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軟質(zhì)聚氨酯泡沫塑料是一種新型高分子材料，分子量為2 000～4 000，密度為16～192kgPm3。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(jià)格便宜特點(diǎn)，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。
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　　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(xiǎn)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(cái)產(chǎn)造成了重大的損失，教訓(xùn)十分深刻。
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　　2　軟質(zhì)聚氨酯泡沫塑料自燃原因
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　　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(gè)主要化學(xué)組分聚醚多元醇和異氰酸酯，同時(shí)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(shí)形成泡沫，這個(gè)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。
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　　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(huì)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(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相互緊貼，沒有距離，也會(huì)散熱不良，容易造成泡沫塊中心焦化，甚至釀成火災(zāi)。
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　　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2～6小時(shí)可升至140～160 ℃，有時(shí)甚至更高，約180℃。如果溫度再繼續(xù)升高，即會(huì)發(fā)生冒煙等現(xiàn)象，這表明此時(shí)泡沫開始發(fā)生較劇烈的分解，若不采取措施則會(huì)自燃。通常認(rèn)為，泡沫中心溫度不宜超過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175℃時(shí)，應(yīng)特別加強(qiáng)警戒。
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　　總之，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。
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　　3　影響軟質(zhì)聚氨酯泡沫塑料自燃的因素
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　　3.1 聚醚多元醇
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　　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，但內(nèi)在質(zhì)量可能差別很大。具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
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　　(1) 熱穩(wěn)定性
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　　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 　　羥值P(mgKOH.g-1) 起始氧化溫度P℃
　　1 　　　　56 　　　　　　　210
　　2 　　　　56 　　　　　　　60
　　3 　　　　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度，也能提高所生成泡沫的氧化溫度。
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　　(2) 低沸物等雜質(zhì)含量
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　　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(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驟然升高。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，在達(dá)到著火點(diǎn)時(shí)與空氣接觸發(fā)生自燃著火。
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　　3.2 TDI 指數(shù)
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　　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(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，高達(dá)112 %～114%時(shí)，只要在發(fā)泡時(shí)精心操作，未必不安全?？傊琓DI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，必須結(jié)合其它一些條件綜合考慮。
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　　3.3 水用量
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　　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(jì)，估算結(jié)果為:配方中水量為5時(shí)(以聚醚多元醇為100，下同)，泡沫中心溫度為162℃，當(dāng)水量為6.5 時(shí)，則為184℃，曾有一工廠做過自燃失火試驗(yàn)，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1×1×1.5m。多次實(shí)驗(yàn)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(bào)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。
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　　3.4 溫度及催化劑濃度
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　　研究發(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(shí)，更應(yīng)注意防止發(fā)生事故。
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　　3.5 泡沫塊厚度
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　　聚合反應(yīng)是強(qiáng)烈放熱反應(yīng)，一般聚合反應(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)很小(λ< 0. 04 wPm?k)，熱量不易散出，特別是生產(chǎn)厚制品(δ> 1. 0 m)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，達(dá)到最高溫度，若在配方中出現(xiàn)差錯(cuò)時(shí)，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。
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　　3.6 攪拌均勻程度
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　　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)能否充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆?，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(huì)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。
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　　4 軟質(zhì)聚氨酯泡沫塑料自燃的對策預(yù)防措施
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　　4.1 把好原料質(zhì)量關(guān)
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　　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(shí)要把好質(zhì)量關(guān)。特別是在更新原料時(shí)，先要進(jìn)行小批量試驗(yàn)，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(shí)，尤需注意安全。在使用國產(chǎn)聚醚時(shí)，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。
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　　4.2 把好配方配比關(guān)
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　　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(huì)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，不能隨意變更，必須按規(guī)定要求配足配好所需原料。一是對計(jì)量器具要經(jīng)常進(jìn)行校驗(yàn)，確保計(jì)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(shí)專人負(fù)責(zé)，增強(qiáng)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。
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　　4.3 把好值班監(jiān)控關(guān)
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　　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(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，在中心開始燃燒，一旦著火，蔓延很快。因此，在生產(chǎn)過程中要時(shí)刻注意溫度變化，及時(shí)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尚烷g，單獨(dú)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㎝以上的間距，以利于通風(fēng)散熱。同時(shí)，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24小時(shí)）以后才能入庫存放，以保安全。
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　　4.4 把好廠房安全關(guān)
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　　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(yàn)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(dú)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(jì)防火規(guī)范》設(shè)置自動(dòng)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(shí)，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)有氣流窗，墻體下部要設(shè)機(jī)械排風(fēng)裝置。此外，還要有防止雨水透入的設(shè)施，以防自然條件的生成。
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　　5 結(jié)論
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　　軟質(zhì)聚氨酯泡沫塑料的生產(chǎn)雖然會(huì)放出熱量，同時(shí)也會(huì)聚熱不散發(fā)生自然，但是，人們只要對軟質(zhì)聚氨酯泡沫塑料生產(chǎn)特性、發(fā)生自然的原因以及影響自然的因素有一個(gè)充分的認(rèn)識，從思想上引起足夠的重視，在制度上、技術(shù)管理上、原料質(zhì)量上、配料配比上、廠房設(shè)施上，真正落實(shí)嚴(yán)格的防范措施，軟質(zhì)聚氨酯泡沫塑料生產(chǎn)過程中的自然火災(zāi)事故是可以避免的。
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