浅谈聚氨酯化学灌浆的环保性能

浅谈聚氨酯化学灌浆的环保性能

黄惠民倪清群赫世钢

摘要：聚氨酯化学灌浆由于其含有未反应的多异氰基团，遇水可以发生化学反应，交联生成不溶于水的聚合物这一独特性能而被开发应用于建筑工程的水渗漏治理、土体强度提高。本文通过借助国外专业制造聚氨酯化学灌浆公司公布的材料安全性能指标，从分析聚氨酯化学灌浆中的残留异氰酸酯毒性和低有机挥会物的污染角度来探讨聚氨酯化学灌浆的环保性能。希望更多的人能在应用聚氨酯化学灌浆解决实际问题的同时，重视保护人体健康、避免环境污染。

关键词：化学灌浆、环境友好、低有机挥发度、异氰酸酯

、八

前言

聚氨酯化学灌浆工业化生产并规模应用于建筑工程的渗水治理、土体强度改善至今已有30 多年。聚氨酯化学灌浆是由多异氰酸酯和聚醚或聚酯多元醇在一定条件下反应所形成的高分子聚合物。根据选用的主体原材料多异氰酸酯不同结构，可以将其分为MDI型和TDI型二大类；根据不同的反应机理也可以将其分为水溶性聚氨酯化学灌浆和非水溶性（或称油溶性）聚氨酯化学灌浆二大类；根据反应所形成的高分子聚合物特性又可分为软质泡沫、半硬质泡沫和硬质泡沫三大类。从环保角度来说：选用主体原材料多异氰酸酯的结构和控制游离单体量更让政府、科学家和工程技术人员重视和关心。这是因为聚氨酯化学灌浆的主要原材料多异氰酸酯的二种不同结构：MDI 和TDI，其毒性程度不同；当它们处于单体（未反应的小分子）状态时，都会对人体和环境带来不同程度的危害。因此杜绝直接使用处于单体状态下的MDI或TDI产品或含有高游离（或称残留）单体的MDI或TDI聚合体产品；倡导使用在工厂反应釜内将MDI 和TDI 合成预聚体（指双组分聚氨酯化学灌浆）或高聚体（指单组分聚氨酯化学灌浆），并确保严格控制预聚体或高聚体中残留的MDI和TDI含量，对保障人体健康和避免环境污染是十分有益的。

聚氨酯化学灌浆中的游离MDI和TDI

MDI, 二苯基甲烷-4,4'-二异氰酸酯；TDI,甲苯二异氰酸酯，当

它们处于单体状态时，对人体、对环境都不友好。MDI归属于有毒物质，TDI

归属于剧毒物质。尤其是挥发度大的TDI游离单体，一旦人体吸入或是皮肤、黏膜接触，都会遭受强烈刺激，如果长期接触或吸入高浓度的TDI蒸气可引起支气管炎，哮喘、支气管扩张甚至肺心病等；异氰酸酯散发在大气中，将与大气中的水分起反应，生成胺与二氧化碳，使大气遭受破坏。但是在当今世界，MDI和TDI仍然是聚氨酯化学灌浆制造过程中不可替代的主要原料，MDI和TDI 的合成技术以及控制聚合产品中的残留单体量受到越来越多的政府和科学家关注。欧美的专业聚氨酯化学灌浆公司纷纷选择相对毒性较小的MDI来制造它们的产品，同时化更多的投入去降低和控制聚合物或预聚物中的残留异氰酸酯单体含量。早在60年代末，美国、日本已经对化学灌浆的污染问题引起了高度的重视：例如：美国职业安全与保健管理署（OSHA规定：游离异氰酸酯单体（无论是MDI还是TDI）在空气中最大浓度不得超过

0.02ppm。随着科学技术的不断发展，发达国家对聚氨酯预聚体中的游离异氰酸酯单体含量已提出越来越严格的限制。最新的欧共体（EC ）法规规定：当TDI型预聚体产品中含有1%^7%游离TDI时必须在容器上加贴“有毒”标签;游离TDI含量0.1%〜1%勺产品标签上须标上“有害”标记；而TDI含量低于0.1%，才无需危险警告标签。表一是部分国外专业制造化学灌浆产品公司公布的典型聚氨酯化学灌浆产品的材料安全性能部分数据。

表一国外典型聚氨酯化学灌浆的的材料安全性能部分数据

表中的LD5o，经口半数致死剂量(Median Lethal Dose )是一个显示聚氨酯化学灌浆毒性等级的重要指标。它的含义是在一定时间内经口或经

皮给予受试样品后，引起实验动物总体中半数死亡的毒物的统计学剂量。表二是摘自中国正在实施的《化学品毒性鉴定技术规范》有关毒性的分级标准。

表二急性毒性分级标准

有关异氰酸酯预聚物的游离单体含量问题，在国内所引起的关注与争论已近十年。现已颁布实施《室内装饰装修材料胶粘剂中有害物质限量》强制性国家标准(GB 18583-2001),已将这个与广大消费者利益紧密相关的问题公诸于世。标准将游离单体含量设定为1%这与发达国家0.5%的水平还有一定距离。事实上，要清除聚氨酯预聚体或高聚体中游离(或残留) 的异氰酸酯单体并不是一件容易的事：国外发达国家主要采用两种方法：一种是溶剂萃取法，操作流程长、损耗大。另一种是薄膜蒸发法，当今世界上只有极少数国家攻克了该项技术，技术保密性极强，这是因为适用于单体分离的蒸发器设计复杂，工业化中相关技术难度很大。所以在聚氨酯化学灌浆的作业环境中提倡安全和环保措施显得极为重要，尤其是聚氨酯化学灌浆的应用者需要学会自我保护、合理选择、正确使用。在国外发达国家，政府严格管理涉及安全、环境保护方面的问题。专业的聚氨酯化学灌浆制造企业在公布产品的同时，必须公布该产品的材料安全性能数据。从某种意义上说来, 向社会、用户公布材料安全性能数据要比产品自身技术性能更重要：因为产品的技术性能仅仅显示公司自身的技术，而材料的安全性能将涉及整个社

会，涉及人体健康和环境保护。在产品的材料安全性能数据中，非常详细地介绍该产品的安全环保性能，包括材料的主要成分、物理特性、毒性指标、环保措

施、运输方式、废弃物的处理方式等，避免应用者由于不知情而为使用后受到的人体健康伤害和环境污染埋下种子。产品应用者可以通过对产品材料安全性能了解，正确选择和使用材料。从这一点上来看：国内的化学灌浆专业制造公司几乎很少公开公布此类信息，希望引起足够的重视。

聚氨酯化学灌浆中的VOC

VOC （volatile organic compounds content ）是指聚氨酯化学灌浆中含

有的低挥发性有机化合物量。聚氨酯化学灌浆在生产过程中除了MDI或TDI 和聚醚或聚酯多元醇是主要聚合原料外，还要加入多种附加剂。聚氨酯化学灌浆在整个生产、运输和使用环境中的散发以及后续聚合物中残留物的散发都可能导致对人体和环境的污染。国外的专业聚氨酯化学灌浆公司数十年如一日的致力于研究和制造低VOC高固含量或无溶剂的产品。其中用于衡量聚氨酯化学灌浆VOC 勺一个重要数据即是聚氨酯化学灌浆的固含量（Solid），见表一。国外常用于测定聚氨酯化学灌浆固含量（Solid ）的方法有二种：一是放置10克聚氨酯化学灌浆样品在100—110度环境中24小时，确认样品重量变化小于0.05g/hr后，测定样品前后重量的变化；二是放置聚氨酯化学灌浆在23度，相对湿度40%勺环境中72小时，观察其前后重量的变化。固含量为100%勺无溶剂聚氨酯化学灌浆不仅含有更多的水活性高聚体，更重要是它对人体的健康和环境的保护具有更深远的意义。一些发达国家制造的

聚氨酯化学灌浆产品，尤其针对用TDI为主要原料合成的聚氨酯化学灌浆产品，在产品名称上直接标有“ NF',它的意思是指该产品不含易燃溶剂，以显示该产品对环境友好。因此固含量这个指标在国外是显示聚氨酯化学灌浆环保性能、和技术性能的重要指标。同样固含量这个指标在国内化学灌浆专业制造公司公布的产品性能中很难发现。降低产品的VOC不仅需要资金、更需要技术，但是我们有理由相信：随着中国加入WTO,中国对环保卫生法规的不断强化，政府、企业和消费者会越来越重视人体的健康和环境的保护。制备和使用低VOC （挥发性有机物含量）和低游离异氰酸酯单体（MDI或

TDI）的环境友好型的聚氨酯化学灌浆一定会是这个领域里大家共同努力的目标。2006年1月1日起，《环境标志产品技术要求水性涂料（HJ/T 201—