聚氨酯硬泡如何為食品冷鏈產(chǎn)業(yè)提供可持續(xù)的溫控解決方案

張杰，區(qū)德妍

（拜耳材料科技（中國(guó)）有限公司，上海 浦東 200120）

1、背景介紹

在中國(guó)，由于快速增長(zhǎng)的人口和城市化進(jìn)程的加快，人們對(duì)生活品質(zhì)、長(zhǎng)壽期望和高品質(zhì)的食物，特別是對(duì)健康食品，有了越來(lái)越高的要求，使得“冷鏈”成為了中國(guó)重要的發(fā)展議題之一。除此之外，各類(lèi)食品安全和冷庫(kù)火災(zāi)事件的發(fā)生也是迫切需要解決的問(wèn)題。一個(gè)強(qiáng)大的冷鏈基礎(chǔ)設(shè)施和網(wǎng)路，不僅造福農(nóng)民、惠及食品機(jī)構(gòu)和物流、配送企業(yè)，也將整個(gè)食品鏈的價(jià)值延伸到每一個(gè)消費(fèi)者。這也是我們一直所倡議的：冷鏈關(guān)系到從農(nóng)田到餐桌的各個(gè)環(huán)節(jié)。所以冷鏈發(fā)展定能在社會(huì)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的過(guò)程中發(fā)揮積極作用。國(guó)家發(fā)改委最近發(fā)布的農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流發(fā)展規(guī)劃，以及其他國(guó)家規(guī)劃項(xiàng)目（例如“十二五計(jì)劃”），都充分地顯示了政府越來(lái)越重視和支持冷鏈的基礎(chǔ)建設(shè)，發(fā)展冷鏈物流標(biāo)準(zhǔn)體系，推進(jìn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化，以及加強(qiáng)冷鏈物流的監(jiān)管與查驗(yàn)。

2、聚氨酯的概況、聚氨酯在冷鏈行業(yè)的地位以及與其他保溫材料的比較

2.1 硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料

用于保溫的硬質(zhì)聚氨酯泡沫（PUR/PIR）是一種熱固性閉孔聚合物材料。它在工廠(chǎng)以保溫板或塊狀形式制造，并與各種不同的飾面結(jié)合制成建筑用材和三明治夾心板做為保溫材料?，F(xiàn)場(chǎng)噴涂聚氨酯泡沫也可以直接應(yīng)用在施工工地上。

在同樣的材料厚度上，硬質(zhì)聚氨酯泡沫（PUR/PIR）可以提供最佳的保溫效果，并具有特殊的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

對(duì)于建筑師和規(guī)劃者來(lái)說(shuō)，硬質(zhì)聚氨酯泡沫（PUR/PIR）作為創(chuàng)新保溫解決方案，其應(yīng)用涉及地窖、墻體、天花板以及屋頂?shù)?。它更是?shí)現(xiàn)輕量化、低能耗甚至零能耗建筑的理想選擇。

2.2 硬質(zhì)聚氨酯泡沫在冷鏈行業(yè)的三種主要應(yīng)用

2.2.1 噴涂 對(duì)于不易使用模具的場(chǎng)合，諸如大型球形貯罐、大口徑異型管件、冷庫(kù)墻體等的保溫包覆，最好的辦法是現(xiàn)場(chǎng)噴涂發(fā)泡。該方法是將聚氨酯發(fā)泡物料直接噴涂在物體表面上，物料快速發(fā)泡并凝膠，形成與基體一致的聚氨酯硬泡絕熱保溫層。但是使用噴涂法保溫的，一定要做好隔汽隔濕。

2.2.2 塊泡 聚氨酯塊泡可以被切割成匹配的形狀而應(yīng)用在保溫的建筑設(shè)備和工業(yè)設(shè)施中。

2.2.3三明治夾心板 這個(gè)工藝以硬質(zhì)聚氨酯泡沫作為芯材，大多數(shù)情況下其上下表面都是金屬飾面。三明治夾心板材特別適合應(yīng)用在屋頂和墻壁，以及各種大廳和工業(yè)樓宇的支撐結(jié)構(gòu)中，當(dāng)然也適用于冷庫(kù)建筑和冷庫(kù)組件中。輕量化的板材在各種天氣條件下都易于加工和安裝。PUR/PIR夾心板，可以在建筑工程的不同階段預(yù)制，讓建筑結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)更加靈活。

保溫材料在商用和民用建筑上應(yīng)該減少冬季時(shí)的熱流失，又能在夏季為室內(nèi)隔熱。同樣的，它們?cè)诶鋷?kù)中也有類(lèi)似的功能，保持里面的低溫，防止外部的熱量進(jìn)入，也利于室內(nèi)溫度控制。硬質(zhì)聚氨酯泡沫的保溫性能與其他保溫材料相比，其各種性能參數(shù)都表現(xiàn)卓越（見(jiàn)表1）。一個(gè)實(shí)際例子就是硬質(zhì)聚氨酯泡沫的優(yōu)秀保溫性能可以讓建筑的墻體做到最?。ㄋcPS和石棉等其他保溫材料相比，導(dǎo)熱系數(shù)或K值最低）（見(jiàn)圖1），這就意味著增加了額外的使用空間和更多的設(shè)計(jì)選擇。

總體來(lái)說(shuō)，冷鏈運(yùn)輸設(shè)備和冷庫(kù)建筑的保溫及控溫的關(guān)鍵在于選擇正確的保溫材料。

溫控在整個(gè)食品冷鏈的每一個(gè)環(huán)節(jié)都是獨(dú)立且不可或缺的。從保存種子的新鮮度，食品采摘后的預(yù)冷，到確保食物于運(yùn)輸，冷藏、冷凍，分銷(xiāo)，零售和家庭消費(fèi)時(shí)的新鮮和安全。

保存產(chǎn)品的質(zhì)量、新鮮度、安全和價(jià)值，應(yīng)該用最環(huán)保、經(jīng)濟(jì)和健康的解決方案，而不是依靠使用有害的添加劑。

制冷所需的能量消耗一般是制熱所需的10倍以上（取決于不同類(lèi)型的設(shè)備）。由于這個(gè)原因，優(yōu)化的保溫技術(shù)對(duì)于保持行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力和節(jié)約能源方面是不可或缺的。

2.3 聚氨酯在中國(guó)的冷鏈?zhǔn)袌?chǎng)的地位

介紹過(guò)硬質(zhì)聚氨酯泡沫在冷鏈行業(yè)的重要性后，那它目前在中國(guó)具有怎樣的市場(chǎng)地位？

2.3.1 冷庫(kù)：在新建冷庫(kù)項(xiàng)目中（包括公共冷庫(kù)和自用冷庫(kù)）聚氨酯的應(yīng)用已超過(guò)60%以上。聚氨酯三明治夾心板和噴涂泡沫多應(yīng)用在冷庫(kù)的墻體和屋頂。而目前已建成的冷庫(kù)，特別是使用了10年或以上的，則應(yīng)用各種不同保溫性能的建筑材料（如PS、礦棉、稻殼、磚及土壤等）。

2.3.2 冷藏集裝箱：聚氨酯占據(jù)了幾乎所有的市場(chǎng)份額，也被制造商廣泛接受及認(rèn)可為最好的解決方案。

2.3.3冷藏車(chē)（包括卡車(chē)/面包車(chē)/拖車(chē)等）：僅車(chē)體車(chē)廂內(nèi)壁，聚氨酯有超過(guò)60%的市場(chǎng)份額。

2.3.4 家用、商用冰箱：與冷藏集裝箱類(lèi)似，該市場(chǎng)的大部分也多采用聚氨酯技術(shù)，聚氨酯也被認(rèn)為是最佳和最安全的保溫節(jié)能材料。

3、聚氨酯如何實(shí)現(xiàn)“可持續(xù)性”以及如何為冷鏈提供環(huán)保的解決方案

正如前面提到的，聚氨酯已成為最有效的保溫材料，相比其他的聚合物和礦棉，其導(dǎo)熱系數(shù)低，堅(jiān)固耐用，應(yīng)用廣泛。此材料也同樣具有極好的抗壓強(qiáng)度和尺寸穩(wěn)定性。

3.1 硬質(zhì)聚氨酯泡沫的生命周期分析和能源平衡

一個(gè)內(nèi)部的研究表明，聚氨酯有助于在許多方面實(shí)現(xiàn)可持續(xù)性的解決方案?？沙掷m(xù)性包括在經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境保護(hù)方面越來(lái)越得到非政府組織、當(dāng)局和行業(yè)的更多關(guān)注。因此，產(chǎn)品的生產(chǎn)流程和產(chǎn)品在使用過(guò)程中對(duì)于環(huán)境的影響或貢獻(xiàn)，與產(chǎn)品不同生命周期階段的相互作用就十分重要。生命周期評(píng)估（Life Cycle Assessment – LCA）就是一個(gè)用來(lái)協(xié)助分析產(chǎn)品對(duì)環(huán)境影響的重要“工具”。（見(jiàn)圖2）

我們不會(huì)在這里討論LCA的細(xì)節(jié)，只是想指出LCA這課題的重要原則是比較生產(chǎn)硬質(zhì)聚氨酯泡沫時(shí)投入的能耗和在它的生命周期內(nèi)所帶來(lái)的節(jié)能效果。在平均50年的使用壽命內(nèi)，由硬質(zhì)聚氨酯泡沫制成的保溫材料所帶來(lái)的節(jié)能效果是其生產(chǎn)、運(yùn)輸和應(yīng)用過(guò)程中所消耗能量的70倍以上。另一份內(nèi)部研究指出，每應(yīng)用一公斤聚氨酯即可在建筑物的一般壽命中減排高達(dá)755公斤二氧化碳（二氧化碳是溫室氣體排放的關(guān)鍵氣體之一）。這些事實(shí)都足以表明，有效保溫對(duì)于未來(lái)保護(hù)能源是至關(guān)重要的，也有利于資源的長(zhǎng)期規(guī)劃（燃料和其他寶貴能源）和分配。

3.2 材料的可回收和能源回收

由硬質(zhì)聚氨酯泡沫（PUR/PIR）制成的保溫產(chǎn)品在一般的建筑物使用壽命中是十分穩(wěn)定和耐用持久的。在建筑物拆除、拆卸后，硬質(zhì)聚氨酯泡沫可被重復(fù)使用。

清潔和完好的硬質(zhì)聚氨酯泡沫保溫板可被再次應(yīng)用在屋頂、閣樓的保溫。清潔的硬質(zhì)聚氨酯廢料也可以被加工壓碎，回收后用以壓制成板（類(lèi)似硬紙板）。這些可以用于特殊應(yīng)用，如地板等。研磨硬質(zhì)聚氨酯泡沫而制成的顆粒，可用作吸油劑或和水泥結(jié)合為保溫砂漿。有雜質(zhì)的硬質(zhì)聚氨酯泡沫，或與其他建筑材料粘貼著的硬質(zhì)聚氨酯泡沫，可和其他家居廢料一起焚燒，焚燒后在熱回收系統(tǒng)中對(duì)環(huán)境也沒(méi)有任何負(fù)面影響。在整個(gè)過(guò)程中，保溫材料中的能量可再轉(zhuǎn)化成主要能源。

3.3 硬質(zhì)聚氨酯泡沫 在冷鏈領(lǐng)域中作為“生態(tài)保溫”的想法

3.3.1 商用、家用冰箱（冷鏈最后一公里，“消費(fèi)新鮮”）

在歐洲，聚氨酯保溫使1950到2005年間的冰箱能源消耗減少了65%。聚氨酯使得節(jié)能設(shè)計(jì)的解決方案和集成創(chuàng)新的設(shè)計(jì)思路成為可能。通過(guò)加強(qiáng)技術(shù)和創(chuàng)新設(shè)計(jì)，如免開(kāi)門(mén)（生態(tài)冰箱售貨機(jī)），使冰箱的整體能源消耗有效地減少。新的趨勢(shì)是進(jìn)一步和新概念整合，例如將活動(dòng)的保溫箱作為冰箱，利用太陽(yáng)能源發(fā)電等。

3.3.2 冷藏集裝箱和冷藏車(chē)（“一路新鮮”）

由于聚氨酯最優(yōu)的保溫性能，它能確保食品的安全，用聚氨酯保溫可以為糧食短缺的問(wèn)題做出貢獻(xiàn)（現(xiàn)在高達(dá)50%的生產(chǎn)食品在冷鏈環(huán)節(jié)被浪費(fèi)）。它們可以為運(yùn)輸?shù)娜贪ㄗ畛醯念A(yù)冷和“最后一公里”定制最佳的解決方案，以此進(jìn)一步降低整個(gè)食品冷鏈環(huán)節(jié)的能源消耗。

3.3.3 預(yù)冷、冷房、冷庫(kù)（“存儲(chǔ)新鮮”）

前文提到，制冷所需的能量消耗大約是制熱所需的10倍以上，保溫材料的正確選擇對(duì)于設(shè)計(jì)和運(yùn)營(yíng)冷庫(kù)環(huán)境（如調(diào)整冷庫(kù)制冷機(jī)組效能、營(yíng)運(yùn)時(shí)間長(zhǎng)短和氣調(diào)環(huán)境等）都是至關(guān)重要的。正確的保溫材料也能縮短建筑時(shí)間、把成本降到最低，以縮短投資回報(bào)的時(shí)間。

3.3.4 制冷系統(tǒng)（硬質(zhì)聚氨酯泡沫與發(fā)泡橡膠比較）

現(xiàn)有的發(fā)泡橡膠技術(shù)在保溫效率上是比較低的。聚氨酯保溫工藝更利于在制冷系統(tǒng)上操作和應(yīng)用（所需求勞動(dòng)技能也較低），從而帶出高效的節(jié)能效應(yīng)（改善性能系數(shù) COP），并且引導(dǎo)行業(yè)趨勢(shì)。

1. Life Cycle Considerations of Selected Polyurethanes (Dr. Eckehard Weigand, Bayer AG)

2. Thermal Insulation Materials Made of Rigid PU Foam (PUR / PIR) (BING–Federation of European Rigid Polyurethane Foam Associations

3. IAL report (2010)

4. Company Intranet of Bayer and Bayer MaterialScience