聚氨酯改性异氰脲酸酯泡沫-解决节能保温与防火安全平衡的新型建筑保温材料

建筑材料节能保温与防火安全的解决方案
当前的市场形势，特别是环境立法的启动——如要求使用不破坏臭氧层的发泡剂以及建筑工业对建筑材料的阻燃性、发烟量、毒性的要求越来越高，越来越严格。政府以法律条文来限制易燃、高烟、高毒建材的生产和使用。给聚氨酯产品制造商带来了很大的挑战。

硬质聚氨酯泡沫建筑市场希望其产品能在热传导和阻燃等关键性能方面不断有所改善，以扩大市场份额。

根据我们多年来的生产及工程实践，我们认为聚氨酯改性异氰脲酸酯泡沫技术的应用可最大限度地改善泡沫的耐火性能，并可减少阻燃剂的使用，以保持良好的物理性能。

聚氨酯改性异氰脲酸酯突出的性能
物性:导热系数更低、泡沫抗压强度及尺寸稳定性更好、更宽的使用温度（-200℃~150℃）
硬质聚氨酯改性异氰脲酸酯泡沫塑料的另一使用领域为深冷绝热领域（适用于液化天然气(LNG)船、液化石油气(LPG)船、终端的贮罐等部位）。

防火性：达到国标《建筑材料及制品燃烧性能分级》B1级标准（GB8624-1997）
保温装饰一体化外墙板材达到B-s1、d0、t0（s 代表烟密度、d 代表滴落物、t 代表毒性GB8624-2006代替97）

成熟性：从1990年开始聚氨酯改性异氰脲酸酯产品的开发应用，积累了丰富的经验。
应用案例-屋面及外墙保温装饰一体化

典型案例（图）

聚氨酯改性异氰脲酸酯泡沫-氧指数、烟密度检测报告

GB8624-2006 对燃烧的热值、火灾发展速率、产烟毒性等进行判定

建筑节能法律法规（略）

聚氨酯建筑节能应用标准规范
2005年，国家开始强制执行建筑节能50%的标准，北京、天津、上海、大连、青岛、深圳六大发达地区率先试点执行节能65%的标准。

2020年全国所有城市牵制执行节能65%的标准。

既有建筑改造，到2010年，大城市完成改造面积的25%，中等城市达到15%,小城市达到10%；到2020年改造任务基本完成。

2007年5月19日建筑部发布《聚氨酯硬泡外墙外保温工程技术导则》为聚氨酯硬泡材料在我国建筑外墙领域的应用提供了技术规范。

2007年9月1日国标《硬泡聚氨酯保温防水工程技术规范》GB50404-2007发布。

2007年10月1日国标《建筑节能工程施工质量验收规范》GB50411-2007发布。

目前正在修编的《外墙外保温工程技术规程》
JGJ-144，聚氨酯保温体系是其中增添的重要内容。

聚氨酯硬质泡沫塑料和建筑节能
达到相同保温效果所需的材料厚度（图）

聚氨酯硬质泡沫塑料和建筑节能（略）

建筑建材防火法规
近一个时期，中国频频发生建筑火灾，尤其中央电视台火灾造成严重灾情的后果，人们发现这些有机保温材料防火性能差，易燃、燃烧中会产生大量的烟毒气体。社会各界对有机保温材料存在严重火灾的隐患反响极大。

2009年9月25日公安部、住房和城乡建设部联合制定了《民用建筑外保温系统及外墙装饰防火暂行规定》

《建筑材料及制品燃烧性能分级》GB 8624－2006代替GB 8624－1997

“全国能耗总量1/3来自建筑”、“新建办公楼能耗一般比老建筑高10倍以上”。
尴尬现实：节能建筑还不到一成。

硬质聚氨酯泡沫塑料作为新型建筑保温材料应为我国建筑节能、低碳经济提供安全可靠的解决方案。

传统的建筑材料已无法满足越来越严的建筑节能标准。选择新型的建筑保温材料势在必行。聚氨酯硬泡以其优越的低导热性能，成为新型建筑保温材料的理想选择。但作为建筑用保温材料，除了要求其导热系数低以外，阻燃亦是其基本要求之一。

随着防火等级要求的日益严格，普通硬质聚氨酯泡沫在满足防火规范的方面面临巨大的挑战。如果单纯通过在配方体系中加入大量的阻燃剂来满足规范要求则会影响泡沫的压缩强度和尺寸稳定性，并提高产品的成本。采用聚氨酯改性异氰脲酸酯泡沫体系能够很好的解决防火性问题，聚氨酯改性异氰脲酸酯泡沫泡沫的优点是具有更好的抗点燃性、抗火焰蔓延和抗烧毁能力，燃烧时形成生烟少的坚固的炭

化表层。

检测数据及实践显示聚氨酯改性异氰脲酸酯体系是最适合的解决方案-最佳的隔热性能、优异的防火性能、低烟、低毒、加工的多样性、整体系统的安全性、技术的成熟性。

补充说明：
聚氨酯泡沫的阻燃主要有以下途径：添加阻燃剂(含卤素、磷的有机物或金属氧化物等)、使用特殊的多元醇(在多元醇结构中引入卤素、磷等)、使用聚氨酯改性异氰脲酸酯系统等。

大量添加阻燃剂，虽然可以在一定程度上提高阻燃性能，但随着阻燃剂量的增加，聚氨酯泡沫的物理性能将大大降低，同时有些阻燃剂对人体或环境有很大的危害作用。使用特殊的多元醇只能较少的提高阻燃性能，效果不明显，同时合成这样的多元醇需要较高的成本。

根据我们多年来的生产及工程实践，我们认为聚氨酯改性异氰脲酸酯泡沫技术的应用可最大限度地改善泡沫的耐火性能，并可减少阻燃剂的使用，以保持良好的物理性能。

三聚反应的结果使硬质聚氨酯泡沫具备了更重要的意义，因其为网状结构，化学能较大，结合牢固，所以其耐热性能好，即使在燃烧时也相对难以破坏其分子结构，这样就提高了阻燃性能。

聚氨酯改性异氰脲酸酯反应：

没有经过化学结构改性的硬质聚氨酯泡沫，空气中易燃烧，在200~250℃时开始逸出挥发物，释放有毒气体，并开始进行热分解反应，放出大量有毒气体及烟尘。

经过化学结构改性的，采用难燃化技术路线的硬质聚氨酯泡沫，温度即使达到400℃，几乎无挥发物逸出。在高温下，泡沫在燃烧过程中，首先在泡沫表面生成具有碳化结构的阻隔层，此阻隔层能防止提供继续燃烧的热量传递、阻止对聚氨酯泡沫继续供氧，阻止继续燃烧、起到大大减少泡沫燃烧过程中产生的烟雾和毒性气体的作用。

使用HCFC-141b 发泡剂的硬质泡沫材料在长期尺寸稳定性方面发现了不少问题，而这些问题是由发泡剂对聚合物基材强溶剂效应造成。聚氨酯改性异氰脲酸酯系统能够很好的抵抗发泡剂的溶剂效应。

参考配方：
多元醇（聚酯、聚醚） 100
匀泡剂 1.5~2.5
催化体系 3~6.5
阻燃体系 30~50
发泡剂体系 38~55
异氰酸酯指数 250~500

检测报告：
氧指数32.5~35、烟密度等级SDR 34~70之间。（实测时或因不同地区消防部门检测误差，数据略有不同，但均在允许范围）

一般认为在做B1级时，试验室做到B1级似乎没什么困难，而生产制品就是另一回事了。这里需要说明的是，不是生产制品时泡沫的阻燃

等级就达不到B1级了，而是因为在设计配方时没有充分考虑或区分生产条件（如设备的流量、模具、环境温度、模具温度等/间歇式；

设备的流量、布料系统、板速等/连续式），致使生产出来的制品达不到设计要求，如密度、形稳性、物理性能、泡沫表面质地等。

在设计符合国家防火要求的硬质聚氨酯配方时，要根据生产条件、产品规格、生产环境来制定发泡参数，以满足不同生产工艺的需要。

建筑用硬质聚氨酯泡沫保温产品生产方式主要有：夹心板材(连续及间断式，金属及非金属面材)，块泡(连续及间断式)，喷涂材料等。

目前能够满足B1级的泡沫配方可以考虑
1.阻燃聚醚多元醇体系；
2.聚氨酯改性聚异氰脲酸酯体系；
3.可膨胀石墨等方案。
具体采用哪种方案应取决于发泡工艺、材料取得的难易、物理性能要求等。

在建筑节能领域如何在节能65%的前提下，选择保温体系、平衡保温与防火、安全间的关系，至少聚氨酯改性异氰脲酸酯体系是备选方案之一。
也许是最有希望的解决方案。

建筑保温节能是一门专业性强、涉及面广、系统性强、科学严谨的行业。我国的建筑外墙保温节能技术在推广与应用方面，已取得了成效，但在工程实践中，外墙外保温系统包括材料体系、工艺体系、标准体系、应用技术等科学研究方面，还存在不少需要解决的问题，如材料科学技术、保温节能效率、工艺技术水平、质量保障与保温层的寿命问题，保温层的安全与承重问题，生态环境问题，以及标准体系问题。对我们从事外保温领域的工作人员来说，还有很长的路要走。

在施工中往往因为人员因素（使用不恰当的原料、在不符合施工要求的条件下施工、操作人员技能达不到要求等）造成人们对聚氨酯产品质量的误解。从业人员的综合素质水平是聚氨酯硬泡能否充分发挥其功效的重要环节。提高是开展工作的首要任务。

如今市场竞争的格局是整条产业链的竞争——就建筑保温中聚氨酯产品产业链而言，从配方设计环节（工艺确定、原料采购、设备选型等）、生产、施工环节（严格按照工艺要求生产符合设计要求的产品-人的因素至关重要，这里的施工指现场喷涂）、产品安装销售环节（效率、安全控制等）。如何控制好这些环节-是利润保证的关键！

很不幸，在诸多环节中，往往对原料的成本关注度最高，使用便宜原料仿佛成为终极目标，忽略从业人员技能的提高等，浮躁、急功近利，大概是制约发展的关键。

聚氨酯的制造特点是需要在化学品（原料——设备——方法（工艺）之间有正确的相互影响。聚氨酯的制造方法是聚合物中最多姿多彩的一种，正是由于这种变化多端，制造厂得以生产出新颖的产品。

个人的一些感受，不妥之处敬请大家批评指正。不胜感谢！

就配方设计环节愿与感兴趣的朋友进一步交流。landerpu@sina.com 聚氨酯外包项目组(为客户提供硬质聚氨酯外保温——全面解决方案:发泡设备的选择、配方、发泡工艺设计、助剂选择等）