聚氨酯材料改造倉房的工藝應(yīng)用比較

楊 超

（1.福建省儲備糧管理有限公司，福建 福州 350001；2.福建省儲備糧管理有限公司漳州直屬庫，福建 漳州 363005）

隨著充氮氣調(diào)、空調(diào)控溫等綠色儲糧技術(shù)的應(yīng)用推廣，倉房氣密性、隔熱性等倉儲性能愈發(fā)重要。福建省地處儲糧生態(tài)高溫高濕區(qū)，倉儲設(shè)施保持較好的氣密性和隔熱性對于儲糧安全和質(zhì)量穩(wěn)定有著重要的基礎(chǔ)作用。根據(jù)《糧油儲藏技術(shù)規(guī)范》和《糧油儲藏平房倉氣密性要求》的規(guī)定，倉房墻體的導(dǎo)熱系數(shù)應(yīng)小于0.7 W/(m·K)，平房倉氣密性熏蒸倉三級應(yīng)達(dá)到500 Pa降至250 Pa的半衰期不小于40 s，氣調(diào)倉三級應(yīng)達(dá)到500 Pa降至250 Pa的半衰期不小于120 s，而由于在糧倉建設(shè)中的主觀認(rèn)識和經(jīng)濟因素，以及倉儲建設(shè)和倉儲工藝的脫節(jié)，往往存在倉房隔熱性和氣密性不足的情況，導(dǎo)致儲糧階段熏蒸或氣調(diào)失敗、儲糧品質(zhì)快速下降、糧溫升高結(jié)露等問題[1]。聚氨酯材料以其優(yōu)異隔熱、防潮、防水、耐磨和高彈性等特點廣泛應(yīng)用于汽車制造、航空航天、醫(yī)療和農(nóng)業(yè)等許多領(lǐng)域，是提高倉儲設(shè)施氣密和隔熱性能的優(yōu)質(zhì)材料。本文闡述了聚氨酯材料的特點，并簡要介紹聚氨酯硬泡材料在糧庫應(yīng)用的兩種工藝和應(yīng)用效果，為推廣聚氨酯材料在糧庫的應(yīng)用提供理論數(shù)據(jù)。

1 聚氨酯材料的特點

聚氨酯材料（PU），全稱聚氨基甲酸酯，是主鏈上含有重復(fù)氨基甲酸酯基團（—NHCOO—）的大分子化合物的統(tǒng)稱，由多（聚）異氰酸酯和多元醇等擴鏈劑或交聯(lián)劑等加聚合成的聚合物，通過改變原料種類及組成，可以大幅度改變聚合物形態(tài)和性能，得到從柔軟到堅硬的不同產(chǎn)品[2]。

1.1 聚氨酯材料隔熱性良好

聚氨酯材料具有絕佳的隔熱性，導(dǎo)熱系數(shù)可達(dá)0.018～0.023 W/(m·K)，小于空氣導(dǎo)熱系數(shù)，適宜用于全國各個地區(qū)倉房屋面隔熱層，50 mm厚的聚氨酯硬質(zhì)泡沫塑料保溫效果相當(dāng)于90 mm厚的礦棉、760 mm厚的混凝土。王薇[3]比較了噴涂聚氨酯硬泡材料、噴聚乙烯泡沫和屋面無水石膏三種材料的隔熱性能，發(fā)現(xiàn)聚氨酯硬泡材料的隔熱性能最理想。在糧倉常用的建筑材料中，聚氨酯材料導(dǎo)熱系數(shù)最低，見表1。

表1 常用建筑隔熱材料熱導(dǎo)率

1.2 聚氨酯材料粘結(jié)性能良好

聚氨酯泡沫可直接噴涂于墻體，從而使混合物發(fā)泡成型，液體物料具有滲透性、流動性，可進(jìn)入到墻面基層空隙中發(fā)泡，與基層牢固地粘合并起到密封的作用。聚氨酯泡沫粘結(jié)強度在0.294 MPa以上，在實際工作中常用于熏蒸或充氮前倉房孔洞的密封和倉門、倉窗的密封，提高倉房氣密性。

1.3 聚氨酯材料防水性能好

硬質(zhì)聚氨酯由于閉孔率高達(dá)92%以上，能在泡沫體外形成一層光滑的膜，因此泡沫吸水率低，抗水蒸氣滲透性好，不易透水。在施工連續(xù)情況下，整體防水效果好，且不會因吸潮而增大導(dǎo)熱系數(shù)，防水性能可靠。

1.4 改性聚氨酯材料阻燃性能好

聚氨酯材料極易燃燒，目前主要通過添加無機阻燃劑或有機阻燃劑的方法來提高其阻燃性能，改性后的材料遇火燃燒時其表面會形成致密碳化層，能有效阻止火焰繼續(xù)蔓延[4]。添加阻燃劑的聚氨酯材料防火等級可以達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)的B1級，防火性能極佳，能滿足消防要求。

2 聚氨酯材料的老化和降解

2.1 熱氧老化

聚氨酯的熱氧降解主要是對分子鏈中醚鍵的氧化，隨著溫度升高而加強，最終導(dǎo)致分子醚鍵斷裂，物理性能下降。聚氨酯材料的熱氧老化反應(yīng)在80 ℃開始，超過100 ℃加速進(jìn)行[5]。

2.2 聚氨酯的水解

聚氨酯由于有酯基、氨基甲酸球基的存在，使其耐水性不佳。水分子與聚氨酯大分子中的易于水解基團發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使分子鍵斷裂而降解，導(dǎo)致力學(xué)性能降低。

2.3 聚氨酯的光老化降解

聚氨酯材料受光照射（自然光、紫外光等）、吸收一定波長的光后，聚合物中分子鍵斷裂，導(dǎo)致產(chǎn)品的物理性能下降；同時降解生成的二酮一酞亞氨結(jié)構(gòu)，使聚氨酯顏色加深。

2.4 化學(xué)物質(zhì)對聚氨酯材料的降解

化學(xué)物質(zhì)對聚氨酯材料的降解是以二甘醇、磷酸酯、磷酸二烴酯等化學(xué)物質(zhì)為分解劑，在一定的條件下，將聚氨酯分解成微孔聚氨酯彈性體的過程。聚氨酯的化學(xué)分解主要用于聚氨酯廢舊料的處理，使之分解成中間體，達(dá)到回收再利用的目的。

3 聚氨酯硬泡材料的應(yīng)用工藝

聚氨酯硬泡材料是聚氨酯材料的一種，在糧庫中有兩種應(yīng)用工藝。

3.1 現(xiàn)場發(fā)泡噴涂工藝

聚氨酯硬泡材料的現(xiàn)場發(fā)泡噴涂工藝是提升糧倉氣密性的有效措施。工藝使用兩種化工原料，A料是有機異氰酸酯，B料是多元醇，加入阻燃劑、發(fā)泡劑和催化劑等，經(jīng)發(fā)泡機加壓、加溫，從保溫管道送到噴槍混合室內(nèi)混合，用壓縮空氣噴涂。發(fā)泡噴涂分三道工序：第一道工序是處理倉房墻面面層，去除粉刷層，清理污物，使墻面平整牢固，增強發(fā)泡材料的附著力；第二道工序是分兩次均勻噴涂硬泡專用隔汽界面劑漿液，第一次涂層要求所配制的界面劑黏度稍低些，使其向混凝土內(nèi)滲透，提高粘結(jié)強度，堵塞表面毛細(xì)孔，第二次要求配制漿液成膜性要好；第三道工序是多次分層噴涂聚氨酯硬泡，第一層僅在混凝土面上薄薄地噴涂一層，厚度約為0.5～1.0 mm，作為聚氨酯與基層的結(jié)合層，剩余層要求每層噴涂的厚度不得大于30 mm。

聚氨酯硬泡現(xiàn)場發(fā)泡噴涂工藝存在的問題：一是噴涂中易產(chǎn)生噴涂不均勻,平整度難以保證；二是施工期間對天氣和溫度比較敏感，一般要求施工當(dāng)天大氣溫度15 ℃以上，空氣相對濕度小于85%，施工現(xiàn)場的風(fēng)力小于3級；三是面層處理需要精準(zhǔn)的技術(shù)，處理不當(dāng)會產(chǎn)生起鼓、裂紋、脫落等現(xiàn)象；四是噴涂現(xiàn)場易產(chǎn)生聚氨酯泡沫的漂浮，并且有刺激性氣味，因此現(xiàn)場要有較好的通風(fēng)條件，同時保證在噴涂或結(jié)束后，施工現(xiàn)場2 d內(nèi)沒有電焊、切割等明火作業(yè)。

3.2 預(yù)制保溫板工藝

預(yù)制保溫板工藝是按照倉房墻面尺寸定制聚氨酯保溫板尺寸及厚度（20～50 mm），將聚氨酯保溫板安裝在倉房內(nèi)墻面的措施。工藝流程為：尺寸設(shè)計→清除墻體面層→施放水平垂直基準(zhǔn)控制線→聚氨酯保溫板粘結(jié)墻面→聚氨酯保溫板交連處打入密封膠→板面垃圾清理。

預(yù)制保溫板工藝可以依據(jù)預(yù)制尺寸優(yōu)勢增強倉房氣密性，但是板與板、板與地面交連處存在氣密性漏洞，且容易產(chǎn)生與墻面粘結(jié)效果不良問題，目前已有改進(jìn)工藝，在施工中利用公母槽拼接板技術(shù)，并使用中性耐候性硅酮膠粘結(jié)和密封，增加粘合強度，可以達(dá)到預(yù)期效果。

4 聚氨酯硬泡材料的改造應(yīng)用實驗

4.1 改造倉房情況

選擇福建省儲備糧管理有限公司漳州直屬庫倉房為實驗倉房，均為2009年統(tǒng)一建造磚混結(jié)構(gòu)高大平房倉，倉房長48 m，寬24 m，墻體厚度50 cm，糧堆安全線高度6 m，設(shè)計倉容4 700 t。實驗倉屋頂使用菱鎂板架空層隔熱，墻體和架空層面層使用白色涂料粉刷，倉內(nèi)設(shè)酚醛板吊頂，門窗、通風(fēng)口均采用保溫材料填充密實，提高隔熱性能。P2倉采用現(xiàn)場發(fā)泡噴涂工藝，P3倉采用預(yù)制保溫板工藝，對照倉（P6）未改造。

4.2 改造前后氣密性變化

根據(jù)GB/T 25229—2010《糧油儲藏 平房倉氣密性要求》，在改造前后對倉房空倉和實倉均進(jìn)行了氣密性檢測，其中實倉檢測使用糧面覆膜測壓法。由于建造時期對氣密性要求不高，各個倉房的氣密性僅能達(dá)到熏蒸倉三級倉要求（40 s≤t＜100 s），倉房使用期間熏蒸、通風(fēng)和儲糧度夏均受到不同程度的影響，更難以達(dá)到充氮要求。改造后倉房氣密性得到了極大提升，兩種工藝倉房均提升至氣調(diào)倉二級要求（240 s≤t＜300 s），但兩種工藝之間對比差異不顯著，見表2。

表2 改造前后氣密性變化對比

4.3 改造后保溫效果

倉房均安裝鄭州貝博電子有限公司生產(chǎn)的LXLJIV型電子測溫測濕設(shè)備，每倉布測溫點240個，其中垂直層設(shè)計4層，每層布置60個水平測溫點，每天上午9:30自動采集溫度。氣溫、倉溫和糧溫變化情況見圖1和圖2。

實驗地區(qū)在2021年1月7日起出現(xiàn)寒潮并持續(xù)1周，氣溫在1月13日降至6.0 ℃，庫內(nèi)組織蓄冷降溫，倉溫和糧溫均降至最小值，其中對照倉倉溫降至7.0 ℃、糧溫降至9.5 ℃，為各個倉最低，之后3個月內(nèi)，對照倉倉溫和糧溫迅速升溫至21.5 ℃和19.0 ℃，兩個實驗倉倉溫上升速率明顯小于對照倉，且糧溫均保持在15.0 ℃以下，說明兩種工藝有保溫效果好，但兩種工藝之間無顯著差異。

4.4 應(yīng)用成本分析

聚氨酯硬泡技術(shù)兩種工藝的應(yīng)用成本見表3。

表3 不同工藝改造工序和費用對比

由表3可知，現(xiàn)場發(fā)泡噴涂工藝單倉改造費用98 453元、單價114元/㎡，預(yù)制保溫板工藝單倉改造費用120 175元、單價139元/㎡，有一定的應(yīng)用成本。但改造能提升倉房的氣密性和保溫性能，減少熏蒸、氣調(diào)和空調(diào)控溫的成本，間接降低了糧食的銷售成本。

兩種工藝單倉改造費用相差21 722元，單價差值25元/㎡，改造后對氣密性和保溫隔熱能力的提升方面差異不顯著，顯示出聚氨酯硬泡現(xiàn)場發(fā)泡噴涂工藝有高性價比的優(yōu)點，但預(yù)制保溫板工藝墻面平滑，不吸附糧粒且易于出倉清理，在儲糧安全和倉房美觀方面有更大的優(yōu)勢。

5 結(jié) 語

近年來，糧儲行政管理部門提出對糧倉進(jìn)行分類分級，其中氣密性和保溫隔熱能力太弱將不能繼續(xù)儲糧，這對各地倉房功能提升提出了具體要求。聚氨酯材料的優(yōu)異性能可以滿足倉房改造的需求，并有助于空調(diào)控溫、充氮氣調(diào)等綠色儲糧技術(shù)的使用、推廣和發(fā)展，是下一階段儲糧技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)。雖然聚氨酯材料目前不具有價格優(yōu)勢，但在效果和長遠(yuǎn)收益方面有極大的應(yīng)用潛力，在糧庫的實際應(yīng)用工藝中，預(yù)制保溫板工藝有更大的優(yōu)勢。