聚胺酯輕質發泡隔熱材料開發及應用：材料世界網

全世界為保持建築物內適宜的溫度以及冷凍、冷藏之保溫用途，消耗掉相當多的能源。為大幅降低熱能逸散及能源浪費，可以採用良好的隔熱材料。隔熱材料係以低熱傳導性物質做為材料，例如高分子發泡材料，使材料高熱側之熱能不易傳導至低溫側，來達到保溫隔熱的效果。依美國建築及工業隔熱規範顯示，良好的隔熱材，能夠減少冷暖氣機運作時的能源消耗，在夏季，冷氣房可減少電能消耗23%，在冬季，保溫房則可減少加熱能源消耗50%。

輕質高分子發泡材料是以高分子當作基材(Matrix)，在其內部導入無數微小氣孔(Cell)所產生，達到密度降低，獲得重量減輕效果，廣泛應用於隔熱保溫建材、交通器材及運動器材等民生工業。製備高分子發泡材料方法係將高分子原料經由化學反應或物理變化（加熱），以適當加工方式使氣體均勻分布於高分子材料中，在高分子固化後，氣體在高分子中形成氣孔。高分子發泡材料依照氣孔分布方式分為開放氣孔(Open Cell)及封閉氣孔(Closed Cell)；氣孔與氣孔互相連通的稱為開孔型發泡材料，氣孔與氣孔互相隔絕的稱為閉孔型發泡材料。開孔型發泡材料具有較佳之吸水性、透氣性及吸音性，閉孔型發泡材料則具有較佳之隔熱性、比強度及反彈性。高分子隔熱材料又分為熱塑性及熱固性，熱塑性材料如聚苯乙烯(PS)，在高溫(150~200˚C)時會融化，熱固性如聚胺酯(PU)及酚醛(Phenolic)，在高溫時不會融化，繼續加溫只會裂解。

聚胺酯發泡原理
聚胺酯泡綿產製之基本組成包括異氰酸酯、多元醇、水、觸媒、界面活性劑及發泡劑等成分，基本組成比例如表二所示，發泡製程如圖二所示。異氰酸酯基(-NCO)可與大多數的親核性反應物反應，如醇類及胺類。在聚胺酯泡綿發泡過程，參與反應的原物料主要包括異氰酸酯、多元醇與水，有時包括一級或二級胺基化合物及交聯劑等。

圖三、PU發泡交聯控制技術

聚胺酯綠色環保
水發泡技術及應用利用綠色環保水發泡技術開發之聚胺酯發泡材料，其隔熱庫板發泡製程如圖四所示。使用之多元醇（主要為2~4官能基）、水與Isocyanates進行發泡反應，發泡原料中不含任何物理發泡劑（低沸點溶劑）。發泡外觀與製程的物理與化學變化，如圖五所示。本研究藉聚胺酯配方中之水量來進行調整聚胺酯泡棉之密度，水與異氰酸酯用量同時增加，反應所產生二氧化碳隨之增加，氣體產生量(V)可由理想氣體公式（PV =nRT，式(5)）計算求得，如式(6)所示，假設發泡原料之密度為1，發泡倍率(r)之計算公式如式(7)所示，再由發泡倍率之倒數可求得密度，發泡密度計算如式(8)所示。二氧化碳氣體增加，聚胺酯泡棉之密度隨之降低，水量與聚胺酯泡棉之密度關係如圖六所示。發泡反應所產生之二氧化碳需藉穩泡劑留存於發泡體內，可避免密度理論值與實測密度值產生差異，並達到降低熱傳導能力之效果……以上內容為重點摘錄，如欲詳全文請見原文

圖五、聚胺酯發泡製程的物理與化學變化