李　婷

湖北武漢市漢江基建材料工程公司

建筑保溫硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料的發(fā)泡工藝與應(yīng)用

李婷

湖北武漢市漢江基建材料工程公司

介紹了建筑保溫硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料功用產(chǎn)品類型和特性，在此基礎(chǔ)上闡述了聚酯氨的發(fā)泡原料及其添加劑，給出了聚酯氨泡沫的生產(chǎn)方法，最后論述了建筑保溫用聚酯氨泡沫在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用。

建筑保溫；聚酯氨泡沫；發(fā)泡工藝與應(yīng)用

1　硬質(zhì)聚氨酷泡沫塑料是建筑節(jié)能的最佳材料之一

建筑節(jié)能是我國節(jié)能工作的一個主要領(lǐng)域。在國民經(jīng)濟(jì)諸耗能部門中，建筑能耗約占總能耗的30%～50%。這是由于建筑保溫設(shè)計及構(gòu)造不合理、采用保溫材料不當(dāng)造成的。建筑保溫體系的高性能化必然要依賴于保溫材料性能的大幅度提高，硬質(zhì)聚氨酯泡沫是我國建筑外墻保溫體系走向高性能化的途徑之一。它具有良好的物理性能、聲學(xué)性能、化學(xué)性能和電學(xué)性能，其導(dǎo)熱率約為聚苯乙烯泡沫塑料的40%。且具有足夠的強(qiáng)度和粘結(jié)能力，是優(yōu)秀的隔熱材料，再之硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料的施工成型極為方便、價格亦便宜，因此它的應(yīng)用范圍十分廣泛。聚氨酯泡沫塑料應(yīng)用范圍幾乎滲透到國民經(jīng)濟(jì)各部門，特別在家具、床具、運(yùn)輸、冷藏、建筑、絕熱等部門使用得十分普遍，已成為不可缺少的材料之一。成為塑料中應(yīng)用范圍最廣的品種之一。聚氨酯軟泡主要應(yīng)用于家具、床具及其他家用品，如沙發(fā)和座椅、靠背墊，床墊和枕頭；聚氨酯硬泡主要用于絕熱保溫，冷藏冷凍設(shè)備及冷庫，絕熱板材，墻體保溫，管道保溫，儲罐的絕熱，單組分泡沫填縫材料等。

建筑節(jié)能是一項系統(tǒng)工程，根據(jù)測算，平均半分開房屋的熱損失：墻壁為35%，屋頂20%，空氣流通19%，門窗17%，地板9%，顯然房屋熱損失的主要部位是墻壁和屋頂，這兩個部位如果解決得好，其所消耗的燃料可以減少20%～25%。采用新型憎水輕質(zhì)保溫材料一硬質(zhì)聚氨酷泡沫塑料是建筑節(jié)能的最佳措施之一。

硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料是以異氰酸酯和多元醇兩組份液體為主要原料，在發(fā)泡劑、催化劑、改性劑、阻燃劑、抗老化劑等多種助劑的作用下，通過專用設(shè)備按照特定比例均勻混合、高壓噴涂、現(xiàn)場無氟發(fā)泡形成的高分子聚合物新型防水保溫材料。它擁有連續(xù)致密的表層及閉孔率高達(dá)95%以上的互聯(lián)壁高強(qiáng)度蜂窩結(jié)構(gòu)，是集防水、保溫、隔熱、隔汽、防腐等多種功能于一體的新型節(jié)能材料。硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料在歐美發(fā)達(dá)國家已經(jīng)使用30多年，應(yīng)用相當(dāng)普及，已經(jīng)顯示出較聚苯乙烯板、膠粉聚苯顆粒砂漿等其他保溫體系更為巨大的優(yōu)勢和更廣泛的適用性。

目前常用的是異氰酸酯和異氰脲酸酯硬質(zhì)PUR泡沫塑料兩種。由于這種高聚物具有獨(dú)特的加工性能，因而被廣泛應(yīng)用于工業(yè)及日常生活中，特別是在建筑工程中得到了廣泛的應(yīng)用。

2　保溫硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料的功用與產(chǎn)品類型

硬質(zhì)聚氨酯（PUR）泡沫塑料是由二元或多元有機(jī)異氰酸酯與多元醇化合物和其它助劑相互發(fā)生反應(yīng)而成的高分子聚合物，分為軟質(zhì)、半硬質(zhì)和硬質(zhì)幾種，用于絕熱材料的主要是硬質(zhì)PUR泡沫塑料。泡沫塑料是聚氨酯合成材料的主要品種之一，它的主要特征是多孔性，因而相對密度小，比強(qiáng)度高。硬質(zhì)PUR泡沫塑料又分為澆注型、噴涂型、低密度型、高強(qiáng)度型、聚氨酯-異氰酸酯型、聚氨酯碳素型、高耐熱型硬質(zhì)泡沫塑料等。

根據(jù)所用原料不同和配方變化，可制成軟質(zhì)、半硬質(zhì)和硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料等幾種；若按所用多元醇品種分類可分為聚酯型、聚醚型和蓖麻油型聚氨酯泡沫塑料等；若按其發(fā)泡方法分類有塊狀、模塑和噴涂聚氨酯泡沫塑料等類型。

聚氨酯硬質(zhì)泡沫是以異氰酸酯和聚醚為主要原料，在發(fā)泡劑、催化劑、阻燃劑等多種助劑的作用下，通過專用設(shè)備混合經(jīng)高壓噴涂現(xiàn)場發(fā)泡而成的高分子聚合物。聚氨酯泡有軟泡和硬泡兩種。軟泡為開孔結(jié)構(gòu)，硬泡為閉孔結(jié)構(gòu)；軟泡又分為結(jié)皮和不結(jié)皮兩種。

聚氨酯軟泡的主要功能是緩沖。聚氨酯軟泡常用于沙發(fā)家具、枕頭、坐墊、玩具、服裝和隔音內(nèi)襯，聚氨酯硬泡體是一種具有保溫與防水功能的新型合成材料，其導(dǎo)熱系數(shù)低，僅0.022～0.024 W/(m·K)，相當(dāng)于擠塑板的一半，是目前所有保溫材料中導(dǎo)熱系數(shù)最低的。硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料主要應(yīng)用在建筑物外墻保溫，屋面防水保溫一體化、冷庫保溫隔熱、管道保溫材料、建筑板材、冷藏車及冷庫隔熱材等。

聚氨酯泡沫塑料的高效節(jié)能，填充后無縫隙，固化后粘結(jié)強(qiáng)固；防震抗壓，固化后不開裂，不腐化，不脫落；具有超低溫?zé)醾鲗?dǎo)率，耐候保溫；高效絕緣，隔音，固化后防水防潮；填縫劑可粘附在混凝土，涂層，墻體，木材及塑料表面。聚氨酯泡沫塑料的產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域：門窗工程安裝，家庭裝修；密封固定木質(zhì)，塑鋼，鋁合金及其他金屬門窗框；包裹密封電纜電線盒，空調(diào)管，保溫冷熱水管；填充磚石建筑的空洞；填補(bǔ)船體的空隙；家庭維修填充孔洞縫隙，地磚、地板的修補(bǔ)；造景園藝插花，園藝造景、布景，輕便美觀；廣告展覽模型、沙盤的制造、展板修補(bǔ)；包裝運(yùn)輸貴重易碎商品包裹；冷藏空調(diào)冷庫、空調(diào)機(jī)周邊的填縫、密封保溫等等。用于工業(yè)及民用建筑、商業(yè)建筑、冷庫建筑等的墻體、屋面、地板、天花板等結(jié)構(gòu)的建筑材料等。

硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料是由有機(jī)異氰酸酯與多元醇化合物相互作用而得的高分子聚合物材料。它是一種性能優(yōu)良的結(jié)構(gòu)材料和絕熱材料，一般而言，較高密度的硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料可用作結(jié)構(gòu)材料，較低密度的硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料主要用作隔熱保溫材料。它多為閉孔結(jié)構(gòu)，比強(qiáng)度大、重量輕、施工方便，同時還具有電絕緣、防震、隔音、耐溶劑、耐寒、耐熱等特點(diǎn)。它用途非常廣，例如用于房屋建筑的保溫結(jié)構(gòu)以及石油化工管道、冰箱等的隔熱保溫。

硬質(zhì)聚氨酯與聚苯乙烯泡沫塑料的主要工程特性對比分析密度是泡沫塑料的一項重要性能指標(biāo)。密度對泡沫的其他性能有明顯的影響。不同使用對象，選用的泡沫塑料密度不等。

泡沫塑料是聚氨酯合成材料的主要品種之一，它的主要特征是多孔性，因而相對密度小，比強(qiáng)度高。根據(jù)所用的原料不同和配方變化，可制成軟質(zhì)、半硬質(zhì)和硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料等幾種；若按所用的多元醇品種分類又可分為聚酯型，聚醚型和蓖麻油型聚氨酯泡沫塑料等；若按發(fā)泡方法分類又有塊狀、模塑和噴涂聚氨酯泡沫塑料等類型。聚氨酯泡沫塑料應(yīng)用范圍十分廣泛，幾乎滲透到國民經(jīng)濟(jì)各部門，特別在家具、床具、運(yùn)輸、冷藏、建筑、絕熱等部門使用得十分普遍，已成為不可缺少的材料之一。成為塑料中應(yīng)用范圍最廣的品種之一。聚氨酯軟泡主要應(yīng)用于家具、床具及其他家用品，如沙發(fā)和座椅、靠背墊，床墊和枕頭；聚氨酯硬泡主要用于絕熱保溫，冷藏冷凍設(shè)備及冷庫，絕熱板材，墻體保溫，管道保溫，儲罐的絕熱，單組分泡沫填縫材料等。

3　保溫硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料的產(chǎn)品特性

在建筑領(lǐng)域，設(shè)計建筑時必須考慮絕熱保溫、提高能源效率和降低能耗等問題。硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料不僅具有質(zhì)輕、比強(qiáng)度大、隔熱、隔音、隔潮、耐腐蝕和防滲漏等性能，同時還具有良好的粘接性和加工性能，可現(xiàn)場施工，又可預(yù)制成構(gòu)件組裝，滿足建筑物輕量化、降低造價節(jié)能等要求。在各類聚氨酯制品中，聚氨酯泡沫塑料是最重要的一部分，它的主要特征是具有多孔性，因而相對密度小，比強(qiáng)度高。硬質(zhì)聚氨酯泡沫材料的性能特點(diǎn)如下：

（1）導(dǎo)熱系數(shù)低，保溫隔熱效果好

硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料突出優(yōu)點(diǎn)之一是導(dǎo)熱系數(shù)低，低于發(fā)泡聚苯乙烯（EPS）的導(dǎo)熱系數(shù)，硬質(zhì)聚氨酯發(fā)泡時閉孔率高，在同樣保溫效果下，保溫層厚約相當(dāng)于EPS的一半，因此在相同條件下，50 mm厚的硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料的保溫效果相當(dāng)于80 mm厚的EPS、90 mm厚的礦棉、100mm厚的軟木、130 mm厚纖維板、280 mm厚的木板或760 mm厚的混凝土。在目前所有保溫材料中導(dǎo)熱系數(shù)最低，熱工性能優(yōu)越。

（2）體積密度小

目前用于保溫的大多數(shù)硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料的體積密度約為35～40 kg/m3，抗壓強(qiáng)度＞0.2MPa。該材料質(zhì)量輕，但仍能承受一定的機(jī)械荷載且硬度很高，因此在堅固抗壓結(jié)構(gòu)建筑中是一種比較理想的材料。該材料具有類似木材特性，可鋸、易切割，可針對各種要求完成定制保溫層的鋪設(shè)。硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料是建筑物的屋頂、天花板、墻板、地板等部位保溫節(jié)能的理想材料。窗架、窗扇、窗框、門框等構(gòu)件則可用密度較高的聚氨酯硬質(zhì)泡沫結(jié)構(gòu)制作。

（3）粘結(jié)性能好

硬質(zhì)聚氨酯泡沫直接噴涂于墻體，通過噴槍形成混合物發(fā)泡成型，液體物料具有滲透性、流動性，可進(jìn)入到墻面基層空隙中發(fā)泡，與基層牢固地粘合并起到密封空隙的作用。

（4）防水性能好

硬質(zhì)聚氨酯泡沫吸水率低，抗水蒸氣滲透性好。聚氨酯硬泡多為閉孔結(jié)構(gòu)，具有絕熱效果好、重量輕、比強(qiáng)度大、施工方便等優(yōu)良特性，同時還具有隔音、防震、電絕緣、耐熱、耐寒、耐溶劑等特點(diǎn)，廣泛用于冰箱、冰柜的箱體絕熱層、冷庫、冷藏車等絕熱材料，建筑物、儲罐及管道保溫材料，少量用于非絕熱場合，如仿木材、包裝材料等。一般而言，較低密度的聚氨酯硬泡主要用作隔熱（保溫）材料，較高密度的聚氨酯硬泡可用作結(jié)構(gòu)材料（仿木材）。

4　聚氨酯的發(fā)泡原料及添加劑

聚氨酯硬質(zhì)泡沫是以異氰酸酯和聚醚為主要原料，在發(fā)泡劑、催化劑、阻燃劑等多種助劑的作用下，通過專用設(shè)備混合，經(jīng)高壓噴涂現(xiàn)場發(fā)泡而成的高分子聚合物。

異氰酸酯是異氰酸的各種酯的總稱。若以-NCO基團(tuán)的數(shù)量分類，包括單異氰酸酯RN=C=O和二異氰酸酯O=C=N-R-N=C=O及多異氰酸酯等。甲苯二異氰酸酯（TDI）為無色有強(qiáng)烈刺鼻味的液體，沸點(diǎn)251℃，比重1.22，遇光變黑，對皮膚、眼睛有強(qiáng)烈刺激作用，并可引起濕疹與支氣管哮喘，主要用于聚氨酯泡沫塑料、涂料、合成橡膠、絕緣漆、粘合劑等。根據(jù)其成分，甲苯二異氰酸酯屬含氮基的有機(jī)化合物。二苯基甲烷二異氰酸酯（MDI）分為純MDI和粗MDI。純MDI常溫下為白色固體，加熱時有刺激臭味，沸點(diǎn)196℃，主要用于聚氨酯硬泡沫塑料、合成纖維、合成橡膠、合成革、粘合劑等。根據(jù)其成分，純二苯基甲烷二異氰酸酯也屬含氮基的有機(jī)化合物。

異氰酸酯和多元醇是聚氨酯發(fā)泡體系的兩個主要組成部分。我國有機(jī)異氰酸酯工業(yè)從二十世紀(jì)五十年代初開始至今，依靠自己的技術(shù)力量開發(fā)了甲苯二異氰酸酯（TDI）、多亞甲基多苯基多異氰酸酯（PAPI）。自80年代起，我國開始形成了以引進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)甲苯二異氰酸酯（TDI）、二苯基甲烷二異氰酸酯（MDI）和多亞甲基多苯基多異氰酸酯（PAPI）為主，三苯基甲烷三異氰酸酯（TTI）輔以自主開發(fā)的技術(shù)生產(chǎn)六亞甲基二異氰酸酯（HDI），等小噸位品種異氰酸酯的生產(chǎn)格局。

多元醇是制備聚氨酯膠粘劑的主要原料，因其分子結(jié)構(gòu)的不同其性能也各不相同。多元醇大多數(shù)都具有沸點(diǎn)高，對極性物質(zhì)溶解能力強(qiáng)，毒性和揮發(fā)性小等特性的黏性液體或結(jié)晶狀固體。其沸點(diǎn)、黏度、相對密度和熔點(diǎn)等隨分子量增加而增加。采用結(jié)構(gòu)規(guī)整的多元醇所合成的聚氨酯膠粘劑具有較強(qiáng)的結(jié)晶性和較高的粘接強(qiáng)度；帶有側(cè)鏈甲基的多元醇所制備的聚氨酯膠粘劑具有較好的光澤度和亮度；用聚醚型多元醇所制備的聚氨酯膠粘劑具有較低的玻璃化溫度、較好的柔韌性和耐水性能等。選用不同相對分子質(zhì)量和不同分子結(jié)構(gòu)的多元醇可合成不同使用性能的聚氨酯膠粘劑。由不同類型及不同分子結(jié)構(gòu)的多元醇所制備的聚氨酯膠粘劑具有不同的性能和用途。利用電暈放電等方法來制備和改善聚氨酯膠粘劑的粘接性能。聚氨酯用多元醇主要有聚醚多元醇和聚酯多元醇，其中前者產(chǎn)量較大。近年來國產(chǎn)聚醚的產(chǎn)量和品種都有很大改善，開發(fā)了耐高溫聚醚、阻燃聚醚、芳香族聚醚、高固含量苯乙烯、丙烯睛接枝聚合物多元醇等許多聚醚新品種。隨著引進(jìn)裝置的相繼投產(chǎn)和對產(chǎn)品質(zhì)量的不斷改進(jìn)，我國聚醚多元醇生產(chǎn)能力成倍增，產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到、有的己經(jīng)超過國外同類產(chǎn)品的水平。

發(fā)泡劑就是使對象物質(zhì)成孔的物質(zhì)，它可分為化學(xué)發(fā)泡劑和物理發(fā)泡劑和表面活性劑三大類?；瘜W(xué)發(fā)泡劑是那些經(jīng)加熱分解后能釋放出二氧化碳和氮?dú)獾葰怏w，并在聚合物組成中形成細(xì)孔的化合物；物理發(fā)泡劑就是泡沫細(xì)孔是通過某一種物質(zhì)的物理形態(tài)的變化，即通過壓縮氣體的膨脹、液體的揮發(fā)或固體的溶解而形成的；發(fā)泡劑均具有較高的表面活性，能有效降低液體的表面張力，并在液膜表面雙電子層排列而包圍空氣，形成氣泡，再由單個氣泡組成泡沫。

化學(xué)發(fā)泡劑的發(fā)泡原理是根據(jù)異氰酸酯分子結(jié)構(gòu)中的異氰酸根基團(tuán)可以和發(fā)泡劑分子上的輕基、氨基等多種基團(tuán)發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生的小分子氣他（如CO2）被封存于固化后的體系中，就形成了泡孔?；瘜W(xué)發(fā)泡劑中最普通的就是水，因其污染小、成本低、工藝簡便、發(fā)泡效果好而得到了廣泛應(yīng)用。物理發(fā)泡劑主要是一些低沸點(diǎn)的小分子，常溫下一般是液體，其發(fā)泡原理是依靠與多元醇反應(yīng)時放出的熱量使發(fā)泡劑溫度升至沸點(diǎn)以上，形成氣體，產(chǎn)生泡孔。其中氟里昂發(fā)泡劑是硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料理想的發(fā)泡劑。常用的物理發(fā)泡劑有低沸點(diǎn)的烷烴和氟碳化合物。物理發(fā)泡劑是復(fù)配型物理發(fā)泡劑，不僅具有發(fā)泡倍數(shù)高、泡沫穩(wěn)定性好、泌水量低等優(yōu)點(diǎn)，同時還能對菱鎂水泥起到一定的改性作用，降低產(chǎn)品返鹵泛霜的概率。物理發(fā)泡劑已廣泛應(yīng)用于防火板、輕質(zhì)隔墻板等發(fā)泡菱鎂制品的生產(chǎn)，并且在某些產(chǎn)品中具有事關(guān)成敗的關(guān)鍵性作用。

泡沫穩(wěn)定劑已被證實是泡沫生產(chǎn)中的關(guān)鍵組分之一。它們使氣孔細(xì)密均勻，當(dāng)體系處于低黏度階段時，它使孔壁穩(wěn)定/氣孔能生長到適合于開孔的厚度，為最后開孔創(chuàng)造條件。泡沫體類型不同，使用的穩(wěn)定劑類型也不同。它的主要作用是成核和乳化配方中的各個組分。泡沫配方中各個組分的相容性并不好，所以需要具有較強(qiáng)乳化能力的穩(wěn)定劑將它們?nèi)榛靹?。而軟泡是用水作發(fā)泡劑的，在配方中占聚醚重量的3%～5%，水和異氰酸酯反應(yīng)的速率較異氰酸醋與多元醇高，所以在發(fā)泡初期有大量的固體聚脲生成，它是一種消泡劑，可以幫助開孔及爆孔。開孔及爆孔是軟泡發(fā)泡必須出現(xiàn)的階段，否則便會出現(xiàn)閉孔現(xiàn)象，致使泡沫性能下降。但開孔及爆孔必須在發(fā)泡反應(yīng)和凝膠反應(yīng)基本完成并達(dá)到平衡時出現(xiàn)。即在泡沫升至最高點(diǎn)而且泡的強(qiáng)度已能支撐自身重量之時，否則也會導(dǎo)致泡沫塌陷。所以軟汽勻泡劑的另一重要作用就是在發(fā)泡初期能夠溶解反應(yīng)生成的聚脲在發(fā)泡后期能幫助開孔和爆孔。泡沫穩(wěn)定劑能降低聚氨酯原料混合物的表面張力，在泡沫升起至熟化期間，通過表面張力防止泡沫的熱力學(xué)非穩(wěn)態(tài)出現(xiàn)的物質(zhì)。泡沫穩(wěn)定劑對于聚氨酯泡沫材料中泡孔的形成、穩(wěn)定、孔徑大小的調(diào)節(jié)都起到至關(guān)重要的作用，其中應(yīng)用最廣的是有機(jī)硅泡沫穩(wěn)定劑，主要由低含氫聚硅氧烷和端烯丙基聚醚在鉑催化劑作用下合成制得。

5　保溫硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料的基本生產(chǎn)方法

聚氨酯硬泡一般為室溫發(fā)泡，成型工藝比較簡單。按施工機(jī)械化程度可分為手工發(fā)泡和機(jī)械發(fā)泡。根據(jù)發(fā)泡時的壓力，可分為高壓發(fā)泡和低壓發(fā)泡。按成型方式可分為澆注發(fā)泡和噴涂發(fā)泡。澆注發(fā)泡按具體應(yīng)用領(lǐng)域、制品形狀又可分為塊狀發(fā)泡、模塑發(fā)泡、保溫殼體澆注等。根據(jù)發(fā)泡體系可發(fā)為HCFC發(fā)泡體系、戊烷發(fā)泡體系和水發(fā)泡體系等，不同的發(fā)泡體系對設(shè)備的要求不一樣。按是否連續(xù)化生產(chǎn)可分為間歇法和連續(xù)法。間歇法適合于小批量生產(chǎn)。連續(xù)法適合于大規(guī)模生產(chǎn)，采用流水線生產(chǎn)方法效率高。按步驟中是否需預(yù)聚可分為一步法和預(yù)聚法（或半預(yù)聚法）。

手工發(fā)泡及機(jī)械發(fā)泡在不具備發(fā)泡機(jī)、模具數(shù)量少和泡沫制品的需要量不大時可采用手工澆注的方法成型。手工發(fā)泡勞動生產(chǎn)率低，原料利用率低，有不少原料粘附在容器壁上。成品率也較低。開發(fā)新配方，以及生產(chǎn)之前對原料體系進(jìn)行例行檢測和配方調(diào)試，一般需先在實驗室進(jìn)行小試，即進(jìn)行手工發(fā)泡試驗。在生產(chǎn)中，這種方法只適用于小規(guī)?，F(xiàn)場臨時施工、生產(chǎn)少量不定型產(chǎn)品或制作一些泡沫塑料樣品。手工發(fā)泡大致分幾步：確定配方，計算制品的體積，根據(jù)密度計算用料量，根據(jù)制品總用料量一般要求過量5%～15%；清理模具、涂脫模劑、模具預(yù)熱；稱料，攪拌混合，澆注，熟化，脫模。手工澆注的混合步驟為：將各種原料精確稱量后，將多元醇及助劑預(yù)混合，多元醇預(yù)混物及多異氰酸酯分別置于不同的容器中，然后將這些原料混合均勻，立即注入模具或需要充填泡沫塑料的空間中去，經(jīng)化學(xué)反應(yīng)并發(fā)泡后即得到泡沫塑料。在我國，一些中小型工廠中手工發(fā)泡仍占有重要的地位。手工澆注也是機(jī)械澆注的基礎(chǔ)。但在批量大、模具多的情況下手工澆注是不合適的。批量生產(chǎn)、規(guī)模化施工，一般采用發(fā)泡機(jī)機(jī)械化操作效率高。

預(yù)聚體法發(fā)泡工藝是將白料和黑料先制成預(yù)聚體，然后在預(yù)聚體中加入水、催化劑、表面活性劑、其他添加劑等在高速攪拌下混合進(jìn)行發(fā)泡，固化后在一定溫度下熟化即可。

半預(yù)聚體法的發(fā)泡工藝是將部分聚醚多元醇（白料）和二異氰酸酯（黑料）先制成預(yù)聚體，然后將另一部分的聚醚或聚酯多元醇和二異氰酸酯、水、催化劑、表面活性劑、其他添加劑等加入，在高速攪拌下混合進(jìn)行發(fā)泡。

一步發(fā)泡工藝是將聚醚或聚酯多元醇（白料）和多異氰酸酯（黑料）、水、催化劑、表面活性劑、發(fā)泡劑、其他添加劑等原料一步加入，在高速攪拌下混合后進(jìn)行發(fā)泡。一步發(fā)泡工藝是普遍采用的工藝。另外還有手工發(fā)泡法，那是最簡便的方法，將所有原料準(zhǔn)確稱量后，置于一個容器中，然后立即將這些原料混合均勻，注入模具或需要充填泡沫塑料的空間中即可。注意：稱量時一定要將多異氰酸酯（黑料）最后稱入。

早期的聚氨酯硬泡采用預(yù)聚法生產(chǎn)，這是因為當(dāng)時所用的多異氰酸酯原料為TDI-80。由于TDI粘度小，與多元醇的粘度不匹配；TDI在高溫下?lián)]發(fā)性大；且與多元醇、水等反應(yīng)放熱量大，若用一步法生產(chǎn)操作困難，故當(dāng)時多用預(yù)聚法。若把全部TDI和多元醇反應(yīng)，制得的端異氰酸酯基預(yù)聚體粘度很高，使用不便。硬泡生產(chǎn)中所指的預(yù)聚法實際上是“半預(yù)聚法”。即首先TDI與部分多元醇反應(yīng)，制成的預(yù)聚體中NCO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為20%～25%。由于TDI大大過量，預(yù)聚體的粘度較低。預(yù)聚體再和聚酯或聚醚多元醇、發(fā)泡劑、表面活性劑、催化劑等混合，經(jīng)過發(fā)泡反應(yīng)而制得硬質(zhì)泡沫塑料。目前，硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料都是用一步法生產(chǎn)的，也就是各種原料進(jìn)行混合后發(fā)泡成型。為了生產(chǎn)的方便，目前不少廠家把聚醚多元醇或（及）其它多元醇、催化劑、泡沫穩(wěn)定劑、發(fā)泡劑等原料預(yù)混在一起，稱之為“白料”，使用時與粗MDI(俗稱“黑料”)以雙組分形式混合發(fā)泡，仍屬于“一步法”，因為在混合發(fā)泡之前沒有發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

6　保溫硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料的應(yīng)用

隨著能源供需矛盾的日益尖銳，石油化工等管道的保溫措施愈來愈被人們所重視。目前國內(nèi)開始大量采用隔熱性能優(yōu)良的多孔輕質(zhì)保溫材料強(qiáng)化保溫，取得了較為顯著的節(jié)能效果。硬質(zhì)聚氨酪泡休塑料（RPUF）以其優(yōu)良的綜合性能在管道保溫中得到廣泛的應(yīng)用。

聚氨酯發(fā)泡劑是氣霧技術(shù)和聚氨酯泡沫技術(shù)交叉結(jié)合的產(chǎn)物。分管式和槍式上兩種出現(xiàn)海棉狀態(tài)。發(fā)泡膠用作微孔泡沫塑料生產(chǎn)的發(fā)泡劑，一般可分成物理型和化學(xué)型兩類，這是按氣體的產(chǎn)生是物理過程，還是化學(xué)過程來劃分的。聚氨酯發(fā)泡劑全稱單組分聚氨酯泡沫填縫劑，俗稱發(fā)泡劑、發(fā)泡膠、PU填縫劑，英文PU FOAM是氣霧技術(shù)和聚氨酯泡沫技術(shù)交叉結(jié)合的產(chǎn)物。它是一種將聚氨酯預(yù)聚物、發(fā)泡劑、催化劑等組分裝填于耐壓氣霧罐中的特殊聚氨酯產(chǎn)品。當(dāng)物料從氣霧罐中噴出時，沫狀的聚氨酯物料會迅速膨脹并與空氣或接觸到的基體中的水分發(fā)生固化反應(yīng)形成泡沫。爍得聚氨酯泡沫填縫劑，適用范圍廣，具有前發(fā)泡、高膨脹、收縮小等優(yōu)點(diǎn)，且泡沫的強(qiáng)度良好、粘接力高固化后的泡沫具有填縫、粘結(jié)、密封、隔熱、吸音等多種效果，是一種環(huán)保節(jié)能、使用方便的建筑材料，可適用于密封堵漏、填空補(bǔ)縫、固定粘結(jié)，保溫隔音，尤其適用于塑鋼或鋁合金門窗和墻體間的密封堵漏及防水。

一般表干時間在10 min左右（室溫20℃環(huán)境下），全干時間隨環(huán)境溫度和濕度而有所不同，一般情況下，夏季全干時間約4～6 h，冬季零度左右則需要24 h或更長時間才能全干。在正常使用條件下（并在其外表有覆蓋層的情況下），估計其服務(wù)壽命不低于十年，在-10℃～80℃的溫度范圍內(nèi)固化泡沫體均保持良好的彈性和粘結(jié)力。固化后的泡沫具有填縫、粘結(jié)、密封等功能。另外阻燃型聚氨酯發(fā)泡劑能達(dá)到B和C級阻燃。

保溫硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料應(yīng)用時，應(yīng)清除施工表面污物、油脂，并用少許水份濕潤待填充部位。在5℃～40℃溫度范圍內(nèi)使用，若在寒冷季節(jié)施工，建議將罐體在30℃的環(huán)境中預(yù)熱。使用前用力搖動1 min以上。摘下護(hù)蓋，旋上專用施工槍，倒置罐體，慢慢按動槍柄，出料正常即可施工。施工時罐體處于倒置狀態(tài)。施工完即用清洗劑除去槍嘴和閥門上的殘留物，以免固化堵塞。20～30min表干，24 h內(nèi)形成彈性填充結(jié)構(gòu)。成型填充物可切割、打磨、噴涂，本品不耐紫外線，建議進(jìn)一步涂裝。有效期18個月。

保溫硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料應(yīng)用注意事項：將料罐放在兒童觸及不到的地方；禁止刺穿、燃燒料罐及空罐，施工時遠(yuǎn)離火源和熱源；運(yùn)輸、保管過程中嚴(yán)禁明火，避免撞擊和日光曝曬，罐體溫度不得超過45℃；施工時需戴好防護(hù)目鏡和手套并保證通風(fēng)良好。如果泡沫觸及眼睛或皮膚，請立即用大量水沖洗，必要時請就醫(yī)。不可倒置，正常狀態(tài)下罐體處于壓力狀態(tài)，處置不當(dāng)會有爆裂危險。本品含有異氰酸酯成份，未固化泡沫具有刺激性。

泡沫保溫材料具有絕緣、節(jié)能等特點(diǎn)，在很多建筑廣泛使用。傳統(tǒng)的絕緣材料，如玻璃纖維通過噴涂泡沫，在保溫性能上表現(xiàn)也十分優(yōu)越。泡沫保溫材料是聚氨酯的一種，在不同情況下表現(xiàn)出不同的性能。例如，聚氨酯分子遇熱慢慢擴(kuò)大時，酚醛噴霧可以通過固化使其收縮。噴涂聚氨酯泡沫（SPF）可以噴在板材難以到達(dá)的場所，類似“夾心板”結(jié)構(gòu)的墻體之間。工人可以使用一個特殊的噴槍噴灑泡沫在墻體之間或鉆孔內(nèi)，使泡沫膨脹達(dá)到密封效果。

泡沫保溫材料往往比其他類型的絕緣材料更昂貴，這也使其成本更高。提升泡沫的水汽阻隔能力或增加其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性等額外投資似乎是不值得的。此外，泡沫絕緣材料的安置地點(diǎn)是需要考慮的，不應(yīng)該安置在陽光直接照射的地方或暴露在高溫環(huán)境下，大多數(shù)的泡沫材料不能長期處在高溫和強(qiáng)烈的溫度下。SPF絕緣材料在使用之前，須經(jīng)過特殊處理，例如，某些材料在使用時必須經(jīng)過適度的加熱。在暴露的環(huán)境下安裝會使泡沫保溫材料散發(fā)出有害的化學(xué)物質(zhì)，由于許多泡沫保溫材料使用溫室氣體作為發(fā)泡劑，所以必須要遵守的法律規(guī)定厚度水平和分布陣列。泡沫噴劑也有可能釋放有害毒素，這意味著工人需要充分保護(hù)自己避免有害氣體的吸入。

在拆除或改造的情況下保溫泡沫也可能會造成毒素的擴(kuò)散。很多泡沫具有毒性，如果建筑物拆除使用炸藥或其他破壞性的措施，這些有毒物質(zhì)就會蔓延到空氣之中，從而引起工人和生活在周邊地區(qū)居民的不適，更不用說上升到大氣中的影響力。如果建筑物是位于附近社區(qū)的供水地，這些問題的嚴(yán)重性將會大大增加。這些毒素與皮膚接觸引起不適，如果不慎和眼睛接觸后，有可能會導(dǎo)致暫時性失明。因此，泡沫材料移除時需要在低溫下小心進(jìn)行，以確保最大程度的安全。

在我國建設(shè)工程中，硬質(zhì)聚氨酯泡沫在屋面保溫隔熱防水，以及冷庫、大棚、糧庫等保溫隔熱方面都有應(yīng)用，并且大多都有數(shù)十多年的歷史。其中屋面、冷庫等均制訂了相應(yīng)的施工應(yīng)用技術(shù)規(guī)范。推廣應(yīng)用硬質(zhì)聚氨醋泡沫是由其自身高性能決定的，也是我國保溫材料體系走向高性能化的必然要求，保溫體系的高性能化，必然要依賴于保溫材料的保溫性能的大幅度提高。硬質(zhì)聚氨酷泡沫的推廣應(yīng)用在建筑保溫方面特別是在外墻外保溫方面未來幾年內(nèi)將會有較大的發(fā)展。

7 結(jié)語

泡沫保溫材料作為一種節(jié)能環(huán)保的建筑保溫材料，被廣泛用于屋面、外墻的保溫和隔熱工程上。隨著節(jié)能要求的提高和硬質(zhì)聚氨酯泡沫保溫技術(shù)的發(fā)展，聚氨酯硬泡越來越引起建筑保溫行業(yè)的關(guān)注，在外墻外保溫領(lǐng)域的應(yīng)用技術(shù)研究也在近幾年開始起步，各地都有不少的工程實例。由于聚氨酯的可塑性極佳，材料性能實用性強(qiáng)，應(yīng)用范圍正日益擴(kuò)大，是一種不可多得的建筑材料。但是如果其安全預(yù)防措施采取不當(dāng)，也將存在事故隱患。尤其在安裝和移除時都需要十分小心，在發(fā)生災(zāi)難的情況下，救援人員需要采取特殊保護(hù)措施才能在幫助別人的同時也保護(hù)自己的安全。

INFORMATION AND DYNAMIC

節(jié)能信息與動態(tài)

上海市首批低碳社區(qū)創(chuàng)建試點(diǎn)現(xiàn)場核查會議召開

近日，楊浦區(qū)延吉新村街道召開了上海市首批低碳社區(qū)創(chuàng)建試點(diǎn)現(xiàn)場核查會議，市、區(qū)發(fā)改委，市認(rèn)證協(xié)會，節(jié)能低碳領(lǐng)域?qū)＜?，街道辦事處有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)及相關(guān)科室負(fù)責(zé)同志出席了會議。各位專家通過視察，指出了創(chuàng)建工作的亮點(diǎn)及不足，并對低碳社區(qū)創(chuàng)建的收尾工作提出了建議和要求。

辦事處有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)對低碳社區(qū)創(chuàng)建工作做了總結(jié)：一是高度重視。延吉新村街道辦事處對上海市首批低碳社區(qū)創(chuàng)建試點(diǎn)工作高度重視，推進(jìn)工作抓得緊、抓得嚴(yán)、抓得細(xì)、抓得實。二是回應(yīng)需求。低碳社區(qū)創(chuàng)建呼應(yīng)社區(qū)居民需求，通過總結(jié)創(chuàng)建經(jīng)驗、培育低碳理念、引入專家機(jī)構(gòu)，提升低碳社區(qū)創(chuàng)建水平，提高社區(qū)居民滿意度和認(rèn)同感。三是突出特色。低碳社區(qū)創(chuàng)建整體工作突出先行先試，不斷積極探索創(chuàng)建特色，總結(jié)成功模式，形成可持續(xù)機(jī)制，起到引領(lǐng)示范效果。

（楊浦區(qū)）

Foaming Process and Application of Building Thermal Insulation Rigid Polyurethane Foam Plastics

Li Ting
Hubei Province Wuhan City Hanjiang Infrastructure Construction Materials Engineering Company

The article introduces functions, product types and characteristics of building thermal insulation rigid polyurethane foam plastics. Based on study data, the author discusses foaming raw materials and its additives of polyurethane foam and concludes that production method of polyurethane foam and finally mentions architecture application of polyurethane foam for building thermal insulation.

Building Thermal Insulation, Polyurethane Foam, Foaming Process and Application

10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2016.11.010

李婷：（1986-），女，專科，工程師。