許曉辰

（南京美思德新材料有限公司，江蘇南京 210047）

1849-1850年，Wurtz & Hofmann 發(fā)明了異氰酸酯，19世紀(jì)30年代在I.G.Farben 公司，以O(shè).Bayer 博士為首的團(tuán)隊(duì)發(fā)明了聚氨酯材料。我國(guó)聚氨酯工業(yè)起始于20世紀(jì)50年代末，在20世紀(jì)60～70年代已初步形成規(guī)模，至今已有60多年的發(fā)展史[1]。

聚氨酯（Polyurethane，PU）全稱為聚氨基甲酸酯，是多元醇與異氰酸酯聚合而成的含有重復(fù)-NHCOO-基團(tuán)的化合物。根據(jù)多元醇和異氰酸酯的官能團(tuán)數(shù)量的多少，分別可以得到體型和線型兩種不同結(jié)構(gòu)。正是由于分子結(jié)構(gòu)的差異，最終所制得的材料性能也不同，因此聚氨酯可以制備泡沫塑料、膠黏劑、涂料、橡膠等不同材料[2]。

1 聚氨酯泡沫概述

聚氨酯泡沫塑料是聚氨酯的主要品種之一，按照發(fā)泡方式進(jìn)行分類，可分為塊狀發(fā)泡、模塑發(fā)泡、噴涂發(fā)泡等；按照其合成時(shí)所用的多元醇品種進(jìn)行分類，可分為聚酯型、聚醚型、生物基型聚氨酯泡沫塑料。通過配方的調(diào)整，可制成普通軟質(zhì)、高回彈、半硬質(zhì)、硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料。

聚氨酯泡沫塑料的應(yīng)用范圍廣泛：普通軟質(zhì)聚氨酯泡沫塑料主要用于家私綿以及工業(yè)復(fù)合綿；高回彈聚氨酯泡沫塑料主要用于交通工具墊材以及家用墊材；半硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料主要用于包裝泡沫、汽車頂棚等；硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料主要用于建筑、冷鏈、管道、仿木制品等領(lǐng)域。

2 硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料的特點(diǎn)分析

2.1 極佳絕熱性能，節(jié)能保溫

硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料是具有最低導(dǎo)熱系數(shù)的絕熱材料之一。依據(jù)組合白料配方中的發(fā)泡劑品種不同，硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料導(dǎo)熱系數(shù)可達(dá)到0.018～0.023W/m.K，其保溫效果是紅磚的 30倍，普通混凝土的 13.5倍，相同導(dǎo)熱系數(shù)不同保溫材料的厚度對(duì)比見圖1。

圖1 相同導(dǎo)熱系數(shù)不同保溫材料的厚度對(duì)比

2.2 黏合能力較強(qiáng)

硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料對(duì)于木質(zhì)材料、鋼制材料和其他有機(jī)分子制作成的建筑材料都具有良好的黏合能力，常采用噴涂方法將其與基材相連接，用于建筑的屋頂絕熱層或外墻保溫層。實(shí)驗(yàn)證明在風(fēng)荷載、潮濕、低溫、自重、外部撞擊等多種不利負(fù)載因素的作用下，硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料仍能與基材保持緊密的連接，最大程度避免脫落情況的發(fā)生[3]。

2.3 加工性優(yōu)良

硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料多為組合白料（多元醇、發(fā)泡劑、助劑的混合物）和黑料（異氰酸酯）反應(yīng)固化所得，其成型方法有手工發(fā)泡、澆注發(fā)泡、噴涂發(fā)泡等。組合白料和黑料均為液體，混合均勻后仍具有一定的流動(dòng)性，可以制備各種形狀的硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料制品；另外，通過配方調(diào)整，可以提高組合白料和黑料反應(yīng)性，實(shí)現(xiàn)快速固化成型，提高生產(chǎn)效率。

2.4 化學(xué)穩(wěn)定性較好

硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料在固化后不易與其他化學(xué)物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，其材料本身化學(xué)性質(zhì)也較為穩(wěn)定，如表1所示。

表1 硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料和各種化學(xué)物質(zhì)的儲(chǔ)存穩(wěn)定性

3 硬質(zhì)聚氨酯泡沫材料的應(yīng)用分析

3.1 管道

保溫管的結(jié)構(gòu)一般分為三層，即表層的保護(hù)層、中間的保溫層、內(nèi)部的防滲漏層，主要用于輸油、輸氣、供熱等方面。

目前我國(guó)的北方城市已采取了城市集中供熱，供熱管線長(zhǎng)，輸送距離遠(yuǎn)；另外，供熱管道一般直接埋在地下，不宜采用地溝和架空的形式。因此，供熱管道的保溫層必須采用隔熱性好、不易吸潮、使用壽命長(zhǎng)的保溫材料制造城市集中預(yù)制[2]。

硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料具有機(jī)械強(qiáng)度高、絕熱性好、吸水率低、耐熱性好的特點(diǎn)，用于管道保溫層能有效進(jìn)行保溫隔熱，減少在輸送過程中的能量消耗，提高地下直埋管道的防潮性，也為用戶節(jié)約了能源，從而降低了成本。

另外，為提高硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料的長(zhǎng)期耐溫性能，通常采用聚異氰脲酸酯改性，改善長(zhǎng)期高溫條件對(duì)泡沫性能的影響，從而延長(zhǎng)保溫層的使用壽命。

3.2 仿木制品

硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料具有熱固化性能，在沒有固化前，可以對(duì)其進(jìn)行加工，塑造成各種形狀。高密度的硬質(zhì)聚氨酯聚氨酯泡沫被稱為仿木材料，具有剛性高，機(jī)械強(qiáng)度好，結(jié)構(gòu)致密、工藝簡(jiǎn)單、抗腐蝕等特點(diǎn)，外觀與手感接近木材，可刨、鋸、鉆及雕花造型[2]，可代替木材使用。

仿木材料可用作雕刻裝飾品如相框、裝飾條、浮雕、羅馬柱等；可用于家具如桌椅、鏡框、化妝臺(tái)、衣架等[2]。

3.3 冷鏈設(shè)備

冷鏈設(shè)備包括冷庫(kù)、冰箱、冷藏車、冷藏箱等，用于保證產(chǎn)品（食品、藥品、原料等）在儲(chǔ)存、運(yùn)輸、銷售、使用各個(gè)環(huán)節(jié)始終處于產(chǎn)品所必需的特定低溫環(huán)境。因此，冷鏈設(shè)備對(duì)保溫層材料的絕熱性能有很高的要求。

硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料具有導(dǎo)熱系數(shù)低，強(qiáng)度好，質(zhì)量輕的特點(diǎn)，可以滿足冷鏈設(shè)備的使用需求。

冰箱、冷柜使用硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料作絕熱層可以降低能耗；另外，在其外部尺寸一定的情況下，可以增加有效容積并減輕整體重量。

選用以硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料為芯材的復(fù)合夾心板，可組裝不同容積的冷庫(kù)，搭建方便、快捷；另外硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料也可以通過噴涂施工的方式在冷庫(kù)內(nèi)部形成保溫層，快速固化成型。

3.4 建筑

硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料的吸水率低、絕熱性能好，在建筑行業(yè)中廣泛應(yīng)用于保溫防水領(lǐng)域。

以硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料為芯材的夾芯板可用于搭建臨時(shí)活動(dòng)板房，施工非常方便，房屋的隔熱性能良好。

硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料對(duì)基材的附著力強(qiáng)，表皮完好的硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料水蒸氣滲透性很差，防水效果好，可采用噴涂工藝對(duì)建筑的外墻、屋頂進(jìn)行保溫和防水施工。

單組分聚氨酯泡沫填縫劑（簡(jiǎn)稱OCF）是一種特殊濕固化硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料。將聚氨酯預(yù)聚體、催化劑、拋射劑等裝入氣霧罐中，當(dāng)物料從罐中噴出時(shí)，與空氣中的水分反應(yīng)而發(fā)泡膨脹并固化。單組分泡沫可用于門框、窗框固定黏接，填縫防水等。

3.5 硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料的回收再利用

硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料廢棄后可以進(jìn)行粉碎后再加工回收利用。最普遍的方法就是黏合加壓成型，其加工過程是將廢泡沫用機(jī)械設(shè)備壓成粉末，涂上聚氨酯黏合劑，再直接通入蒸汽高溫，使得聚氨酯黏合劑溶解后和粉末攪拌黏合，在固化前通過塑型設(shè)備進(jìn)行塑型，得到黏合板。這種黏合板可用于室內(nèi)裝修，家具的零部件等多種用途。另外，也可以將廢棄的硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料壓成粉末后，直接用于填充建筑的縫隙，不但能起到保溫的效果，還能起到隔音的效果。

4 結(jié)語

我國(guó)是人口大國(guó)，能源消耗巨大，而硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料以其隔熱保溫性好，加工方便等特點(diǎn)被作為一種節(jié)能材料廣泛用于建筑、冷鏈等行業(yè)，極大地降低了日常生活中的能耗；另外，該材料還可以回收利用，符合我國(guó)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。隨著科技、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料的開發(fā)與應(yīng)用研究仍需不斷深入，以滿足新時(shí)期環(huán)保、節(jié)能領(lǐng)域的更高要求。