軟質(zhì)聚氨酯泡沫塑料自燃原因及預(yù)防措施

1、軟質(zhì)聚氨酯泡沫塑料自燃原因及預(yù)防措施軟質(zhì)聚氨酯泡沫塑料是一種新型高分子材料，分子量為2 0004 000,密度為16192kgPm3它是用甲苯二異氰酸酯（簡稱TDI）與聚醚多 元醇縮聚反應(yīng)而合成,全稱是聚胺基甲酯,俗稱海綿。由于其密度 小,彈性好,隔音防震,乘坐安全舒適,成型施工方便、價格便宜 特點,因此,它的應(yīng)用范圍十分廣泛,特別在家具、床具、運(yùn)輸、 冷藏、建筑、絕熱等行業(yè)使用十分普遍,已經(jīng)成為不可缺少的材料 之一。軟質(zhì)聚氨酯泡沫塑料是由二元或多元羥基化合物聚合而成的高 分子化合物,在生產(chǎn)過程中多為放熱反應(yīng),很容易產(chǎn)生自燃引起火 災(zāi),并在燃燒過程中能放出一氧化碳、氰化物、甲醛等有毒氣體, 易

2、造成人員傷亡。但是,由于人們?nèi)狈α私?、掌握軟質(zhì)聚氨酯泡沫 塑料在成型過程中的危險特性及其預(yù)防措施,近年來,在我國許多 地區(qū)曾發(fā)生過屢似多次的重大火災(zāi)案例,給人民生命財產(chǎn)造成了重 大的損失,教訓(xùn)十分深刻。2 軟質(zhì)聚氨酯泡沫塑料自燃原因軟質(zhì)聚氨酯泡沫塑料是通過化學(xué)反應(yīng)而生成的。反應(yīng)基于兩個 主要化學(xué)組分聚醚多元醇和異氰酸酯，同時加入其它組分，包括水、 一氟三氯甲烷、泡沫穩(wěn)定劑、催化劑，這些物料在瞬間劇烈高速混 合、反應(yīng)，同時形成泡沫，這個過程放出大量熱量。泡沫塑料是一 種多孔性材料，比表面積很大，泡沫邊緣部分熱量尚可發(fā)散出去， 而中心部分的熱量，由于泡沫保溫效果較好，則較難移出，在正常 反應(yīng)中，它

3、們放出的熱量使泡沫塊中心升到一定溫度而達(dá)到熟化的 目的然而，當(dāng)原料不純、含水量高，配方設(shè)計不合理，投料量不準(zhǔn) 確，在配料過程中，多加了水或活性催化劑，配比失調(diào)，或者攪拌 不均等都會導(dǎo)致溫度急劇升高而發(fā)生自燃。其次，軟質(zhì)聚氨酯泡沫 塑料在熟化過程中，由于尚未完全反應(yīng)的物料仍在繼續(xù)放熱，倘若 車間內(nèi)沒有一定的排風(fēng)裝置，通風(fēng)不良，會使泡沫塑料聚熱不散， 產(chǎn)生自燃。別外，成型的軟質(zhì)聚氨酯泡沫塑料擺放相互緊貼，沒有 距離，也會散熱不良，容易造成泡沫塊中心焦化，甚至釀成火災(zāi)。由于受上述某些因素的影響，軟質(zhì)聚氨酯泡沫塑料的熱量逐漸積蓄，泡沫中心溫度逐漸上升。經(jīng)測定，發(fā)泡后 26小時可升至140160 C,有

4、時甚至更高，約180C。如果溫度再繼續(xù)升高，即 會發(fā)生冒煙等現(xiàn)象，這表明此時泡沫開始發(fā)生較劇烈的分解，若不采取措施則會自燃。通常認(rèn)為，泡沫中心溫度不宜超過160C，否則,泡沫會變黃，俗稱“黃心”，或呈棕色，即“焦化”現(xiàn)象，溫度超 過175C時，應(yīng)特別加強(qiáng)警戒?？傊?，反應(yīng)熱的積蓄，使高分子材料分解，這是引起軟質(zhì)聚氨 酯泡沫塑料自燃的根本原因3 影響軟質(zhì)聚氨酯泡沫塑料自燃的因素3.1 聚醚多元醇目前，塊料泡沫生產(chǎn)中所用的多元醇，幾乎全部都是聚醚多元醇，聚醚多元醇在軟質(zhì)聚氨酯泡沫原料中所占比重最大，對泡沫自 燃有很大的影響，不同品種聚醚多元醇即使表觀質(zhì)量如羥值、酸度、 色澤、不飽和度、粘度等幾乎相等

5、，但內(nèi)在質(zhì)量可能差別很大。具 體表現(xiàn)在以下幾個方面：(1) 熱穩(wěn)定性聚醚多元醇的熱穩(wěn)定性將直接影響軟質(zhì)聚氨酯泡沫塑料的熱穩(wěn) 定性，世界上一些主要生產(chǎn)廠在聚醚多元醇出廠前，都已配入抗氧 劑，以提高熱穩(wěn)定性，聚醚多元醇的熱穩(wěn)定性可以用起始氧化溫度 表征，不同品種的聚醚多元醇，在羥值相等或接近時，起始氧化溫 度差距可能較大。從下表可見三種聚醚多元醇的起始氧化溫度差達(dá) 50C。表 1 聚醚多元醇的起始氧化溫度序號 羥值P(mgKOH.g-l)起始氧化溫度PC5621060563 46 170泡沫的起始氧化溫度與聚醚多元醇的起始氧化溫度有關(guān)，后者 高，前者也高，加入抗氧劑不但能提高聚醚多元醇的起始氧化溫

6、度， 也能提高所生成泡沫的氧化溫度。(2) 低沸物等雜質(zhì)含量聚醚多元醇中低沸物等雜質(zhì)含量是一項重要指標(biāo)，聚醚多元醇 中低沸物及堿金屬離子的含量高，在生產(chǎn)泡沫過程中，少量游離環(huán) 氧丙烷與 TDI 發(fā)生開環(huán)反應(yīng)，因小環(huán)張力消失，而產(chǎn)物中發(fā)生大 鍵共軛和超共軛反應(yīng)，產(chǎn)物能量降低，反應(yīng)熱明顯比羥基類活潑氫化合物與 TDI 反應(yīng)的熱量要大。眾所周知鉀、鈉離子對聚氨酯生成 過程中某些化學(xué)反應(yīng) （ 如縮二脲及脲基甲酸酯的生成 ）有強(qiáng)烈的催化 作用，金屬離子含量過高會加速后熟化反應(yīng)，使反應(yīng)熱更為集中， 而泡沫導(dǎo)熱系數(shù)低，絕熱性能好，熱量不易散出，以致泡沫塊中心 溫度驟然升高。大分子鏈熱裂解而產(chǎn)生大量的游離基，

7、引發(fā)鏈?zhǔn)椒?應(yīng)，再加上聚醚多元醇中醛類化合物的作用，使鏈?zhǔn)椒磻?yīng)不能終止 而愈演愈烈，造成局部發(fā)黃、焦化直至分解產(chǎn)生大量可燃?xì)怏w，在 達(dá)到著火點時與空氣接觸發(fā)生自燃著火。3.2 TDI 指數(shù)發(fā)泡過程中 TDI 指數(shù)可以在一定范圍內(nèi)選擇， TDI 指數(shù)高則泡沫 硬度高，但從生產(chǎn)安全角度考慮，TDI指數(shù)不能過高，若TDI過量， 則過量的未反應(yīng)TDI會與氨基甲酸酯基團(tuán)中N原子上的H反應(yīng)，生成 脲基甲酸酯，同時脲基中N原子上的H還會與過量的TDI反應(yīng)，生成 縮二脲，這樣導(dǎo)致放熱延至數(shù)小時之久，使泡沫中心溫度長期過高而引起焦化，甚至自燃著火。大部分生產(chǎn)廠認(rèn)為指數(shù)以103%- 108 %為宜，也有人認(rèn)為，高

8、達(dá)112 % 114%寸，只要在發(fā)泡時精心操作， 未必不安全?？傊?， TDI 指數(shù)會影響泡沫的焦化程度，但它不是一個 獨立的因素，必須結(jié)合其它一些條件綜合考慮。3.3 水用量軟質(zhì)聚氨酯泡沫塑料的主要發(fā)泡劑是二氧化碳，它是由水和異氰酸酯反應(yīng)而生成的，反應(yīng)熱為 104.6 125.5 JPmoL,曾對不同用 水量軟質(zhì)聚氨酯泡沫塑料的中心溫度作過估計，估算結(jié)果為 : 配方中 水量為5時（以聚醚多元醇為100,下同），泡沫中心溫度為162C, 當(dāng)水量為6.5時，則為184C，曾有一工廠做過自燃失火試驗，該 廠采用高水量混合發(fā)泡劑，水量為 6.2 分，一氟三氯甲烷為 15分， 泡沫體積為1 X 1 x

9、1.5m。多次實驗證明，自燃率為 20%由此可見, 高水量配方，自燃可能性較大，但據(jù)報道，目前已開發(fā)出一種新型 生產(chǎn)軟質(zhì)塊狀塑料用設(shè)備，允許采用極高水含量的配方，這種配方免去或極大減少了對助發(fā)泡劑的要求，該體系可使塊狀泡沫塑料迅 速冷卻，防止了可導(dǎo)致泡沫塑料降解的高發(fā)熱3.4 溫度及催化劑濃度研究發(fā)現(xiàn)，料溫、環(huán)境溫度較高或催化劑濃度較大時，軟質(zhì)聚 氨酯泡沫塑料較易焦化，甚至自燃，并發(fā)現(xiàn)，夏季氣溫較高，原料 溫度為38C，用水量為5.5時，泡沫會發(fā)生自燃，所以夏季天氣炎 熱，熱量不易散發(fā)，要注意防止泡沫自燃，特別在用水量較高時， 更應(yīng)注意防止發(fā)生事故。3.5 泡沫塊厚度聚合反應(yīng)是強(qiáng)烈放熱反應(yīng)，一

10、般聚合反應(yīng)熱在發(fā)泡過程中放出， 大多數(shù)軟質(zhì)聚氨酯泡沫塑料在約10s內(nèi)開始發(fā)泡。但是由于聚氨酯 泡沫塑料的導(dǎo)熱系數(shù)很?。ㄈ?. 0 m）時，泡沫塊的中心溫度高達(dá)140C 甚至更高，在完成泡沫膨脹以后，達(dá)到最高溫度，若在配方中出現(xiàn) 差錯時，溫度可能更高，在熟化過程中，導(dǎo)致泡沫塊內(nèi)部燒焦和自 燃著火。3.6 攪拌均勻程度攪拌器的結(jié)構(gòu)型式及轉(zhuǎn)速關(guān)系到多種物料在短時間內(nèi)能否充分 攪拌混合均勻，如果攪拌不好，將對泡沫塑料結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，使泡 沫體表面出現(xiàn)大量氣泡，產(chǎn)生開裂等缺陷，而且會造成反應(yīng)體系內(nèi)TDI局部過濃，促使局部聚合反應(yīng)激烈，放熱量集中，溫度升高，以 致著火自燃。4 軟質(zhì)聚氨酯泡沫塑料自燃的對策預(yù)

11、防措施4.1 把好原料質(zhì)量關(guān)不同的原料，其放熱情況不一樣，使用含水量高的聚醚，容易 發(fā)熱。因此，在選擇原料時要把好質(zhì)量關(guān)。特別是在更新原料時， 先要進(jìn)行小批量試驗，并認(rèn)真做好觀察記錄，在確認(rèn)沒有什么問題 的情況下，再投入大批量生產(chǎn)。生產(chǎn)低密度產(chǎn)品時，尤需注意安全 在使用國產(chǎn)聚醚時，要注意消除低沸物，降低金屬離子的含量，減 少反應(yīng)熱，或者添加一定量的抗氧劑，以終止鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，避免自燃 起火現(xiàn)象的發(fā)生。4.2 把好配方配比關(guān)配方配比不當(dāng)，容易發(fā)熱，多加了活性催化劑或聚醚 （脂）用量 不足，尤其是羥基和異氰酸酯比例失調(diào)，或者攪拌不均，都會導(dǎo)致 溫度升高。因此，軟質(zhì)聚氨酯泡沫塑料的配方一經(jīng)審定，不能隨意

12、 變更，必須按規(guī)定要求配足配好所需原料。一是對計量器具要經(jīng)常 進(jìn)行校驗，確保計量準(zhǔn)確；二是在配料過程中要形成監(jiān)督機(jī)制，配 備配料員和監(jiān)督員，落實專人負(fù)責(zé)，增強(qiáng)其責(zé)任心。配料時，配料 員和監(jiān)督員要作好原始記錄單上分別簽名，做到有據(jù)可查，防止因 配比失調(diào)而產(chǎn)生自燃。4.3 把好值班監(jiān)控關(guān)聚氨脂生產(chǎn)過程中要放出熱量，尤其是軟質(zhì)聚氨酯泡沫塑料體 積大，絕熱性能好，能積聚熱量，在熟化、固化時體內(nèi)溫度可達(dá) 200C，這時有一氧化碳和醇類低分子物質(zhì)放出，在中心開始燃燒， 一旦著火，蔓延很快。因此，在生產(chǎn)過程中要時刻注意溫度變化， 及時采取應(yīng)急措施，尤其是熟化成型間是泡沫塑料產(chǎn)生自燃的主要 場所，做好對熟化成

13、型間的安全監(jiān)控是預(yù)防泡沫塑料自燃的重要環(huán) 節(jié)。為此，熟化成型間必須有專人值班，并加強(qiáng)觀察和監(jiān)測工作， 注意泡沫塑料塊溫度的變化情況，發(fā)現(xiàn)有裂縫、變形、變色、倒塌 或者冒黃煙等異常情況，立即采取冷卻降溫或?qū)⑽锪弦瞥鍪旎尚?間，單獨放置于空曠場地上等措施。此外，熟化成型間的泡沫塑料 塊之間，應(yīng)保持30 cm以上的間距，以利于通風(fēng)散熱。同時，要十分 注意新發(fā)的泡沫塑料還有較高溫度，要充分冷卻后（一般要經(jīng)過 小時）以后才能入庫存放，以保安全。4.4 把好廠房安全關(guān)建造軟質(zhì)聚氨酯泡沫塑料生產(chǎn)廠房，一定要進(jìn)行合理布局，符 合消防規(guī)范要求，經(jīng)公安消防監(jiān)督部門防火審核、消防驗收合格后 方可啟用。發(fā)泡間、熟化成型間、切片間、倉庫宜分開單獨建造， 相互之間的防火間距不應(yīng)小于10-12m,如必須相連，應(yīng)用防火墻或 防火門隔開。軟質(zhì)聚氨酯泡沫塑料的預(yù)發(fā)、熟化成型間、切片間， 要依據(jù)國家 建筑設(shè)計防火規(guī)范 設(shè)置自動噴淋滅火系統(tǒng)，廠房內(nèi)外 應(yīng)設(shè)消火栓，還要配備一定數(shù)量的消防器材。同時，發(fā)泡、熟化成 型間要裝有良好的通風(fēng)設(shè)施，屋頂上部要設(shè)有氣流