聚氨酯改性異氰脲酸酯泡沫-解決節(jié)能保溫與防火安全平衡的新型建筑保溫材料
建筑材料節(jié)能保溫與防火安全的解決方案
當(dāng)前的市場(chǎng)形勢(shì)，特別是環(huán)境立法的啟動(dòng)——如要求使用不破壞臭氧層的發(fā)泡劑以及建筑工業(yè)對(duì)建筑材料的阻燃性、發(fā)煙量、毒性的要求越來(lái)越高，越來(lái)越嚴(yán)格。政府以法律條文來(lái)限制易燃、高煙、高毒建材的生產(chǎn)和使用。給聚氨酯產(chǎn)品制造商帶來(lái)了很大的挑戰(zhàn)。
硬質(zhì)聚氨酯泡沫建筑市場(chǎng)希望其產(chǎn)品能在熱傳導(dǎo)和阻燃等關(guān)鍵性能方面不斷有所改善，以擴(kuò)大市場(chǎng)份額。
根據(jù)我們多年來(lái)的生產(chǎn)及工程實(shí)踐，我們認(rèn)為聚氨酯改性異氰脲酸酯泡沫技術(shù)的應(yīng)用可最大限度地改善泡沫的耐火性能，并可減少阻燃劑的使用，以保持良好的物理性能。
聚氨酯改性異氰脲酸酯突出的性能
物性:導(dǎo)熱系數(shù)更低、泡沫抗壓強(qiáng)度及尺寸穩(wěn)定性更好、更寬的使用溫度（-200℃~150℃）
硬質(zhì)聚氨酯改性異氰脲酸酯泡沫塑料的另一使用領(lǐng)域?yàn)樯罾浣^熱領(lǐng)域（適用于液化天然氣(LNG)船、液化石油氣(LPG)船、終端的貯罐等部位）。
防火性：達(dá)到國(guó)標(biāo)《建筑材料及制品燃燒性能分級(jí)》B1級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（GB8624-1997）
保溫裝飾一體化外墻板材達(dá)到B-s1、d0、t0（s 代表煙密度、d 代表滴落物、t 代表毒性GB8624-2006代替97）
成熟性：從1990年開(kāi)始聚氨酯改性異氰脲酸酯產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)應(yīng)用，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。
應(yīng)用案例-屋面及外墻保溫裝飾一體化
典型案例（圖）
聚氨酯改性異氰脲酸酯泡沫-氧指數(shù)、煙密度檢測(cè)報(bào)告
GB8624-2006 對(duì)燃燒的熱值、火災(zāi)發(fā)展速率、產(chǎn)煙毒性等進(jìn)行判定
建筑節(jié)能法律法規(guī)（略）
聚氨酯建筑節(jié)能應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范
2005年，國(guó)家開(kāi)始強(qiáng)制執(zhí)行建筑節(jié)能50%的標(biāo)準(zhǔn)，北京、天津、上海、大連、青島、深圳六大發(fā)達(dá)地區(qū)率先試點(diǎn)執(zhí)行節(jié)能65%的標(biāo)準(zhǔn)。
2020年全國(guó)所有城市牽制執(zhí)行節(jié)能65%的標(biāo)準(zhǔn)。
既有建筑改造，到2010年，大城市完成改造面積的25%，中等城市達(dá)到15%,小城市達(dá)到10%；到2020年改造任務(wù)基本完成。
2007年5月19日建筑部發(fā)布《聚氨酯硬泡外墻外保溫工程技術(shù)導(dǎo)則》為聚氨酯硬泡材料在我國(guó)建筑外墻領(lǐng)域的應(yīng)用提供了技術(shù)規(guī)范。
2007年9月1日國(guó)標(biāo)《硬泡聚氨酯保溫防水工程技術(shù)規(guī)范》GB50404-2007發(fā)布。
2007年10月1日國(guó)標(biāo)《建筑節(jié)能工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》GB50411-2007發(fā)布。
目前正在修編的《外墻外保溫工程技術(shù)規(guī)程》
JGJ-144，聚氨酯保溫體系是其中增添的重要內(nèi)容。
聚氨酯硬質(zhì)泡沫塑料和建筑節(jié)能
達(dá)到相同保溫效果所需的材料厚度（圖）
聚氨酯硬質(zhì)泡沫塑料和建筑節(jié)能（略）
建筑建材防火法規(guī)
近一個(gè)時(shí)期，中國(guó)頻頻發(fā)生建筑火災(zāi)，尤其中央電視臺(tái)火災(zāi)造成嚴(yán)重災(zāi)情的后果，人們發(fā)現(xiàn)這些有機(jī)保溫材料防火性能差，易燃、燃燒中會(huì)產(chǎn)生大量的煙毒氣體。社會(huì)各界對(duì)有機(jī)保溫材料存在嚴(yán)重火災(zāi)的隱患反響極大。
2009年9月25日公安部、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部聯(lián)合制定了《民用建筑外保溫系統(tǒng)及外墻裝飾防火暫行規(guī)定》
《建筑材料及制品燃燒性能分級(jí)》GB 8624－2006代替GB 8624－1997
“全國(guó)能耗總量1/3來(lái)自建筑”、“新建辦公樓能耗一般比老建筑高10倍以上”。
尷尬現(xiàn)實(shí)：節(jié)能建筑還不到一成。
硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料作為新型建筑保溫材料應(yīng)為我國(guó)建筑節(jié)能、低碳經(jīng)濟(jì)提供安全可靠的解決方案。
傳統(tǒng)的建筑材料已無(wú)法滿足越來(lái)越嚴(yán)的建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)。選擇新型的建筑保溫材料勢(shì)在必行。聚氨酯硬泡以其優(yōu)越的低導(dǎo)熱性能，成為新型建筑保溫材料的理想選擇。但作為建筑用保溫材料，除了要求其導(dǎo)熱系數(shù)低以外，阻燃亦是其基本要求之一。
隨著防火等級(jí)要求的日益嚴(yán)格，普通硬質(zhì)聚氨酯泡沫在滿足防火規(guī)范的方面面臨巨大的挑戰(zhàn)。如果單純通過(guò)在配方體系中加入大量的阻燃劑來(lái)滿足規(guī)范要求則會(huì)影響泡沫的壓縮強(qiáng)度和尺寸穩(wěn)定性，并提高產(chǎn)品的成本。采用聚氨酯改性異氰脲酸酯泡沫體系能夠很好的解決防火性問(wèn)題，聚氨酯改性異氰脲酸酯泡沫泡沫的優(yōu)點(diǎn)是具有更好的抗點(diǎn)燃性、抗火焰蔓延和抗燒毀能力，燃燒時(shí)形成生煙少的堅(jiān)固的炭
化表層。
檢測(cè)數(shù)據(jù)及實(shí)踐顯示聚氨酯改性異氰脲酸酯體系是最適合的解決方案-最佳的隔熱性能、優(yōu)異的防火性能、低煙、低毒、加工的多樣性、整體系統(tǒng)的安全性、技術(shù)的成熟性。
補(bǔ)充說(shuō)明：
聚氨酯泡沫的阻燃主要有以下途徑：添加阻燃劑(含鹵素、磷的有機(jī)物或金屬氧化物等)、使用特殊的多元醇(在多元醇結(jié)構(gòu)中引入鹵素、磷等)、使用聚氨酯改性異氰脲酸酯系統(tǒng)等。
大量添加阻燃劑，雖然可以在一定程度上提高阻燃性能，但隨著阻燃劑量的增加，聚氨酯泡沫的物理性能將大大降低，同時(shí)有些阻燃劑對(duì)人體或環(huán)境有很大的危害作用。使用特殊的多元醇只能較少的提高阻燃性能，效果不明顯，同時(shí)合成這樣的多元醇需要較高的成本。
根據(jù)我們多年來(lái)的生產(chǎn)及工程實(shí)踐，我們認(rèn)為聚氨酯改性異氰脲酸酯泡沫技術(shù)的應(yīng)用可最大限度地改善泡沫的耐火性能，并可減少阻燃劑的使用，以保持良好的物理性能。
三聚反應(yīng)的結(jié)果使硬質(zhì)聚氨酯泡沫具備了更重要的意義，因其為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，化學(xué)能較大，結(jié)合牢固，所以其耐熱性能好，即使在燃燒時(shí)也相對(duì)難以破壞其分子結(jié)構(gòu)，這樣就提高了阻燃性能。
聚氨酯改性異氰脲酸酯反應(yīng)：
沒(méi)有經(jīng)過(guò)化學(xué)結(jié)構(gòu)改性的硬質(zhì)聚氨酯泡沫，空氣中易燃燒，在200~250℃時(shí)開(kāi)始逸出揮發(fā)物，釋放有毒氣體，并開(kāi)始進(jìn)行熱分解反應(yīng)，放出大量有毒氣體及煙塵。
經(jīng)過(guò)化學(xué)結(jié)構(gòu)改性的，采用難燃化技術(shù)路線的硬質(zhì)聚氨酯泡沫，溫度即使達(dá)到400℃，幾乎無(wú)揮發(fā)物逸出。在高溫下，泡沫在燃燒過(guò)程中，首先在泡沫表面生成具有碳化結(jié)構(gòu)的阻隔層，此阻隔層能防止提供繼續(xù)燃燒的熱量傳遞、阻止對(duì)聚氨酯泡沫繼續(xù)供氧，阻止繼續(xù)燃燒、起到大大減少泡沫燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的煙霧和毒性氣體的作用。
使用HCFC-141b 發(fā)泡劑的硬質(zhì)泡沫材料在長(zhǎng)期尺寸穩(wěn)定性方面發(fā)現(xiàn)了不少問(wèn)題，而這些問(wèn)題是由發(fā)泡劑對(duì)聚合物基材強(qiáng)溶劑效應(yīng)造成。聚氨酯改性異氰脲酸酯系統(tǒng)能夠很好的抵抗發(fā)泡劑的溶劑效應(yīng)。
參考配方：
多元醇（聚酯、聚醚） 100
勻泡劑 1.5~2.5
催化體系 3~6.5
阻燃體系 30~50
發(fā)泡劑體系 38~55
異氰酸酯指數(shù) 250~500
檢測(cè)報(bào)告：
氧指數(shù)32.5~35、煙密度等級(jí)SDR 34~70之間。（實(shí)測(cè)時(shí)或因不同地區(qū)消防部門(mén)檢測(cè)誤差，數(shù)據(jù)略有不同，但均在允許范圍）
一般認(rèn)為在做B1級(jí)時(shí)，試驗(yàn)室做到B1級(jí)似乎沒(méi)什么困難，而生產(chǎn)制品就是另一回事了。這里需要說(shuō)明的是，不是生產(chǎn)制品時(shí)泡沫的阻燃
等級(jí)就達(dá)不到B1級(jí)了，而是因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)配方時(shí)沒(méi)有充分考慮或區(qū)分生產(chǎn)條件（如設(shè)備的流量、模具、環(huán)境溫度、模具溫度等/間歇式；
設(shè)備的流量、布料系統(tǒng)、板速等/連續(xù)式），致使生產(chǎn)出來(lái)的制品達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，如密度、形穩(wěn)性、物理性能、泡沫表面質(zhì)地等。
在設(shè)計(jì)符合國(guó)家防火要求的硬質(zhì)聚氨酯配方時(shí)，要根據(jù)生產(chǎn)條件、產(chǎn)品規(guī)格、生產(chǎn)環(huán)境來(lái)制定發(fā)泡參數(shù)，以滿足不同生產(chǎn)工藝的需要。
建筑用硬質(zhì)聚氨酯泡沫保溫產(chǎn)品生產(chǎn)方式主要有：夾心板材(連續(xù)及間斷式，金屬及非金屬面材)，塊泡(連續(xù)及間斷式)，噴涂材料等。
目前能夠滿足B1級(jí)的泡沫配方可以考慮
1.阻燃聚醚多元醇體系；
2.聚氨酯改性聚異氰脲酸酯體系；
3.可膨脹石墨等方案。
具體采用哪種方案應(yīng)取決于發(fā)泡工藝、材料取得的難易、物理性能要求等。
在建筑節(jié)能領(lǐng)域如何在節(jié)能65%的前提下，選擇保溫體系、平衡保溫與防火、安全間的關(guān)系，至少聚氨酯改性異氰脲酸酯體系是備選方案之一。
也許是最有希望的解決方案。
建筑保溫節(jié)能是一門(mén)專(zhuān)業(yè)性強(qiáng)、涉及面廣、系統(tǒng)性強(qiáng)、科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)男袠I(yè)。我國(guó)的建筑外墻保溫節(jié)能技術(shù)在推廣與應(yīng)用方面，已取得了成效，但在工程實(shí)踐中，外墻外保溫系統(tǒng)包括材料體系、工藝體系、標(biāo)準(zhǔn)體系、應(yīng)用技術(shù)等科學(xué)研究方面，還存在不少需要解決的問(wèn)題，如材料科學(xué)技術(shù)、保溫節(jié)能效率、工藝技術(shù)水平、質(zhì)量保障與保溫層的壽命問(wèn)題，保溫層的安全與承重問(wèn)題，生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，以及標(biāo)準(zhǔn)體系問(wèn)題。對(duì)我們從事外保溫領(lǐng)域的工作人員來(lái)說(shuō)，還有很長(zhǎng)的路要走。
在施工中往往因?yàn)槿藛T因素（使用不恰當(dāng)?shù)脑�、在不符合施工要求的條件下施工、操作人員技能達(dá)不到要求等）造成人們對(duì)聚氨酯產(chǎn)品質(zhì)量的誤解。從業(yè)人員的綜合素質(zhì)水平是聚氨酯硬泡能否充分發(fā)揮其功效的重要環(huán)節(jié)。提高是開(kāi)展工作的首要任務(wù)。
如今市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的格局是整條產(chǎn)業(yè)鏈的競(jìng)爭(zhēng)——就建筑保溫中聚氨酯產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈而言，從配方設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)（工藝確定、原料采購(gòu)、設(shè)備選型等）、生產(chǎn)、施工環(huán)節(jié)（嚴(yán)格按照工藝要求生產(chǎn)符合設(shè)計(jì)要求的產(chǎn)品-人的因素至關(guān)重要，這里的施工指現(xiàn)場(chǎng)噴涂）、產(chǎn)品安裝銷(xiāo)售環(huán)節(jié)（效率、安全控制等）。如何控制好這些環(huán)節(jié)-是利潤(rùn)保證的關(guān)鍵！
很不幸，在諸多環(huán)節(jié)中，往往對(duì)原料的成本關(guān)注度最高，使用便宜原料仿佛成為終極目標(biāo)，忽略從業(yè)人員技能的提高等，浮躁、急功近利，大概是制約發(fā)展的關(guān)鍵。
聚氨酯的制造特點(diǎn)是需要在化學(xué)品（原料——設(shè)備——方法（工藝）之間有正確的相互影響。聚氨酯的制造方法是聚合物中最多姿多彩的一種，正是由于這種變化多端，制造廠得以生產(chǎn)出新穎的產(chǎn)品。
個(gè)人的一些感受，不妥之處敬請(qǐng)大家批評(píng)指正。不勝感謝！
就配方設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)愿與感興趣的朋友進(jìn)一步交流。landerpu@sina.com 聚氨酯外包項(xiàng)目組(為客戶提供硬質(zhì)聚氨酯外保溫——全面解決方案:發(fā)泡設(shè)備的選擇、配方、發(fā)泡工藝設(shè)計(jì)、助劑選擇等）
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