PU高發泡隔熱及生質保溫材之應用與發展趨勢

 

刊登日期:2015/11/5
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聚氨基甲酸酯( PU )發泡是常見隔熱保溫材料之一,具有質輕、低密度且高強度等特色,應用十分廣泛,包括冷凍庫板、隔熱浪板及保溫箱等。對於聚氨基甲酸酯發泡而言,除了追求更佳隔熱效果外,使用生質環保永續資源、利用水當發泡劑或提高保溫箱容積率都是未來主要發展趨勢。
 
聚氨基甲酸酯發泡簡介與應用
3. 聚氨基甲酸酯市場與應用
聚氨基甲酸酯是重要的合成樹脂之一,由多異氰酸酯與多元醇反應製成,其優良的性能、多種產品型態、簡易的成型工程可廣泛應用於各行各業。聚氨基甲酸酯可以發泡材、彈性體、塗料、膠黏劑、纖維、合成皮革、防水材料以及鋪材等多種產品型態,廣泛應用於交通運輸(車輛、船舶、飛機、道路、橋樑)、建築、機械、電子設備、家具、食品加工、服裝、紡織、印刷、礦冶、石油化工、水利、國防、體育、醫療等諸多領域。
 
木質素簡介
木質素、纖維素和半纖維素是構成植物骨架的主要成分,在植物中木質素的儲量僅次於纖維素,而且植物行光合作用所固定的 CO2 有很大一部分被轉化為木質素。木質素廣泛存在於維管束植物中,特別是種子植物,木質素是木質部細胞壁的主要成分,在木材中作為填充和黏結的作用,在木材細胞壁中能以物理或化學的方式使纖維素纖維相互黏結和牢固,增加木材的機械強度和抵抗微生物侵蝕的能力。

表一、木質素特性分析
 
聚氨基甲酸酯發泡隔熱技術發展
工研院將木質素導入 PU 原料中,進一步與二異氰酸酯反應開發木質素聚氨基甲酸酯發泡生質複合材料,發泡倍率達 7~10倍,其中木質素比例約 17~25 wt%,透過木質素的導入使聚氨基甲酸酯發泡壓縮強度明顯提升,開發製程簡單、低成本、高物性又兼具環保之木質素聚氨基甲酸酯發泡。

另一方面,工研院亦開發高發泡倍率應用於高附加價值之隔熱保溫材,如圖二 (a)~(e) 所示,使用 (a)界面活性劑所開發之木質素 PU 發泡孔徑大且有破孔,導致發泡倍率僅能達到 5~6 倍,(b) 與 (c) 界面活性劑所形成之木質素 PU 發泡孔徑雖大但無破孔,可使發泡倍率達到 20 倍以上,(d) 與 (e) 界面活性劑不僅可使發泡倍率達到 20倍 以上,所形成之木質素 PU 發泡孔徑明顯較 (a)~(c) 小且孔徑分布均勻,目前所開發之高發泡倍率生質 PU 發泡,可達到木質素含量 >16 wt%,發泡倍率 20 倍以上,壓縮強度可達 2.15 kgf/cm2,熱傳導係數 0.03 W/mK,已接近使用石化原料所製作之 PU 發泡隔熱材性能。



圖二、不同結構界面活性劑之木質素PU發泡SEM分析
 
除了開發木質素聚氨基甲酸酯發泡生質隔熱保溫材,如前面所述,高容積率保溫箱也是聚氨基甲酸酯發泡隔熱材重要的發展趨勢。傳統保溫箱多使用塑膠外殼作為內部聚氨基甲酸酯發泡的保護層,然而,塑膠外殼厚度厚導致保溫箱體內部容積率降低,而塑膠外殼與聚氨基甲酸酯泡體密著性差也易導致耐用度降低。

工研院材化所與服科中心合作,開發新穎的保溫箱製程與材料,先在模具噴塗表層保護材料,並於已噴塗表層保護材料之間灌入聚氨基甲酸酯泡體的一體成型製程方法,所製作之保溫箱可達到箱體薄壁化,有效提升容積率、保持良好保溫效果且耐用性佳,經過實際箱體驗證,可達到保溫效果維持 -20˚C 約 7小時,箱體強度通過 51公分摔落測試、252.4公斤垂直抗壓測試與 1.15Grms 隨機振動測試,容積率可達 62%,遠較市售保溫箱 45%高,如圖三所示……以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。
 
作者:莊文斌/工研院綠能所
★本文節錄自「工業材料雜誌」347期,更多資料請見下方附檔。


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