,三聚氰胺泡沫塑料因為具有超強的清潔能力,不但方便省力,同時也避免了使用化學(xué)清潔劑帶來的副作用[8],受到消費者的青睞。
由于尿素行業(yè)低迷,當(dāng)前三聚氰胺行業(yè)擴張進(jìn)入了新一輪高潮,一批新建、在建裝置將陸續(xù)投產(chǎn)。我國現(xiàn)已成為世界上三聚氰胺的生產(chǎn)大國,國內(nèi)生產(chǎn)廠家有近100家,預(yù)計到2010年底國內(nèi)總產(chǎn)能將達(dá)到1450 kt/a,產(chǎn)量將突破1000 kt。三聚氰胺產(chǎn)品供過于求,且三聚氰胺的應(yīng)用消費仍主要局限于數(shù)量有限的幾個傳統(tǒng)領(lǐng)域。要扭轉(zhuǎn)這種形勢必須加大三聚氰胺下游產(chǎn)品的研發(fā)和應(yīng)用,推動三聚氰胺產(chǎn)品的深加工,延伸其產(chǎn)業(yè)鏈,拉動新興領(lǐng)域消費增長,而大力發(fā)展以三聚氰胺為原料的包括三聚氰胺塑料泡沫在內(nèi)的深加工產(chǎn)品,無疑是最好的解決途徑。一方面可以拉動三聚氰胺的市場消費,保證國內(nèi)三聚氰胺產(chǎn)業(yè)健康穩(wěn)定的持續(xù)發(fā)展。另一方面,迅速膨脹的三聚氰胺生產(chǎn)能力也為三聚氰胺塑料泡沫的產(chǎn)業(yè)化提供了可靠的原料保障。同時三聚氰胺的低價位也使三聚氰胺塑料泡沫發(fā)展提供一個難得的市場機遇,使產(chǎn)品具有較高的性價比,市場競爭力強。
三聚氰胺塑料泡沫是世界高技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要新材料之一,又是現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵材料,而且其應(yīng)用面幾乎涉及到國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域,對許多產(chǎn)業(yè)特別是支柱產(chǎn)業(yè),如汽車、飛機、新型建材、電子信息、化工和環(huán)保等行業(yè)產(chǎn)品的更新?lián)Q代和產(chǎn)業(yè)升級有不可替代的重要作用。目前國內(nèi)三聚氰胺塑料泡沫的階段性研究工作和工業(yè)化裝置生產(chǎn)已取得成功。當(dāng)前還應(yīng)加強對三聚氰胺泡沫塑料生產(chǎn)技術(shù)的研究和開發(fā),采用先進(jìn)生產(chǎn)工藝,擴大生產(chǎn)規(guī)模,進(jìn)一步加強商業(yè)化開發(fā)力度,降低能耗和生產(chǎn)成本,提高產(chǎn)品質(zhì)量,增強市場競爭力。同時要進(jìn)行產(chǎn)品科學(xué)性、系列化和商品化的研究,逐漸進(jìn)入世界高端市場,從而保持在該領(lǐng)域的領(lǐng)先地位,改寫我國不能規(guī)?;a(chǎn)三聚氰胺塑料泡沫的歷史,以推動其他相關(guān)高科技產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。
國內(nèi)三聚氰胺企業(yè)要在激烈的市場競爭中占得先機,必須拓寬下游應(yīng)用領(lǐng)域,進(jìn)入新的產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。下游應(yīng)用領(lǐng)域用量的不斷增加必將影響三聚氰胺產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向,行業(yè)要加大宣傳力度,從阻燃、環(huán)保和節(jié)約能源的角度出發(fā)呼吁立法,推進(jìn)三聚氰胺后續(xù)加工產(chǎn)品,特別是三聚氰胺泡沫塑料、三聚氰胺合成纖維、三聚氰胺阻燃劑等三聚氰胺新型后續(xù)加工產(chǎn)品盡快進(jìn)入應(yīng)用市場。當(dāng)前應(yīng)利用多種經(jīng)濟元素的優(yōu)勢,結(jié)合各種社會資源來產(chǎn)業(yè)化發(fā)展三聚氰胺泡沫塑料,積極開發(fā)新領(lǐng)域應(yīng)用范圍,不斷拓展三聚氰胺泡沫塑料的應(yīng)用領(lǐng)域。同時還應(yīng)使產(chǎn)品的成本與現(xiàn)有的阻燃型聚氨酯泡沫塑料基本相當(dāng),其市場價格還低于同類進(jìn)口產(chǎn)品,打破該領(lǐng)域長期以來的國際壟斷。通過加快下游產(chǎn)業(yè)發(fā)展以擴大需求,真正形成并完善技術(shù)-生產(chǎn)-應(yīng)用的有效產(chǎn)業(yè)鏈,促進(jìn)國內(nèi)三聚氰胺產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。
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Development Situation and Application Prospect of Melamine Formed Plastic
Wang Jiaming
(Sichuan Chemical Group Co.,Ltd.Chengdu 610301)
Melamine formed plastic is a new type three dimensional network structure formed plastic with high percent opening produced with melamine,which is featured by excellent properties of acoustic absorption,frame retardance,hydrothermal stability,hygienic safety and secondary operation,and is widely applied in various fields as construction,transportation,industry,vehicular manufacture,acoustic engineering,space flight,aviation and navigation.The physicochemical properties,producing process,domestic technical development and application prospects in related fields of melamine formed plastic were introduced,and proposals were raised on the development of domestic melamine formed plastic industry.
melamine formed plastic,properties,production,situation,application,development proposal
1674-1099 (2011)01-0058-05
TQ328.9
A
2010-11-30。
汪家銘,男,1949年出生,1985年畢業(yè)于四川廣播電視大學(xué)機械專業(yè),工程師,在國內(nèi)各種公開刊物上發(fā)表化工科技論文210余篇。