聚氨酯发泡技术应用及发展趋势_朱俊

发泡聚氨酯的作用就是保温隔热，目前作为人们熟悉的领域就是冰箱了。冰箱的蒸发管及箱体的保温隔热都采用聚氨酯发泡材料。聚氨酯硬质发泡相较于石棉有很多优点。例如，发泡填充不论空隙的大小及形状不同都能填充密实，而且其导热系数低，保温效果好。随着人们对环保和职业健康意识的加强，以及聚氨酯硬质发泡材料研究和制造的成熟，汽车和家电行业，尤其在建筑行业中，其市场占有率已经超过石棉。随着国家强制性的要求禁止使用石棉政策的推行，未来聚氨酯硬质发泡保温材料一定会替代石棉，成为相关行业新型保温材料。

1聚氨酯材料的市场潜力

聚氨酯（PUR ）是由异氰酸酯与多元醇反应而制成的一种具有氨基甲酸酯链段重复结构单元的聚合物。PUR 制品分为发泡制品和非发泡制品两大类，发泡制品有软质、硬质、半硬质PUR 泡沫塑料；非发泡制品包括涂料、粘合剂、合成皮革、弹性体和弹性纤维等。PUR 材料性能优异，用途广泛，制品种类多，其中尤以PUR 泡沫塑料的用量最为广泛。

1.1在建筑行业中的应用

目前，聚氨酯材料在人类的生活中已成为不

可或缺的化工材料。有资料显示，如今聚氨酯的需求以世界经济GDP 增速的1.5～2倍增长。2000年以来，全球聚氨酯应用量基本以翻倍的速度增长，仅2010年一年，聚氨酯总量就达到了1870万t 。在全球市场，建筑保温材料占据了聚氨酯需求一半以上的空间。国际和国内相关研究机构的大量测试证据证实，聚氨酯硬泡材料在导热系数、节

能保温和施工性能等方面明显优于其他类型的保温材料。国家“十二五”节能减排综合性的工作方案中提出，将使聚氨酯产业链具有更大的发展空间。这一方案的出台或将扩大聚氨酯硬泡在建筑保温领域的需求。目前聚氨酯在我国现有建筑中比例不足10%，随着国家对保温材料性能要求的提高和政策的规范，相信聚氨酯材料在建筑市场拥有巨大的市场潜力。

与其他单功能保温或防水材料相比，聚氨酯硬泡具有一材多用的功能，同时具备保温、防水、隔音、吸振等诸多功能。此材料是目前国内所有建材中导热系数最低（≤0.024）、热阻值最高的保温材料，其导热系数仅为EPS 发泡聚苯板的一半。聚氨酯硬泡体连续致密的表皮和近于100%的高强度互联壁闭孔，具有理想的不透水性。采用喷涂法施工可达到防水保温层连续无接缝，形成无缝屋盖和整体外墙保温壳体，防水抗渗性能优异。其超强的自粘性能，可与屋面及外墙粘结牢固，抗风揭和抗负风压性能良好。工程中采用整体喷涂施工，可完全消除“热节”和“冷桥”，柔性渐变技术可有效阻止防水层开裂。聚氨酯硬泡离明火可自熄，且燃烧时只炭化不滴淌，能有效隔断空气的进入，阻止火势的蔓延。我国在PUR 泡沫塑料生产技术和产品种类方面也取得较大进展。软质块状PUR 泡沫塑料从拱顶法发泡改为平顶法发泡和垂直发泡，提高了泡沫塑料的利用率，减少了废料，而且品种日趋多样化，除不同密度与

聚氨酯发泡技术应用及发展趋势

朱

俊

（湖北武汉化工材料公司，武汉

430055）

摘要：阐述聚氨酯现场发泡技术应用在建筑物保温、防水领域的优点：粘接力强、无空腔、无接缝、消除热

桥、阻燃耐火、使用寿命长，因而对聚苯乙烯板／挤塑板具有竞争优势。讨论了该技术的发展趋势。

关键词：聚氨酯；保温材料；防水层；防火性；市场需求分析文章编号：1673-9647（2013

）5-0036-04中图分类号：TQ323.8

文献标识码：A

收稿日期：2013-01-31作者简介：朱

俊（1983-），男，湖北省人，工程师，从事化工

材料技术应用工作。

化学工业CHEMICAL INDUSTRY 第31卷第5期

2013年5月

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硬度的系列产品外，还可进一步加工制得复合泡沫塑料、多层贴合泡沫塑料、功能泡沫塑料，如黑色泡沫塑料、吸音泡沫塑料、阻燃泡沫塑料、抗静电泡沫塑料、防辐射泡沫塑料、家庭洗涤用仿天然海绵泡沫塑料、网状泡沫塑料等。随着我国经济的发展，PUR泡沫塑料的年增长率将以二位数上升，发展方向将集中于低成本的低密度产品。

1.2在家具行业中的应用

具有强度高、韧性好、结构致密坚韧、成型工艺简单、生产效率高等特点；强度比木材高、密度可比木材小，同时可刨、可钉、可锯，广泛应用于家具、装饰材料、工艺品、镜框等行业。PU发泡材料用于家具上，其纹理、颜色、质感、加工性能接近于柚木、枫木、橡木、水曲柳、芸香木等高级木材；在强度、防潮、防虫、阻燃、隔音、质感、抗变形、抗老化等众多性能上更优于木材，加工制作和木材一样也能够切割、开孔等。PU材料还具有密度小、质量轻、不易碎、结构稳定、不易变形、质感好的特性；制造出各种工艺复杂的雕花，尺寸精确，图案清晰，纹理清晰。PU发泡材质的家具的使用寿命也特别长，在欧美发达地区非常受欢迎，这两年在国内也越来越多受到追捧。随着消费者对家具需求观念的变化，技术工艺的发展和设备性能的提高，PU发泡材料每年以30%～50%的速度迅猛发展。部分大型家具企业还筹建了自己的PU发泡生产车间。

2聚氨酯现场发泡主要技术及性能特点2.1现场发泡聚氨酯的主要技术特点

粘结能力强，能在混凝土、砖石、木材、钢材、沥青、橡胶等表面粘结牢固；导热系数可达到0.017～0.022W／（m·K），低于岩棉、玻璃棉、聚苯乙烯板、挤塑板等建筑保温隔热材料；憎水率95%以上；密封性能无空腔、无接缝，将建筑外围护结构完全包裹，有效地阻止了风和潮气通过缝隙流动进出建筑物，实现完全密封；尺寸稳定性小于1%，具有一定的弹性变形能力，延伸率大于5%；聚氨酯是惰性材料，性能恒定，与酸和碱都不发生反应，且不是虫类以及啮齿类动物的食物源，可保持材料性质及保温性能恒定；抗压强度>300kPa，抗拉强度>400kPa，有很强的抗风性，且其发泡可钻入墙体缝隙，增加其抗剪性能；阻燃性好，离火3s自熄，表面碳化能阻止燃烧，且不会产生熔滴。2.2现场发泡聚氨酯（对比玻璃棉／岩棉）的性能特点

（1）玻璃棉／岩棉属于疏松的纤维类保温隔热材料。这类材料，即便有较低的导热系数，能够较好地阻挡热传导造成的热量损失，但对于以热对流方式而发生的热量传递则无能为力。根据相关部门的统计结果显示，建筑物40%的热能损失均以热对流的方式通过缝隙流失的。而聚氨酯不但有较低的导热系数，能够较好的阻挡热传导，且有较好的密封性能，能够完全包裹建筑外围护结构，有效地阻止热对流的产生，达到较好的节能目的。

（2）玻璃棉／岩棉的纤维结构内会随时间推移而驻留大量灰尘及有机物。这些杂质在温度及湿度适合的条件下会滋生出大量霉菌。据美国肺健康协会的调查显示，每年美国成年人哮喘病的增长率为61%，儿童则更达到72%，而导致这一后果的直接罪魁就是室内的霉菌。霉菌的滋生将使建筑物内的环境受到严重污染，极大的危害建筑物使用者的健康。聚氨酯保温隔热材料喷涂完成后生成一道无接缝的连续壳体，壳体表面不吸附灰尘，且泡沫具有较强的憎水特性，从根本上阻断了霉菌产生的条件。玻璃棉／岩棉制品在遇水后，水分会在其纤维缝隙中驻留，保温性能急剧下降，并在重力作用下整体塌落下沉，最终导致保温隔热层的整体失效。聚氨酯保温隔热材料具有优异的憎水性，水分不会在泡沫体内驻留，且不会发生这种受水后塌落的现象。

（3）聚苯乙烯板／挤塑板一般采用粘锚结合的施工作法，其所需的锚固件数量很多。有试验表明，平均每平方米增加一个ф6塑料锚固件可使外墙平均传热系数增加0.004。这样势必导致通过该热桥构件散失的热量大量增加，从而使理论计算的节能效果大打折扣，达不到预期的节能目标。聚氨酯施工中不需要任何金属锚固件与墙体固定，所以从根本上杜绝了这种情况的发生，有效降低了导热系数修正系数，使实际节能效果与理论计算值基本吻合。

3聚氨酯现场发泡施工的施工要点

喷涂聚氨酯硬泡体是一种强度比（材料强度与体积密度之比）较高的材料，比其他保温材料具有较强的抵抗外力的能力。喷涂聚氨酯硬泡体是一种柔性变形量较大的材料，它抵抗外界变形

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化学工业

CHEMICAL INDUSTRY2013年第31卷

能力较强。在外力、温度变形、干湿变形等作用下不易产生裂纹，能有效地保证体系的稳定性、耐久性。聚氨酯硬泡所附着的主体墙体结构产生变形，诸如收缩、膨胀等情况时，喷涂聚氨酯硬泡外墙外保温体系，符合逐层柔性渐变，逐层释放应力的原则。聚氨酯硬泡与主墙体结构，钢筋混凝土的线胀系数相近，因而不会产生裂纹或脱离。喷涂聚氨酯硬泡外墙外保温体系中构成体系的各层材料，具有化学及物理稳定性，彼此相容，相互协同。能够达到在结构寿命期内，由于干燥、潮湿、电化学腐蚀以及昆虫、真菌、藻类或啮齿动物的破坏等种种侵袭都不易造成破坏，可达到使用期25年的要求。

3.1喷涂施工程序

基层处理—清扫浮灰，剔除松动部分—水泥砂浆找平—涂刷聚氨酯防潮底漆—喷涂聚氨酯硬泡—涂刷界面砂浆—抗裂聚合物砂浆或保温砂浆剔除松动部分—水泥砂浆，以及找平防护层及饰面层。

3.2施工要点

喷涂聚氨酯硬泡的施工受环境条件制约，冬季气温低时不宜施工，雨天不能施工，风力不得大于5级，风速不宜大于10m／s，喷涂施工过程中有泡沫飞溅，由于是人工操作喷枪，对枪手技术水平要求较高，否则不易喷涂平整。但喷涂聚氨酯硬泡体具有明显的优点：喷涂聚氨酯硬泡体与墙体形成无缝隙、无空腔的连续保温层，能有效地阻隔断“热桥”。而且聚氨酯硬泡的导热系数低0.016～0.025W／（m·K），保温效果优于EPS、XPS 等其他保温材料。由于喷涂聚氨酯硬泡体是一种优良的粘结材料，与基层墙体牢固结合，所以能够抵抗不利综合因素作用的影响，即在当地最不利温度与湿度条件下承受风力、自重及正常撞击等各种内外相结合负载时，聚氨酯保温层仍不与基层起鼓、分离并在潮湿状态下保持稳定。

喷涂聚氨酯硬泡体施工是用高压发泡机机械化作业，施工速度快，效率高，是其他泡沫体保温施工不可比拟的。喷涂聚氨酯硬泡对建筑物外形适应能力强，特别适应建筑物构造节点复杂部位，诸如外飘窗、老虎窗、变形缝、楼梯间等建筑复杂部位进行全方位的保温。由于现场直接喷涂使用的是液体材料，与板材粘贴相比，可大大节省运输费用。喷涂聚氨酯硬泡维修非常方便，维修后能使其外观及功能保持良好状态。喷涂聚氨酯硬泡是一种化学稳定性很高的材料，耐热，耐低温，耐酸碱，对环境友好不破坏环境。

4聚氨酯发泡技术的发展趋势

4.1替代聚苯乙烯板／挤塑板当保温隔热材料

发泡聚氨酯比聚苯乙烯板／挤塑板有下述竞争优势。

（1）消除热桥，保温隔热好。现场发泡聚氨酯保温隔热材料是连续喷涂、现场发泡的，不存在拼缝，也就从根本上消除了这一热桥影响，确保了节能目标更好的实现。聚苯乙烯板／挤塑板保温体系的锚固件、挂件是这种体系最难以处理的热桥。板材类的保温隔热材料很难对这一热桥起到阻断作用。

聚苯板／挤塑板与墙体的热胀冷缩系数不同，且聚苯板／挤塑板弹性变形能力较小，当建筑墙体热胀冷缩或建筑墙体发生徐变，极易造成保温层开裂，使裂缝处保温性能丧失，且该裂缝极易透风、渗水，造成聚苯乙烯板／挤塑板大面积脱落，影响建筑使用功能。

（2）耐火、施工简便。现场发泡聚氨酯防火性能高于聚苯乙烯板／挤塑板，离火3s即灭，不会产生熔滴，表面生成积炭，阻止火焰蔓延，且其燃烧时产生的烟气毒性也很小，主要成分为二氧化碳。聚苯乙烯板／挤塑板在施工前，为保证板面平整及粘接效果，要在墙面先做一道水泥砂浆找平层，发泡聚氨酯就不需要。

（3）寿命长。我国外墙保温存在一些问题：比如EPS外墙保温国家规定其使用年限必须达到25年。也就是说保温系统只要能工作25年，就算是合格产品。但是，一般民用建筑的使用寿命为70年，其他类型的建筑寿命可能会更长。随着节能环保观念的深入人心，这种类型的产品将最终被淘汰，真正意义上的“绿色、节能、环保型”聚氨酯材料才是众望所归。

聚氨酯发泡在建筑领域的应用也有一些不足之处：用于建筑保温的聚氨酯产品，在现场施工中多释放的ODP（臭氧消耗潜能值）不为零，对臭氧层有破坏作用。在施工过程中的挥发的有机气体对人体有害。用于建筑的聚氨酯材料由工厂直接封装运至施工现场直接施工，不进行现场勾兑。而大多数施工单位都是从生产厂家购买基本的化学材料，根据实际需要临时调配，缺乏统一

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管理，增加了工程质量的不确定性。目前用于建筑保温的聚氨酯材料已呈多样化发展，而聚氨酯节能检测技术还很单一。对现场聚氨酯发泡的原料控制缺乏技术手段，现有的检测技术已经不能适合建筑节能现场检测的需要。在某种程度上限制了建筑节能工作的规范发展。

废旧聚氨酯发泡回收、环境保护是崛起中的聚氨酯工业面临的又一重大问题。随着聚氨酯发泡材料在国民经济中的用途越来越广，用量越来越大，其废弃物的回收再利用也日益受到人们的重视。废旧聚氨酯发泡主要包括生产厂的边角废料、模具溢出料，报废汽车、冰箱中的聚氨酯泡沫及弹性体，废旧鞋底和废旧PU革、氨纶旧衣物等。

4.2聚氨酯发泡仿木聚氨酯仿木新材料

该材料是通过注塑机向模具注射聚氨酯组合料，待凝固定形后取出进行后期涂装工艺等加工。聚氨酯发泡产品具有密度小、质量轻、尺寸稳定性好、不易变形等特性，可配合内埋木棒及铁条来做家具的结构性支撑部件。因此聚氨酯发泡是一种全新的高技术新材料，具有广阔的商业开发和应用前景。不同的填充物填充到不同的聚氨酯发泡材料体系中可以制得很多的聚氨酯复合材料体系，例如纳米聚氨酯型涂料，选用我国丰产的天然层状硅酸盐粘土为无机填料，通过插层复合方法使粘土片层以其纳米结构单元在聚合物基体中的剥离、分散及与基体的复合。克服了普通纳米颗粒与聚合物复合存在的分散、团聚和界面难以匹配三大难题，聚氨酯型纳米复合涂料的性能优于相同组分常规聚合物复合涂料的物理力学性能。不仅如此，聚氨酯型纳米复合涂料还具有原组分不具备的特殊性能或功能，为制备高性能新材料提供了新的可能。

4.3改进产品、改善技术服务

我国现在的用于建筑保温隔热的聚氨酯产品，多数释放的ODP不为零，对臭氧层仍有破坏作用，且在使用过程中，挥发对人体有害的有机气体。随着环保节能观念的深入人心，这种类型的产品最终仍将被淘汰，真正意义上的“环境友好型”聚氨酯保温隔热材料将是众望所归。

现在用于建筑保温的聚氨酯原料，只有几个著名的聚氨酯品牌是由工厂生产建筑保温专用的聚氨酯，工厂直接封装，运到工程现场直接施工，不在现场进行勾兑。而大多数建筑保温用的聚氨酯原料，均是由聚氨酯保温施工公司从聚氨酯生产公司购买基本化学材料，根据实际需要临时调配，缺乏统一管理，增加了工程质量的不确定因素。

现在用于建筑保温的聚氨酯原料已呈多样化发展，而聚氨酯节能检测技术还很单一，对现场发泡聚氨酯的原料控制缺乏技术手段，现有的检测技术已经不能适合建筑节能现场检测的需要，在某种程度上限制了建筑节能工作的规范发展。建筑节能现场检测技术的研究发展已经尤为迫切和重要。

5结束语

建筑节能是国家长期坚持的基本国策，是我国实现低碳绿色经济的重要举措。因此建筑节能保温效果必定越来越高。聚氨酯保温材料是目前国内外公认最理想的建筑节能保温材料，是实现国家建筑节能指标必不可少的一种综合性优良的保温材料，它完全可以满足不同使用场合下防火安全性能的指标要求。聚氨酯建筑节能保温材料防火安全性能可以达到，且必须做到。通过对聚氨酯原料配方组分的分子结构和阻燃、抑烟技术调整，可有效研制成燃烧产物的烟密度少、毒性低的聚氨酯硬泡保温材料。聚氨酯无机复合保温材料，结合了无机材料的不燃性和聚氨酯材料的保温性二者优点，将是建筑外保温材料的未来发展方向。

Polyurethane Foaming Technology and Market Prospect

ZHU Jun

（Hubei Wuhan Chemical Industry Materials Company，Wuhan430055，China）

Abstract：This paper has described the advantage of foam-in-place technology of polyurethane application in the field of building thermal insulation and waterproof:strong cohesive force，no cavity，no seams，eliminating heat bridge，flame retardant，fire-resistant，long service life and make the polystyrene board and the extruded board have a competitive advantage.This paper has discussed the development trend of this technology.

Keywords：polyurethane；thermal insulation material；the waterproof layer；fire prevention；the market demand analysis

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