楊 超

（1.福建省儲(chǔ)備糧管理有限公司，福建 福州 350001；2.福建省儲(chǔ)備糧管理有限公司漳州直屬庫(kù)，福建 漳州 363005）

隨著充氮?dú)庹{(diào)、空調(diào)控溫等綠色儲(chǔ)糧技術(shù)的應(yīng)用推廣，倉(cāng)房氣密性、隔熱性等倉(cāng)儲(chǔ)性能愈發(fā)重要。福建省地處儲(chǔ)糧生態(tài)高溫高濕區(qū)，倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)施保持較好的氣密性和隔熱性對(duì)于儲(chǔ)糧安全和質(zhì)量穩(wěn)定有著重要的基礎(chǔ)作用。根據(jù)《糧油儲(chǔ)藏技術(shù)規(guī)范》和《糧油儲(chǔ)藏平房倉(cāng)氣密性要求》的規(guī)定，倉(cāng)房墻體的導(dǎo)熱系數(shù)應(yīng)小于0.7 W/(m·K)，平房倉(cāng)氣密性熏蒸倉(cāng)三級(jí)應(yīng)達(dá)到500 Pa降至250 Pa的半衰期不小于40 s，氣調(diào)倉(cāng)三級(jí)應(yīng)達(dá)到500 Pa降至250 Pa的半衰期不小于120 s，而由于在糧倉(cāng)建設(shè)中的主觀認(rèn)識(shí)和經(jīng)濟(jì)因素，以及倉(cāng)儲(chǔ)建設(shè)和倉(cāng)儲(chǔ)工藝的脫節(jié)，往往存在倉(cāng)房隔熱性和氣密性不足的情況，導(dǎo)致儲(chǔ)糧階段熏蒸或氣調(diào)失敗、儲(chǔ)糧品質(zhì)快速下降、糧溫升高結(jié)露等問(wèn)題[1]。聚氨酯材料以其優(yōu)異隔熱、防潮、防水、耐磨和高彈性等特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于汽車(chē)制造、航空航天、醫(yī)療和農(nóng)業(yè)等許多領(lǐng)域，是提高倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)施氣密和隔熱性能的優(yōu)質(zhì)材料。本文闡述了聚氨酯材料的特點(diǎn)，并簡(jiǎn)要介紹聚氨酯硬泡材料在糧庫(kù)應(yīng)用的兩種工藝和應(yīng)用效果，為推廣聚氨酯材料在糧庫(kù)的應(yīng)用提供理論數(shù)據(jù)。

1 聚氨酯材料的特點(diǎn)

聚氨酯材料（PU），全稱(chēng)聚氨基甲酸酯，是主鏈上含有重復(fù)氨基甲酸酯基團(tuán)（—NHCOO—）的大分子化合物的統(tǒng)稱(chēng)，由多（聚）異氰酸酯和多元醇等擴(kuò)鏈劑或交聯(lián)劑等加聚合成的聚合物，通過(guò)改變?cè)戏N類(lèi)及組成，可以大幅度改變聚合物形態(tài)和性能，得到從柔軟到堅(jiān)硬的不同產(chǎn)品[2]。

1.1 聚氨酯材料隔熱性良好

聚氨酯材料具有絕佳的隔熱性，導(dǎo)熱系數(shù)可達(dá)0.018～0.023 W/(m·K)，小于空氣導(dǎo)熱系數(shù)，適宜用于全國(guó)各個(gè)地區(qū)倉(cāng)房屋面隔熱層，50 mm厚的聚氨酯硬質(zhì)泡沫塑料保溫效果相當(dāng)于90 mm厚的礦棉、760 mm厚的混凝土。王薇[3]比較了噴涂聚氨酯硬泡材料、噴聚乙烯泡沫和屋面無(wú)水石膏三種材料的隔熱性能，發(fā)現(xiàn)聚氨酯硬泡材料的隔熱性能最理想。在糧倉(cāng)常用的建筑材料中，聚氨酯材料導(dǎo)熱系數(shù)最低，見(jiàn)表1。

表1 常用建筑隔熱材料熱導(dǎo)率

1.2 聚氨酯材料粘結(jié)性能良好

聚氨酯泡沫可直接噴涂于墻體，從而使混合物發(fā)泡成型，液體物料具有滲透性、流動(dòng)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的作用。聚氨酯泡沫粘結(jié)強(qiáng)度在0.294 MPa以上，在實(shí)際工作中常用于熏蒸或充氮前倉(cāng)房孔洞的密封和倉(cāng)門(mén)、倉(cāng)窗的密封，提高倉(cāng)房氣密性。

1.3 聚氨酯材料防水性能好

硬質(zhì)聚氨酯由于閉孔率高達(dá)92%以上，能在泡沫體外形成一層光滑的膜，因此泡沫吸水率低，抗水蒸氣滲透性好，不易透水。在施工連續(xù)情況下，整體防水效果好，且不會(huì)因吸潮而增大導(dǎo)熱系數(shù)，防水性能可靠。

1.4 改性聚氨酯材料阻燃性能好

聚氨酯材料極易燃燒，目前主要通過(guò)添加無(wú)機(jī)阻燃劑或有機(jī)阻燃劑的方法來(lái)提高其阻燃性能，改性后的材料遇火燃燒時(shí)其表面會(huì)形成致密碳化層，能有效阻止火焰繼續(xù)蔓延[4]。添加阻燃劑的聚氨酯材料防火等級(jí)可以達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的B1級(jí)，防火性能極佳，能滿足消防要求。

2 聚氨酯材料的老化和降解

2.1 熱氧老化

聚氨酯的熱氧降解主要是對(duì)分子鏈中醚鍵的氧化，隨著溫度升高而加強(qiáng)，最終導(dǎo)致分子醚鍵斷裂，物理性能下降。聚氨酯材料的熱氧老化反應(yīng)在80 ℃開(kāi)始，超過(guò)100 ℃加速進(jìn)行[5]。

2.2 聚氨酯的水解

聚氨酯由于有酯基、氨基甲酸球基的存在，使其耐水性不佳。水分子與聚氨酯大分子中的易于水解基團(tuán)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使分子鍵斷裂而降解，導(dǎo)致力學(xué)性能降低。

2.3 聚氨酯的光老化降解

聚氨酯材料受光照射（自然光、紫外光等）、吸收一定波長(zhǎng)的光后，聚合物中分子鍵斷裂，導(dǎo)致產(chǎn)品的物理性能下降；同時(shí)降解生成的二酮一酞亞氨結(jié)構(gòu)，使聚氨酯顏色加深。

2.4 化學(xué)物質(zhì)對(duì)聚氨酯材料的降解

化學(xué)物質(zhì)對(duì)聚氨酯材料的降解是以二甘醇、磷酸酯、磷酸二烴酯等化學(xué)物質(zhì)為分解劑，在一定的條件下，將聚氨酯分解成微孔聚氨酯彈性體的過(guò)程。聚氨酯的化學(xué)分解主要用于聚氨酯廢舊料的處理，使之分解成中間體，達(dá)到回收再利用的目的。

3 聚氨酯硬泡材料的應(yīng)用工藝

聚氨酯硬泡材料是聚氨酯材料的一種，在糧庫(kù)中有兩種應(yīng)用工藝。

3.1 現(xiàn)場(chǎng)發(fā)泡噴涂工藝

聚氨酯硬泡材料的現(xiàn)場(chǎng)發(fā)泡噴涂工藝是提升糧倉(cāng)氣密性的有效措施。工藝使用兩種化工原料，A料是有機(jī)異氰酸酯，B料是多元醇，加入阻燃劑、發(fā)泡劑和催化劑等，經(jīng)發(fā)泡機(jī)加壓、加溫，從保溫管道送到噴槍混合室內(nèi)混合，用壓縮空氣噴涂。發(fā)泡噴涂分三道工序：第一道工序是處理倉(cāng)房墻面面層，去除粉刷層，清理污物，使墻面平整牢固，增強(qiáng)發(fā)泡材料的附著力；第二道工序是分兩次均勻噴涂硬泡專(zhuān)用隔汽界面劑漿液，第一次涂層要求所配制的界面劑黏度稍低些，使其向混凝土內(nèi)滲透，提高粘結(jié)強(qiáng)度，堵塞表面毛細(xì)孔，第二次要求配制漿液成膜性要好；第三道工序是多次分層噴涂聚氨酯硬泡，第一層僅在混凝土面上薄薄地噴涂一層，厚度約為0.5～1.0 mm，作為聚氨酯與基層的結(jié)合層，剩余層要求每層噴涂的厚度不得大于30 mm。

聚氨酯硬泡現(xiàn)場(chǎng)發(fā)泡噴涂工藝存在的問(wèn)題：一是噴涂中易產(chǎn)生噴涂不均勻,平整度難以保證；二是施工期間對(duì)天氣和溫度比較敏感，一般要求施工當(dāng)天大氣溫度15 ℃以上，空氣相對(duì)濕度小于85%，施工現(xiàn)場(chǎng)的風(fēng)力小于3級(jí)；三是面層處理需要精準(zhǔn)的技術(shù)，處理不當(dāng)會(huì)產(chǎn)生起鼓、裂紋、脫落等現(xiàn)象；四是噴涂現(xiàn)場(chǎng)易產(chǎn)生聚氨酯泡沫的漂浮，并且有刺激性氣味，因此現(xiàn)場(chǎng)要有較好的通風(fēng)條件，同時(shí)保證在噴涂或結(jié)束后，施工現(xiàn)場(chǎng)2 d內(nèi)沒(méi)有電焊、切割等明火作業(yè)。

3.2 預(yù)制保溫板工藝

預(yù)制保溫板工藝是按照倉(cāng)房墻面尺寸定制聚氨酯保溫板尺寸及厚度（20～50 mm），將聚氨酯保溫板安裝在倉(cāng)房?jī)?nèi)墻面的措施。工藝流程為：尺寸設(shè)計(jì)→清除墻體面層→施放水平垂直基準(zhǔn)控制線→聚氨酯保溫板粘結(jié)墻面→聚氨酯保溫板交連處打入密封膠→板面垃圾清理。

預(yù)制保溫板工藝可以依據(jù)預(yù)制尺寸優(yōu)勢(shì)增強(qiáng)倉(cāng)房氣密性，但是板與板、板與地面交連處存在氣密性漏洞，且容易產(chǎn)生與墻面粘結(jié)效果不良問(wèn)題，目前已有改進(jìn)工藝，在施工中利用公母槽拼接板技術(shù)，并使用中性耐候性硅酮膠粘結(jié)和密封，增加粘合強(qiáng)度，可以達(dá)到預(yù)期效果。

4 聚氨酯硬泡材料的改造應(yīng)用實(shí)驗(yàn)

4.1 改造倉(cāng)房情況

選擇福建省儲(chǔ)備糧管理有限公司漳州直屬庫(kù)倉(cāng)房為實(shí)驗(yàn)倉(cāng)房，均為2009年統(tǒng)一建造磚混結(jié)構(gòu)高大平房倉(cāng)，倉(cāng)房長(zhǎng)48 m，寬24 m，墻體厚度50 cm，糧堆安全線高度6 m，設(shè)計(jì)倉(cāng)容4 700 t。實(shí)驗(yàn)倉(cāng)屋頂使用菱鎂板架空層隔熱，墻體和架空層面層使用白色涂料粉刷，倉(cāng)內(nèi)設(shè)酚醛板吊頂，門(mén)窗、通風(fēng)口均采用保溫材料填充密實(shí)，提高隔熱性能。P2倉(cāng)采用現(xiàn)場(chǎng)發(fā)泡噴涂工藝，P3倉(cāng)采用預(yù)制保溫板工藝，對(duì)照倉(cāng)（P6）未改造。

4.2 改造前后氣密性變化

根據(jù)GB/T 25229—2010《糧油儲(chǔ)藏 平房倉(cāng)氣密性要求》，在改造前后對(duì)倉(cāng)房空倉(cāng)和實(shí)倉(cāng)均進(jìn)行了氣密性檢測(cè)，其中實(shí)倉(cāng)檢測(cè)使用糧面覆膜測(cè)壓法。由于建造時(shí)期對(duì)氣密性要求不高，各個(gè)倉(cāng)房的氣密性?xún)H能達(dá)到熏蒸倉(cāng)三級(jí)倉(cāng)要求（40 s≤t＜100 s），倉(cāng)房使用期間熏蒸、通風(fēng)和儲(chǔ)糧度夏均受到不同程度的影響，更難以達(dá)到充氮要求。改造后倉(cāng)房氣密性得到了極大提升，兩種工藝倉(cāng)房均提升至氣調(diào)倉(cāng)二級(jí)要求（240 s≤t＜300 s），但兩種工藝之間對(duì)比差異不顯著，見(jiàn)表2。

表2 改造前后氣密性變化對(duì)比

4.3 改造后保溫效果

倉(cāng)房均安裝鄭州貝博電子有限公司生產(chǎn)的LXLJIV型電子測(cè)溫測(cè)濕設(shè)備，每倉(cāng)布測(cè)溫點(diǎn)240個(gè)，其中垂直層設(shè)計(jì)4層，每層布置60個(gè)水平測(cè)溫點(diǎn)，每天上午9:30自動(dòng)采集溫度。氣溫、倉(cāng)溫和糧溫變化情況見(jiàn)圖1和圖2。

實(shí)驗(yàn)地區(qū)在2021年1月7日起出現(xiàn)寒潮并持續(xù)1周，氣溫在1月13日降至6.0 ℃，庫(kù)內(nèi)組織蓄冷降溫，倉(cāng)溫和糧溫均降至最小值，其中對(duì)照倉(cāng)倉(cāng)溫降至7.0 ℃、糧溫降至9.5 ℃，為各個(gè)倉(cāng)最低，之后3個(gè)月內(nèi)，對(duì)照倉(cāng)倉(cāng)溫和糧溫迅速升溫至21.5 ℃和19.0 ℃，兩個(gè)實(shí)驗(yàn)倉(cāng)倉(cāng)溫上升速率明顯小于對(duì)照倉(cāng)，且糧溫均保持在15.0 ℃以下，說(shuō)明兩種工藝有保溫效果好，但兩種工藝之間無(wú)顯著差異。

4.4 應(yīng)用成本分析

聚氨酯硬泡技術(shù)兩種工藝的應(yīng)用成本見(jiàn)表3。

表3 不同工藝改造工序和費(fèi)用對(duì)比

由表3可知，現(xiàn)場(chǎng)發(fā)泡噴涂工藝單倉(cāng)改造費(fèi)用98 453元、單價(jià)114元/㎡，預(yù)制保溫板工藝單倉(cāng)改造費(fèi)用120 175元、單價(jià)139元/㎡，有一定的應(yīng)用成本。但改造能提升倉(cāng)房的氣密性和保溫性能，減少熏蒸、氣調(diào)和空調(diào)控溫的成本，間接降低了糧食的銷(xiāo)售成本。

兩種工藝單倉(cāng)改造費(fèi)用相差21 722元，單價(jià)差值25元/㎡，改造后對(duì)氣密性和保溫隔熱能力的提升方面差異不顯著，顯示出聚氨酯硬泡現(xiàn)場(chǎng)發(fā)泡噴涂工藝有高性?xún)r(jià)比的優(yōu)點(diǎn)，但預(yù)制保溫板工藝墻面平滑，不吸附糧粒且易于出倉(cāng)清理，在儲(chǔ)糧安全和倉(cāng)房美觀方面有更大的優(yōu)勢(shì)。

5 結(jié) 語(yǔ)

近年來(lái)，糧儲(chǔ)行政管理部門(mén)提出對(duì)糧倉(cāng)進(jìn)行分類(lèi)分級(jí)，其中氣密性和保溫隔熱能力太弱將不能繼續(xù)儲(chǔ)糧，這對(duì)各地倉(cāng)房功能提升提出了具體要求。聚氨酯材料的優(yōu)異性能可以滿足倉(cāng)房改造的需求，并有助于空調(diào)控溫、充氮?dú)庹{(diào)等綠色儲(chǔ)糧技術(shù)的使用、推廣和發(fā)展，是下一階段儲(chǔ)糧技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)。雖然聚氨酯材料目前不具有價(jià)格優(yōu)勢(shì)，但在效果和長(zhǎng)遠(yuǎn)收益方面有極大的應(yīng)用潛力，在糧庫(kù)的實(shí)際應(yīng)用工藝中，預(yù)制保溫板工藝有更大的優(yōu)勢(shì)。