聚氨酯硬泡如何为食品冷链产业提供可持续的温控解决方案

张杰，区德妍

（拜耳材料科技（中国）有限公司，上海 浦东 200120）

1、背景介绍

在中国，由于快速增长的人口和城市化进程的加快，人们对生活品质、长寿期望和高品质的食物，特别是对健康食品，有了越来越高的要求，使得“冷链”成为了中国重要的发展议题之一。除此之外，各类食品安全和冷库火灾事件的发生也是迫切需要解决的问题。一个强大的冷链基础设施和网路，不仅造福农民、惠及食品机构和物流、配送企业，也将整个食品链的价值延伸到每一个消费者。这也是我们一直所倡议的：冷链关系到从农田到餐桌的各个环节。所以冷链发展定能在社会经济增长的过程中发挥积极作用。国家发改委最近发布的农产品冷链物流发展规划，以及其他国家规划项目（例如“十二五计划”），都充分地显示了政府越来越重视和支持冷链的基础建设，发展冷链物流标准体系，推进农业现代化，以及加强冷链物流的监管与查验。

2、聚氨酯的概况、聚氨酯在冷链行业的地位以及与其他保温材料的比较

2.1 硬质聚氨酯泡沫塑料

用于保温的硬质聚氨酯泡沫（PUR/PIR）是一种热固性闭孔聚合物材料。它在工厂以保温板或块状形式制造，并与各种不同的饰面结合制成建筑用材和三明治夹心板做为保温材料。现场喷涂聚氨酯泡沫也可以直接应用在施工工地上。

在同样的材料厚度上，硬质聚氨酯泡沫（PUR/PIR）可以提供最佳的保温效果，并具有特殊的应用优势。

对于建筑师和规划者来说，硬质聚氨酯泡沫（PUR/PIR）作为创新保温解决方案，其应用涉及地窖、墙体、天花板以及屋顶等。它更是实现轻量化、低能耗甚至零能耗建筑的理想选择。

2.2 硬质聚氨酯泡沫在冷链行业的三种主要应用

2.2.1 喷涂 对于不易使用模具的场合，诸如大型球形贮罐、大口径异型管件、冷库墙体等的保温包覆，最好的办法是现场喷涂发泡。该方法是将聚氨酯发泡物料直接喷涂在物体表面上，物料快速发泡并凝胶，形成与基体一致的聚氨酯硬泡绝热保温层。但是使用喷涂法保温的，一定要做好隔汽隔湿。

2.2.2 块泡 聚氨酯块泡可以被切割成匹配的形状而应用在保温的建筑设备和工业设施中。

2.2.3三明治夹心板 这个工艺以硬质聚氨酯泡沫作为芯材，大多数情况下其上下表面都是金属饰面。三明治夹心板材特别适合应用在屋顶和墙壁，以及各种大厅和工业楼宇的支撑结构中，当然也适用于冷库建筑和冷库组件中。轻量化的板材在各种天气条件下都易于加工和安装。PUR/PIR夹心板，可以在建筑工程的不同阶段预制，让建筑结构和设计更加灵活。

保温材料在商用和民用建筑上应该减少冬季时的热流失，又能在夏季为室内隔热。同样的，它们在冷库中也有类似的功能，保持里面的低温，防止外部的热量进入，也利于室内温度控制。硬质聚氨酯泡沫的保温性能与其他保温材料相比，其各种性能参数都表现卓越（见表1）。一个实际例子就是硬质聚氨酯泡沫的优秀保温性能可以让建筑的墙体做到最薄（它与PS和石棉等其他保温材料相比，导热系数或K值最低）（见图1），这就意味着增加了额外的使用空间和更多的设计选择。

总体来说，冷链运输设备和冷库建筑的保温及控温的关键在于选择正确的保温材料。

温控在整个食品冷链的每一个环节都是独立且不可或缺的。从保存种子的新鲜度，食品采摘后的预冷，到确保食物于运输，冷藏、冷冻，分销，零售和家庭消费时的新鲜和安全。

保存产品的质量、新鲜度、安全和价值，应该用最环保、经济和健康的解决方案，而不是依靠使用有害的添加剂。

制冷所需的能量消耗一般是制热所需的10倍以上（取决于不同类型的设备）。由于这个原因，优化的保温技术对于保持行业竞争力和节约能源方面是不可或缺的。

2.3 聚氨酯在中国的冷链市场的地位

介绍过硬质聚氨酯泡沫在冷链行业的重要性后，那它目前在中国具有怎样的市场地位？

2.3.1 冷库：在新建冷库项目中（包括公共冷库和自用冷库）聚氨酯的应用已超过60%以上。聚氨酯三明治夹心板和喷涂泡沫多应用在冷库的墙体和屋顶。而目前已建成的冷库，特别是使用了10年或以上的，则应用各种不同保温性能的建筑材料（如PS、矿棉、稻壳、砖及土壤等）。

2.3.2 冷藏集装箱：聚氨酯占据了几乎所有的市场份额，也被制造商广泛接受及认可为最好的解决方案。

2.3.3冷藏车（包括卡车/面包车/拖车等）：仅车体车厢内壁，聚氨酯有超过60%的市场份额。

2.3.4 家用、商用冰箱：与冷藏集装箱类似，该市场的大部分也多采用聚氨酯技术，聚氨酯也被认为是最佳和最安全的保温节能材料。

3、聚氨酯如何实现“可持续性”以及如何为冷链提供环保的解决方案

正如前面提到的，聚氨酯已成为最有效的保温材料，相比其他的聚合物和矿棉，其导热系数低，坚固耐用，应用广泛。此材料也同样具有极好的抗压强度和尺寸稳定性。

3.1 硬质聚氨酯泡沫的生命周期分析和能源平衡

一个内部的研究表明，聚氨酯有助于在许多方面实现可持续性的解决方案。可持续性包括在经济、社会和环境保护方面越来越得到非政府组织、当局和行业的更多关注。因此，产品的生产流程和产品在使用过程中对于环境的影响或贡献，与产品不同生命周期阶段的相互作用就十分重要。生命周期评估（Life Cycle Assessment – LCA）就是一个用来协助分析产品对环境影响的重要“工具”。（见图2）

我们不会在这里讨论LCA的细节，只是想指出LCA这课题的重要原则是比较生产硬质聚氨酯泡沫时投入的能耗和在它的生命周期内所带来的节能效果。在平均50年的使用寿命内，由硬质聚氨酯泡沫制成的保温材料所带来的节能效果是其生产、运输和应用过程中所消耗能量的70倍以上。另一份内部研究指出，每应用一公斤聚氨酯即可在建筑物的一般寿命中减排高达755公斤二氧化碳（二氧化碳是温室气体排放的关键气体之一）。这些事实都足以表明，有效保温对于未来保护能源是至关重要的，也有利于资源的长期规划（燃料和其他宝贵能源）和分配。

3.2 材料的可回收和能源回收

由硬质聚氨酯泡沫（PUR/PIR）制成的保温产品在一般的建筑物使用寿命中是十分稳定和耐用持久的。在建筑物拆除、拆卸后，硬质聚氨酯泡沫可被重复使用。

清洁和完好的硬质聚氨酯泡沫保温板可被再次应用在屋顶、阁楼的保温。清洁的硬质聚氨酯废料也可以被加工压碎，回收后用以压制成板（类似硬纸板）。这些可以用于特殊应用，如地板等。研磨硬质聚氨酯泡沫而制成的颗粒，可用作吸油剂或和水泥结合为保温砂浆。有杂质的硬质聚氨酯泡沫，或与其他建筑材料粘贴着的硬质聚氨酯泡沫，可和其他家居废料一起焚烧，焚烧后在热回收系统中对环境也没有任何负面影响。在整个过程中，保温材料中的能量可再转化成主要能源。

3.3 硬质聚氨酯泡沫 在冷链领域中作为“生态保温”的想法

3.3.1 商用、家用冰箱（冷链最后一公里，“消费新鲜”）

在欧洲，聚氨酯保温使1950到2005年间的冰箱能源消耗减少了65%。聚氨酯使得节能设计的解决方案和集成创新的设计思路成为可能。通过加强技术和创新设计，如免开门（生态冰箱售货机），使冰箱的整体能源消耗有效地减少。新的趋势是进一步和新概念整合，例如将活动的保温箱作为冰箱，利用太阳能源发电等。

3.3.2 冷藏集装箱和冷藏车（“一路新鲜”）

由于聚氨酯最优的保温性能，它能确保食品的安全，用聚氨酯保温可以为粮食短缺的问题做出贡献（现在高达50%的生产食品在冷链环节被浪费）。它们可以为运输的全程包括最初的预冷和“最后一公里”定制最佳的解决方案，以此进一步降低整个食品冷链环节的能源消耗。

3.3.3 预冷、冷房、冷库（“存储新鲜”）

前文提到，制冷所需的能量消耗大约是制热所需的10倍以上，保温材料的正确选择对于设计和运营冷库环境（如调整冷库制冷机组效能、营运时间长短和气调环境等）都是至关重要的。正确的保温材料也能缩短建筑时间、把成本降到最低，以缩短投资回报的时间。

3.3.4 制冷系统（硬质聚氨酯泡沫与发泡橡胶比较）

现有的发泡橡胶技术在保温效率上是比较低的。聚氨酯保温工艺更利于在制冷系统上操作和应用（所需求劳动技能也较低），从而带出高效的节能效应（改善性能系数 COP），并且引导行业趋势。

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