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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
當前的市場形勢，特別是環(huán)境立法的啟動——如要求使用不破壞臭氧層的發(fā)泡劑以及建筑工業(yè)對建筑材料的阻燃性、發(fā)煙量、毒性的要求越來越高，越來越嚴格。政府以法律條文來限制易燃、高煙、高毒建材的生產和使用。給聚氨酯產品制造商帶來了很大的挑戰(zhàn)。

硬質聚氨酯泡沫建筑市場希望其產品能在熱傳導和阻燃等關鍵性能方面不斷有所改善，以擴大市場份額。

根據我們多年來的生產及工程實踐，我們認為聚氨酯改性異氰脲酸酯泡沫技術的應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:導熱系數更低、泡沫抗壓強度及尺寸穩(wěn)定性更好、更寬的使用溫度（-200℃~150℃）
硬質聚氨酯改性異氰脲酸酯泡沫塑料的另一使用領域為深冷絕熱領域（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：達到國標《建筑材料及制品燃燒性能分級》B1級標準（GB8624-1997）
保溫裝飾一體化外墻板材達到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年開始聚氨酯改性異氰脲酸酯產品的開發(fā)應用，積累了豐富的經驗。
應用案例-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、煙密度檢測報告

GB8624-2006 對燃燒的熱值、火災發(fā)展速率、產煙毒性等進行判定

建筑節(jié)能法律法規(guī)（略）

聚氨酯建筑節(jié)能應用標準規(guī)范
2005年，國家開始強制執(zhí)行建筑節(jié)能50%的標準，北京、天津、上海、大連、青島、深圳六大發(fā)達地區(qū)率先試點執(zhí)行節(jié)能65%的標準。

2020年全國所有城市牽制執(zhí)行節(jié)能65%的標準。

既有建筑改造，到2010年，大城市完成改造面積的25%，中等城市達到15%,小城市達到10%；到2020年改造任務基本完成。

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導則》為聚氨酯硬泡材料在我國建筑外墻領域的應用提供了技術規(guī)范。

2007年9月1日國標《硬泡聚氨酯保溫防水工程技術規(guī)范》GB50404-2007發(fā)布。

2007年10月1日國標《建筑節(jié)能工程施工質量驗收規(guī)范》GB50411-2007發(fā)布。

目前正在修編的《外墻外保溫工程技術規(guī)程》
JGJ-144，聚氨酯保溫體系是其中增添的重要內容。

聚氨酯硬質泡沫塑料和建筑節(jié)能
達到相同保溫效果所需的材料厚度（圖）

聚氨酯硬質泡沫塑料和建筑節(jié)能（略）

建筑建材防火法規(guī)
近一個時期，中國頻頻發(fā)生建筑火災，尤其中央電視臺火災造成嚴重災情的后果，人們發(fā)現這些有機保溫材料防火性能差，易燃、燃燒中會產生大量的煙毒氣體。社會各界對有機保溫材料存在嚴重火災的隱患反響極大。

2009年9月25日公安部、住房和城鄉(xiāng)建設部聯合制定了《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》GB 8624－2006代替GB 8624－1997

“全國能耗總量1/3來自建筑”、“新建辦公樓能耗一般比老建筑高10倍以上”。
尷尬現實：節(jié)能建筑還不到一成。

硬質聚氨酯泡沫塑料作為新型建筑保溫材料應為我國建筑節(jié)能、低碳經濟提供安全可靠的解決方案。

傳統(tǒng)的建筑材料已無法滿足越來越嚴的建筑節(jié)能標準。選擇新型的建筑保溫材料勢在必行。聚氨酯硬泡以其優(yōu)越的低導熱性能，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，除了要求其導熱系數低以外，阻燃亦是其基本要求之一。

隨著防火等級要求的日益嚴格，普通硬質聚氨酯泡沫在滿足防火規(guī)范的方面面臨巨大的挑戰(zhàn)。如果單純通過在配方體系中加入大量的阻燃劑來滿足規(guī)范要求則會影響泡沫的壓縮強度和尺寸穩(wěn)定性，并提高產品的成本。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題，聚氨酯改性異氰脲酸酯泡沫泡沫的優(yōu)點是具有更好的抗點燃性、抗火焰蔓延和抗燒毀能力，燃燒時形成生煙少的堅固的炭

化表層。

檢測數據及實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、技術的成熟性。

補充說明：
聚氨酯泡沫的阻燃主要有以下途徑：添加阻燃劑(含鹵素、磷的有機物或金屬氧化物等)、使用特殊的多元醇(在多元醇結構中引入鹵素、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，同時有些阻燃劑對人體或環(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，同時合成這樣的多元醇需要較高的成本。

根據我們多年來的生產及工程實踐，我們認為聚氨酯改性異氰脲酸酯泡沫技術的應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。

三聚反應的結果使硬質聚氨酯泡沫具備了更重要的意義，因其為網狀結構，化學能較大，結合牢固，所以其耐熱性能好，即使在燃燒時也相對難以破壞其分子結構，這樣就提高了阻燃性能。

聚氨酯改性異氰脲酸酯反應：

沒有經過化學結構改性的硬質聚氨酯泡沫，空氣中易燃燒，在200~250℃時開始逸出揮發(fā)物，釋放有毒氣體，并開始進行熱分解反應，放出大量有毒氣體及煙塵。

經過化學結構改性的，采用難燃化技術路線的硬質聚氨酯泡沫，溫度即使達到400℃，幾乎無揮發(fā)物逸出。在高溫下，泡沫在燃燒過程中，首先在泡沫表面生成具有碳化結構的阻隔層，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程中產生的煙霧和毒性氣體的作用。

使用HCFC-141b 發(fā)泡劑的硬質泡沫材料在長期尺寸穩(wěn)定性方面發(fā)現了不少問題，而這些問題是由發(fā)泡劑對聚合物基材強溶劑效應造成。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。

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 250~500

檢測報告：
氧指數32.5~35、煙密度等級SDR 34~70之間。（實測時或因不同地區(qū)消防部門檢測誤差，數據略有不同，但均在允許范圍）

一般認為在做B1級時，試驗室做到B1級似乎沒什么困難，而生產制品就是另一回事了。這里需要說明的是，不是生產制品時泡沫的阻燃

等級就達不到B1級了，而是因為在設計配方時沒有充分考慮或區(qū)分生產條件（如設備的流量、模具、環(huán)境溫度、模具溫度等/間歇式；

設備的流量、布料系統(tǒng)、板速等/連續(xù)式），致使生產出來的制品達不到設計要求，如密度、形穩(wěn)性、物理性能、泡沫表面質地等。

在設計符合國家防火要求的硬質聚氨酯配方時，要根據生產條件、產品規(guī)格、生產環(huán)境來制定發(fā)泡參數，以滿足不同生產工藝的需要。

建筑用硬質聚氨酯泡沫保溫產品生產方式主要有：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)能是一門專業(yè)性強、涉及面廣、系統(tǒng)性強、科學嚴謹的行業(yè)。我國的建筑外墻保溫節(jié)能技術在推廣與應用方面，已取得了成效，但在工程實踐中，外墻外保溫系統(tǒng)包括材料體系、工藝體系、標準體系、應用技術等科學研究方面，還存在不少需要解決的問題，如材料科學技術、保溫節(jié)能效率、工藝技術水平、質量保障與保溫層的壽命問題，保溫層的安全與承重問題，生態(tài)環(huán)境問題，以及標準體系問題。對我們從事外保溫領域的工作人員來說，還有很長的路要走。

在施工中往往因為人員因素（使用不恰當的原料、在不符合施工要求的條件下施工、操作人員技能達不到要求等）造成人們對聚氨酯產品質量的誤解。從業(yè)人員的綜合素質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)。提高是開展工作的首要任務。

如今市場競爭的格局是整條產業(yè)鏈的競爭——就建筑保溫中聚氨酯產品產業(yè)鏈而言，從配方設計環(huán)節(jié)（工藝確定、原料采購、設備選型等）、生產、施工環(huán)節(jié)（嚴格按照工藝要求生產符合設計要求的產品-人的因素至關重要，這里的施工指現場噴涂）、產品安裝銷售環(huán)節(jié)（效率、安全控制等）。如何控制好這些環(huán)節(jié)-是利潤保證的關鍵！

很不幸，在諸多環(huán)節(jié)中，往往對原料的成本關注度最高，使用便宜原料仿佛成為終極目標，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)展的關鍵。

聚氨酯的制造特點是需要在化學品（原料——設備——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，制造廠得以生產出新穎的產品。

個人的一些感受，不妥之處敬請大家批評指正。不勝感謝！

就配方設計環(huán)節(jié)愿與感興趣的朋友進一步交流。landerpu@sina.com 聚氨酯外包項目組(為客戶提供硬質聚氨酯外保溫——全面解決方案:發(fā)泡設備的選擇、配方、發(fā)泡工藝設計、助劑選擇等）