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20XX～4000，密度為16～192kgPm3。它是用甲苯二異氰酸酯（簡(jiǎn)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，成型施工便利、價(jià)格廉價(jià)特點(diǎn)，因此，它的應(yīng)用范圍非常廣泛，特別在家具、床具、運(yùn)輸、冷藏、建筑、絕熱等行業(yè)運(yùn)用非常普遍，已經(jīng)成為不行缺少的材料之一。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(guò)程中多為放熱反應(yīng)，很簡(jiǎn)單產(chǎn)生自燃引起火災(zāi)，并在燃燒過(guò)程中能放出一氧化碳、氰化物、甲醛等有毒氣體，易造成人員傷亡。但是，由于人們?nèi)狈α私狻盐哲涃|(zhì)聚氨酯泡沫塑料在成型過(guò)程中的危險(xiǎn)特性及其預(yù)防措施，近年來(lái)，在我國(guó)很多地區(qū)曾發(fā)生過(guò)屢似屢次的重大火災(zāi)案例，給人民生命財(cái)產(chǎn)造成了重大的損失，教訓(xùn)非常深入。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(guò)化學(xué)反應(yīng)而生成的。反應(yīng)基于兩個(gè)主要化學(xué)組分聚醚多元醇和異氰酸酯，同時(shí)參加其它組分，包括水、一氟三氯甲烷、泡沫穩(wěn)定劑、催化劑，這些物料在瞬間猛烈高速混合、反應(yīng)，同時(shí)形成泡沫，這個(gè)過(guò)程放出大量熱量。泡沫塑料是一種多孔性材料，比外表積很大，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，它們放出的熱量使泡沫塊中心升到肯定溫度而到達(dá)熟化的目的。然而，當(dāng)原料不純、含水量高，配方設(shè)計(jì)不合理，投料量不精確，在配料過(guò)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(huì)導(dǎo)致溫度急劇上升而發(fā)生自燃。其次，軟質(zhì)聚氨酯泡沫塑料在熟化過(guò)程中，由于尚未完全反應(yīng)的物料仍在連續(xù)放熱，倘若車間內(nèi)沒(méi)有肯定的排風(fēng)裝置，通風(fēng)不良，會(huì)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互相緊貼，沒(méi)有距離，也會(huì)散熱不良，簡(jiǎn)單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漸漸積蓄，泡沫中心溫度漸漸上升。經(jīng)測(cè)定，發(fā)泡后2～6小時(shí)可升至140～160℃，有時(shí)甚至更高，約180℃。假如溫度再連續(xù)上升，即會(huì)發(fā)生冒煙等現(xiàn)象，這說(shuō)明此時(shí)泡沫開(kāi)頭發(fā)生較猛烈的分解，若不實(shí)行措施則會(huì)自燃。通常認(rèn)為，泡沫中心溫度不宜超過(guò)160℃，否則，泡沫會(huì)變黃，俗稱“黃心”，或呈棕色，即“焦化”現(xiàn)象，溫度超過(guò)175℃時(shí)，應(yīng)特別強(qiáng)化警戒?？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(duì)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，但內(nèi)在質(zhì)量可能差異很大。詳細(xì)表如今以下幾個(gè)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(shí)，起始氧化溫度差距可能較大。從下表可見(jiàn)三種聚醚多元醇的起始氧化溫度差達(dá)50℃。表1聚醚多元醇的起始氧化溫度序號(hào)羥值P（mgKOH.g-1）起始氧化溫度P℃15621025660346170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，參加抗氧劑不但能提高聚醚多元醇的起始氧化溫度，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(xiàng)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(guò)程中，少量游離環(huán)氧丙烷與TDI發(fā)生開(kāi)環(huán)反應(yīng)，因小環(huán)張力消逝，而產(chǎn)物中發(fā)生大π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(duì)聚氨酯生成過(guò)程中某些化學(xué)反應(yīng)（如縮二脲及脲基甲酸酯的生成）有劇烈的催化作用，金屬離子含量過(guò)高會(huì)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忽然上升。大分子鏈熱裂解而產(chǎn)生大量的游離基，引發(fā)鏈?zhǔn)椒磻?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，在到達(dá)著火點(diǎn)時(shí)與空氣接觸發(fā)生自燃著火。3.2TDI指數(shù)發(fā)泡過(guò)程中TDI指數(shù)可以在肯定范圍內(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(guò)高，若TDI過(guò)量，則過(guò)量的未反應(yīng)TDI會(huì)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(shí)脲基中N原子上的H還會(huì)與過(guò)量的TDI反應(yīng)，生成縮二脲，這樣導(dǎo)致放熱延至數(shù)小時(shí)之久，使泡沫中心溫度長(zhǎng)期過(guò)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，高達(dá)112%～114%時(shí)，只要在發(fā)泡時(shí)細(xì)心操作，未必?fù)?dān)心全。總之，TDI指數(shù)會(huì)影響泡沫的焦化程度，但它不是一個(gè)獨(dú)立的因素，必需結(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104.6～125.5JPmoL，曾對(duì)不同用水量軟質(zhì)聚氨酯泡沫塑料的中心溫度作過(guò)估量，估算結(jié)果為：配方中水量為5時(shí)（以聚醚多元醇為XXX，下同），泡沫中心溫度為162℃，當(dāng)水量為6.5時(shí)，則為184℃，曾有一工廠做過(guò)自燃失火實(shí)驗(yàn)，該廠采納高水量混合發(fā)泡劑，水量為6.2分，一氟三氯甲烷為15分，泡沫體積為1X1X1.5m。屢次試驗(yàn)證明，自燃率為20%，由此可見(jiàn)，高水量配方，自燃可能性較大，但據(jù)報(bào)道，目前已開(kāi)發(fā)出一種新型生產(chǎn)軟質(zhì)塊狀塑料用裝備，答應(yīng)采納極高水含量的配方，這種配方免去或極大削減了對(duì)助發(fā)泡劑的要求，該體系可使塊狀泡沫塑料快速冷卻，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討發(fā)現(xiàn)，料溫、環(huán)境溫度較高或催化劑濃度較大時(shí)，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38℃，用水量為5.5時(shí)，泡沫會(huì)發(fā)生自燃，所以夏季天氣酷熱，熱量不易散發(fā)，要留意防止泡沫自燃，特別在用水量較高時(shí)，更應(yīng)留意防止發(fā)惹事故。3.5泡沫塊厚度聚合反應(yīng)是劇烈放熱反應(yīng)，一般聚合反應(yīng)熱在發(fā)泡過(guò)程中放出，大多數(shù)軟質(zhì)聚氨酯泡沫塑料在約10s內(nèi)開(kāi)頭發(fā)泡。但是由于聚氨酯泡沫塑料的導(dǎo)熱系數(shù)很?。é?.04wPm?k），熱量不易散出，特別是生產(chǎn)厚制品（δ1.0m）時(shí)，泡沫塊的中心溫度高達(dá)140℃甚至更高，在完成泡沫膨脹以后，到達(dá)最高溫度，若在配方中顯現(xiàn)過(guò)失時(shí)，溫度可能更高，在熟化過(guò)程中，導(dǎo)致泡沫塊內(nèi)部燒焦和自燃著火。3.6攪拌勻稱程度攪拌器的結(jié)構(gòu)型式及轉(zhuǎn)速關(guān)系到多種物料在短時(shí)間內(nèi)能否充足攪拌混合勻稱，假如攪拌不好，將對(duì)泡沫塑料結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，使泡沫體外表顯現(xiàn)大量氣泡，產(chǎn)生開(kāi)裂等缺陷，而且會(huì)造成反應(yīng)體系內(nèi)TDI局部過(guò)濃，促使局部聚合反應(yīng)劇烈，放熱量集中，溫度上升，以致著火自燃。4軟質(zhì)聚氨酯泡沫塑料自燃的對(duì)策預(yù)防措施4.1把好原料質(zhì)量關(guān)不同的原料，其放熱忱況不一樣，運(yùn)用含水量高的聚醚，簡(jiǎn)單發(fā)熱。因此，在選擇原料時(shí)要把好質(zhì)量關(guān)。特別是在更新原料時(shí)，先要進(jìn)行小批量實(shí)驗(yàn)，并認(rèn)真做好觀看記錄，在確認(rèn)沒(méi)有什么問(wèn)題的情況下，再投入大批量生產(chǎn)。生產(chǎn)低密度產(chǎn)品時(shí)，尤需留意安全。在運(yùn)用國(guó)產(chǎn)聚醚時(shí)，要留意消退低沸物，降低金屬離子的含量，削減反應(yīng)熱，或者添加肯定量的抗氧劑，以終止鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，防止自燃起火現(xiàn)象的發(fā)生。4.2把好配方配比關(guān)配方配比不當(dāng)，簡(jiǎn)單發(fā)熱，多加了活性催化劑或聚醚（脂）用量缺乏，尤其是羥基和異氰酸酯比例失調(diào)，或者攪拌不均，都會(huì)導(dǎo)致溫度上升。因此，軟質(zhì)聚氨酯泡沫塑料的配方一經(jīng)審定，不能任意變更，必需按規(guī)定要求配足配好所需原料。一是對(duì)計(jì)量器具要常常進(jìn)行校驗(yàn)，確保計(jì)量精確；二是在配料過(guò)程中要形成監(jiān)督機(jī)制，配備配料員和監(jiān)督員，落實(shí)專人負(fù)責(zé)，增加其責(zé)任心。配料時(shí)，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(guò)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(shí)體內(nèi)溫度可達(dá)200℃，這時(shí)有一氧化碳和醇類低分子物質(zhì)放出，在中心開(kāi)頭燃燒，一旦著火，擴(kuò)散很快。因此，在生產(chǎn)過(guò)程中要時(shí)辰留意溫度改變，按時(shí)實(shí)行應(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(chǎng)所，做好對(duì)熟化成型間的安全監(jiān)控是預(yù)防泡沫塑料自燃的重要環(huán)節(jié)。為此，熟化成型間必需有專人值班，并強(qiáng)化觀看和監(jiān)測(cè)工作，留意泡沫塑料塊溫度的改變情況，發(fā)現(xiàn)有裂縫、變形、變色、倒塌或者冒黃煙等異樣情況，立刻實(shí)行冷卻降溫或?qū)⑽锪弦瞥鍪旎尚烷g，單獨(dú)放置于空曠場(chǎng)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㎝以上的間距，以利于通風(fēng)散熱。同時(shí)，要非常留意新發(fā)的泡沫塑料還有較高溫度，要充足冷卻后（一般要經(jīng)過(guò)24小時(shí)）以后才能入庫(kù)存放，以保安全。4.4把好廠房安全關(guān)建筑軟質(zhì)聚氨酯泡沫塑料生產(chǎn)廠房，肯定要進(jìn)行合理布局，符合消防標(biāo)準(zhǔn)要求，經(jīng)公安消防監(jiān)督部門防火審核、消防驗(yàn)收合格前方可啟用。發(fā)泡間、熟化成型間、切片間、倉(cāng)庫(kù)宜分開(kāi)單獨(dú)建筑，互相之間的防火間距不應(yīng)小于10-12m，如必需相連，應(yīng)用防火墻或防火門隔開(kāi)。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(guó)家《建筑設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》設(shè)置自動(dòng)噴淋滅火系統(tǒng)，廠房?jī)?nèi)外應(yīng)設(shè)消火栓，還要配備肯定數(shù)量的消防器材。同時(shí)，發(fā)泡、熟化成型間要裝有良好的通風(fēng)設(shè)備，屋頂上部要設(shè)有