聚氨酯材料改造仓房的工艺应用比较

杨 超

（1.福建省储备粮管理有限公司，福建 福州 350001；2.福建省储备粮管理有限公司漳州直属库，福建 漳州 363005）

随着充氮气调、空调控温等绿色储粮技术的应用推广，仓房气密性、隔热性等仓储性能愈发重要。福建省地处储粮生态高温高湿区，仓储设施保持较好的气密性和隔热性对于储粮安全和质量稳定有着重要的基础作用。根据《粮油储藏技术规范》和《粮油储藏平房仓气密性要求》的规定，仓房墙体的导热系数应小于0.7 W/(m·K)，平房仓气密性熏蒸仓三级应达到500 Pa降至250 Pa的半衰期不小于40 s，气调仓三级应达到500 Pa降至250 Pa的半衰期不小于120 s，而由于在粮仓建设中的主观认识和经济因素，以及仓储建设和仓储工艺的脱节，往往存在仓房隔热性和气密性不足的情况，导致储粮阶段熏蒸或气调失败、储粮品质快速下降、粮温升高结露等问题[1]。聚氨酯材料以其优异隔热、防潮、防水、耐磨和高弹性等特点广泛应用于汽车制造、航空航天、医疗和农业等许多领域，是提高仓储设施气密和隔热性能的优质材料。本文阐述了聚氨酯材料的特点，并简要介绍聚氨酯硬泡材料在粮库应用的两种工艺和应用效果，为推广聚氨酯材料在粮库的应用提供理论数据。

1 聚氨酯材料的特点

聚氨酯材料（PU），全称聚氨基甲酸酯，是主链上含有重复氨基甲酸酯基团（—NHCOO—）的大分子化合物的统称，由多（聚）异氰酸酯和多元醇等扩链剂或交联剂等加聚合成的聚合物，通过改变原料种类及组成，可以大幅度改变聚合物形态和性能，得到从柔软到坚硬的不同产品[2]。

1.1 聚氨酯材料隔热性良好

聚氨酯材料具有绝佳的隔热性，导热系数可达0.018～0.023 W/(m·K)，小于空气导热系数，适宜用于全国各个地区仓房屋面隔热层，50 mm厚的聚氨酯硬质泡沫塑料保温效果相当于90 mm厚的矿棉、760 mm厚的混凝土。王薇[3]比较了喷涂聚氨酯硬泡材料、喷聚乙烯泡沫和屋面无水石膏三种材料的隔热性能，发现聚氨酯硬泡材料的隔热性能最理想。在粮仓常用的建筑材料中，聚氨酯材料导热系数最低，见表1。

表1 常用建筑隔热材料热导率

1.2 聚氨酯材料粘结性能良好

聚氨酯泡沫可直接喷涂于墙体，从而使混合物发泡成型，液体物料具有渗透性、流动性，可进入到墙面基层空隙中发泡，与基层牢固地粘合并起到密封的作用。聚氨酯泡沫粘结强度在0.294 MPa以上，在实际工作中常用于熏蒸或充氮前仓房孔洞的密封和仓门、仓窗的密封，提高仓房气密性。

1.3 聚氨酯材料防水性能好

硬质聚氨酯由于闭孔率高达92%以上，能在泡沫体外形成一层光滑的膜，因此泡沫吸水率低，抗水蒸气渗透性好，不易透水。在施工连续情况下，整体防水效果好，且不会因吸潮而增大导热系数，防水性能可靠。

1.4 改性聚氨酯材料阻燃性能好

聚氨酯材料极易燃烧，目前主要通过添加无机阻燃剂或有机阻燃剂的方法来提高其阻燃性能，改性后的材料遇火燃烧时其表面会形成致密碳化层，能有效阻止火焰继续蔓延[4]。添加阻燃剂的聚氨酯材料防火等级可以达到国家标准的B1级，防火性能极佳，能满足消防要求。

2 聚氨酯材料的老化和降解

2.1 热氧老化

聚氨酯的热氧降解主要是对分子链中醚键的氧化，随着温度升高而加强，最终导致分子醚键断裂，物理性能下降。聚氨酯材料的热氧老化反应在80 ℃开始，超过100 ℃加速进行[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。水分子与聚氨酯大分子中的易于水解基团发生化学反应，使分子键断裂而降解，导致力学性能降低。

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）、吸收一定波长的光后，聚合物中分子键断裂，导致产品的物理性能下降；同时降解生成的二酮一酞亚氨结构，使聚氨酯颜色加深。

2.4 化学物质对聚氨酯材料的降解

化学物质对聚氨酯材料的降解是以二甘醇、磷酸酯、磷酸二烃酯等化学物质为分解剂，在一定的条件下，将聚氨酯分解成微孔聚氨酯弹性体的过程。聚氨酯的化学分解主要用于聚氨酯废旧料的处理，使之分解成中间体，达到回收再利用的目的。

3 聚氨酯硬泡材料的应用工艺

聚氨酯硬泡材料是聚氨酯材料的一种，在粮库中有两种应用工艺。

3.1 现场发泡喷涂工艺

聚氨酯硬泡材料的现场发泡喷涂工艺是提升粮仓气密性的有效措施。工艺使用两种化工原料，A料是有机异氰酸酯，B料是多元醇，加入阻燃剂、发泡剂和催化剂等，经发泡机加压、加温，从保温管道送到喷枪混合室内混合，用压缩空气喷涂。发泡喷涂分三道工序：第一道工序是处理仓房墙面面层，去除粉刷层，清理污物，使墙面平整牢固，增强发泡材料的附着力；第二道工序是分两次均匀喷涂硬泡专用隔汽界面剂浆液，第一次涂层要求所配制的界面剂黏度稍低些，使其向混凝土内渗透，提高粘结强度，堵塞表面毛细孔，第二次要求配制浆液成膜性要好；第三道工序是多次分层喷涂聚氨酯硬泡，第一层仅在混凝土面上薄薄地喷涂一层，厚度约为0.5～1.0 mm，作为聚氨酯与基层的结合层，剩余层要求每层喷涂的厚度不得大于30 mm。

聚氨酯硬泡现场发泡喷涂工艺存在的问题：一是喷涂中易产生喷涂不均匀,平整度难以保证；二是施工期间对天气和温度比较敏感，一般要求施工当天大气温度15 ℃以上，空气相对湿度小于85%，施工现场的风力小于3级；三是面层处理需要精准的技术，处理不当会产生起鼓、裂纹、脱落等现象；四是喷涂现场易产生聚氨酯泡沫的漂浮，并且有刺激性气味，因此现场要有较好的通风条件，同时保证在喷涂或结束后，施工现场2 d内没有电焊、切割等明火作业。

3.2 预制保温板工艺

预制保温板工艺是按照仓房墙面尺寸定制聚氨酯保温板尺寸及厚度（20～50 mm），将聚氨酯保温板安装在仓房内墙面的措施。工艺流程为：尺寸设计→清除墙体面层→施放水平垂直基准控制线→聚氨酯保温板粘结墙面→聚氨酯保温板交连处打入密封胶→板面垃圾清理。

预制保温板工艺可以依据预制尺寸优势增强仓房气密性，但是板与板、板与地面交连处存在气密性漏洞，且容易产生与墙面粘结效果不良问题，目前已有改进工艺，在施工中利用公母槽拼接板技术，并使用中性耐候性硅酮胶粘结和密封，增加粘合强度，可以达到预期效果。

4 聚氨酯硬泡材料的改造应用实验

4.1 改造仓房情况

选择福建省储备粮管理有限公司漳州直属库仓房为实验仓房，均为2009年统一建造砖混结构高大平房仓，仓房长48 m，宽24 m，墙体厚度50 cm，粮堆安全线高度6 m，设计仓容4 700 t。实验仓屋顶使用菱镁板架空层隔热，墙体和架空层面层使用白色涂料粉刷，仓内设酚醛板吊顶，门窗、通风口均采用保温材料填充密实，提高隔热性能。P2仓采用现场发泡喷涂工艺，P3仓采用预制保温板工艺，对照仓（P6）未改造。

4.2 改造前后气密性变化

根据GB/T 25229—2010《粮油储藏 平房仓气密性要求》，在改造前后对仓房空仓和实仓均进行了气密性检测，其中实仓检测使用粮面覆膜测压法。由于建造时期对气密性要求不高，各个仓房的气密性仅能达到熏蒸仓三级仓要求（40 s≤t＜100 s），仓房使用期间熏蒸、通风和储粮度夏均受到不同程度的影响，更难以达到充氮要求。改造后仓房气密性得到了极大提升，两种工艺仓房均提升至气调仓二级要求（240 s≤t＜300 s），但两种工艺之间对比差异不显著，见表2。

表2 改造前后气密性变化对比

4.3 改造后保温效果

仓房均安装郑州贝博电子有限公司生产的LXLJIV型电子测温测湿设备，每仓布测温点240个，其中垂直层设计4层，每层布置60个水平测温点，每天上午9:30自动采集温度。气温、仓温和粮温变化情况见图1和图2。

实验地区在2021年1月7日起出现寒潮并持续1周，气温在1月13日降至6.0 ℃，库内组织蓄冷降温，仓温和粮温均降至最小值，其中对照仓仓温降至7.0 ℃、粮温降至9.5 ℃，为各个仓最低，之后3个月内，对照仓仓温和粮温迅速升温至21.5 ℃和19.0 ℃，两个实验仓仓温上升速率明显小于对照仓，且粮温均保持在15.0 ℃以下，说明两种工艺有保温效果好，但两种工艺之间无显著差异。

4.4 应用成本分析

聚氨酯硬泡技术两种工艺的应用成本见表3。

表3 不同工艺改造工序和费用对比

由表3可知，现场发泡喷涂工艺单仓改造费用98 453元、单价114元/㎡，预制保温板工艺单仓改造费用120 175元、单价139元/㎡，有一定的应用成本。但改造能提升仓房的气密性和保温性能，减少熏蒸、气调和空调控温的成本，间接降低了粮食的销售成本。

两种工艺单仓改造费用相差21 722元，单价差值25元/㎡，改造后对气密性和保温隔热能力的提升方面差异不显著，显示出聚氨酯硬泡现场发泡喷涂工艺有高性价比的优点，但预制保温板工艺墙面平滑，不吸附粮粒且易于出仓清理，在储粮安全和仓房美观方面有更大的优势。

5 结 语

近年来，粮储行政管理部门提出对粮仓进行分类分级，其中气密性和保温隔热能力太弱将不能继续储粮，这对各地仓房功能提升提出了具体要求。聚氨酯材料的优异性能可以满足仓房改造的需求，并有助于空调控温、充氮气调等绿色储粮技术的使用、推广和发展，是下一阶段储粮技术发展的基础。虽然聚氨酯材料目前不具有价格优势，但在效果和长远收益方面有极大的应用潜力，在粮库的实际应用工艺中，预制保温板工艺有更大的优势。