冷链物流一般指冷藏冷冻类食品在生产、贮藏运输、销售到消费前的各个环节始终处于规定的低温环境下，是保证食品质量，减少食品损耗的一项系统工程，目前，在我国市场上已呈现出快速增长的态势。冷链物流中，温度的变化会导致货物的腐败和变质，降低货物的价值和可用性，而保温材料可有效减少外界温度变化对货物的影响，提升冷链物流中货物的保鲜效果。在实际应用中，常见的设施设备保温材料包括聚氨酯、聚苯乙烯、挤塑聚苯乙烯和聚丙烯泡沫塑料等。其性能不同，适用的场景也各不相同。本文对聚氨酯硬质泡沫塑料、挤塑聚苯乙烯泡沫、膨胀聚苯板和发泡聚丙烯泡沫塑料的性能，及其在冷链设施设备中的应用情况进行了概述。
聚氨酯(聚氨基甲酸酯，polyurethane, PU)是一种高分子化合物。1937年，德国化学家Otto Bayer首先研究开发了多元醇—异氰酸酯的加成路线合成聚氨酯；1945年，聚氨酯硬泡作为轻质高强度夹层用于飞机制造；1951年，联邦德国拜耳公司研制了发泡机及连续生产设备。随后，美国及欧洲一些国家陆续开发引进，并进行工业化生产；60年代中期，我国开始生产聚氨酯泡沫塑料，70年代，将其应用于制冷设备，至今已有60多年的发展史[1][2][3]。
聚氨酯泡沫塑料重量轻、比强度高、导热系数低、耐水、耐热、耐燃及成型工艺简单，具有优良的物理机械性能，是一种优质的绝热、保温、保冷材料，目前广泛应用于冷库、冷藏车、冰箱和冷冻柜等制冷设备中。在低温环境下，其机械强度一般不会下降，相反还可能有所提高，且尺寸稳定性较好，不会出现收缩现象。
聚氨酯硬质泡沫塑料的主要原料包括多元醇、异氰酸酯、催化剂、发泡剂和泡沫稳定剂等。在实际生产应用中，为了操作简便，通常将发泡原料分为A、B两组，并按配方制成两种液体备用。A组(白料)成分为多元醇、催化剂、泡沫稳定剂、发泡剂；B组(黑料)成分为异氰酸酯。发泡时，将A、B两组分按照所需的比例混合、搅拌，用手工发泡或机器发泡来完成泡沫塑料加工[4]。
近年来，随着冷库行业迅猛发展，组合式冷库被普遍采用[5][6][7],以全新的建筑理念替代了原有冷库类建造模式及运营方式。冷库由复合夹芯板材组装而成，方便、快捷。其中，复合夹芯板面材为彩钢板等金属材料，强度高，装机后不易变形；芯板为聚氨酯硬泡。彩钢夹芯板以连续法或非连续法生产，板材的宽度一般为(60～120)cm; 厚度根据冷库的工作温度决定(通常为(6～20)cm)。彩钢板边缘有企口缝结构，组装方便，且板与板之间使用弹性密封剂固定或在缝隙中注入硬泡原料液，反应后缝中充满硬泡。经实用证明，在使用维护合理的情况下，25～30年内冷库壁面的绝热效果不会明显降低。此外，冷库绝热层可通过喷涂成型法制作聚氨酯硬泡，即首先砌好库体外墙，在内侧喷上聚氨酯硬泡后，再做上内壁。
冷藏集装箱和冷藏保温车是冷链物流的重要储运工具，目前，聚氨酯硬质泡沫塑料是该领域保温绝热材料的首选，是提高冷链保鲜效果的关键，在节能减排方面具有较大贡献。它是一种常见的冰箱级保温材料[9],是采用聚氨酯硬泡作为保温材料的冰箱和冰柜，绝热层薄、有效容积大，可减轻电器的自重。
聚氨酯硬泡可制造性好，适用于注塑发泡、粘接、喷涂等工艺生产车体，被广泛应用于制冷汽车制造业[8]。由于其强度较高，浇注在冰箱的壳体和内衬之间形成整体，不会存在“热桥”,确保了优异的绝热效果。此外，还可用于便携式保温箱以及输运需低温储存的疫苗、生物制品、药品和食品。
聚苯乙烯泡沫塑料(Extruded Polystyrene, XPS)挤塑板是1944年美国McIntire发明，最早用于制造军用救生艇。它是将聚苯乙烯树脂、多种助剂、发泡剂在挤出机中混合、熔融、加压、混炼，经模头挤出后压力释放，使发泡剂汽化形成微小气泡，并包裹在聚苯乙烯膜泡内，待冷却定型后，形成截面均匀、闭孔蜂窝状的板材。该结构决定了优异的保温隔热性能[10]。
近年来，随着我国冷链物流快速发展，XPS泡沫的需求较大，挤塑板已广泛应用于低温储藏地面[11]。它是通过将挤塑板铺设在楼地板下方，有效减少热量的传输，提高冷库的保温性能，具有独特坚硬紧密的晶体结构、抗压强度高、抗水蒸汽渗透性能强、性能稳定、使用年限持久的等特点，因此，被国际上认为是用于冷库隔热工程中的理想材料。此外，其压缩强度高、价格适中，目前已成为我国冷库地坪保温材料的首选[12]。
由于保温材料的保温性能会随吸水率的上升而下降(即水会加速传热速度),且吸水率高通常会导致其发生老化分解现象，即水分子在保温材料内热胀冷缩蒸发、冻结、解冻时，会造成结构慢速分解老化，并随着使用年限增加保温层作用将逐渐消失。因此，目前的冷藏车专用挤塑板体积吸水率始终保持1%以下，且冷藏车几乎不会吸水，大大提高了保温效果。
聚苯乙烯泡沫(Expanded Polystyrene, EPS)是一种轻型高分子聚合物，是采用聚苯乙烯树脂加入发泡剂，通过加热进行软化，产生气体，形成一种硬质闭孔结构的泡沫塑料。它由原料经过预发、熟化、成型、烘干和切割等工艺制作而成，既可制成不同密度、不同形状的泡沫制品，又可生产各种不同厚度的泡沫板材。随着冷链物流运输的飞速发展，泡沫箱常用于生鲜运输和物品封装。该泡沫箱大多采用EPS泡沫塑料制成的箱式包装容器，且塑料泡沫内部具有很多微小气孔[10]。
聚苯乙烯板的保温性能在建筑保温领域中被广泛认可[13],由于在低温环境下，其导热系数会随温度的下降而增加，造成保温性能下降，导致冷库内温度难以持续稳定，在冷库保温领域中，与硬质聚氨酯泡沫板和挤塑聚苯乙烯保温板相比，保温效果较差。同时，在低温环境下，易受冷热交替的影响，出现变形、破裂等，降低在冷库保温中的可靠性。因此，在冷库保温领域中并不是理想的选择。但由于其价格低廉、保温性能相对较好，因此，该材料制成的复合夹芯板仍被广泛应用于高温冷藏库。
聚丙烯塑料发泡材料(Expanded Polypropylene, EPP)是一种性能卓越的高结晶型聚合物/气体复合材料。它以独特而优越的性能，成为增长最快的新型环保抗压缓冲隔热材料。此外，它还是一种环保材料，可回收循环利用。与EPS相比，具有更高的机械强度，极大地拓展了泡沫塑料的应用场景[14]。
冷链上的EPP包装主要用于海鲜、渔获、蔬菜水果等保鲜冷藏运输[15],且很多冷库、菜市场都使用EPP冷链箱进行货物转运。其具有以下优点：(1)比其它类型的泡沫包装更具环保性，且材料无毒无味，不会产生任何的有毒物质，可直接与食物接触，使用更加安全。(2)与同体积的包装材料相比，质量轻、强度大、耐用性好，可降低运输成本。(3)耐用性好、且易清洗，在冷链运输中，大多作为周转箱，可多次重复使用，降低使用成本，减小对环境的负面影响。(4)材料本身可回收，具有可塑性，可通过重新加工后再次利用。(5)绝热性能较好，能有效降低冷链物流箱内的温度流失，由于保鲜效果较好。因此，成为冷链运输中最受欢迎的选择之一[16]。
冷链设施设备的保温层材料通常没有再回收利用价值，只能当作垃圾扔掉，且不能被降解。近年来，随着人们环境保护意识的增强，绿色环保型聚氨酯泡沫塑料已逐渐成为各国研开的热点。其中，开发可生物降解的零ODP聚氨酯泡沫塑料符合行业的发展趋势[17];可生物降解聚氨酯泡沫塑料具有可生物降解和保护臭氧层的特点。此外，生产过程中使用安全无毒的发泡剂，可有效减少能耗和污染物的排放，开发以植物纤维为主要原料的绿色环保材料将是保温材料的发展趋势。
超绝热材料主要分为真空绝热材料和纳米气凝胶绝热材料。其中，真空绝热材料由填充芯材和真空保护表层构成，能有效避免空气对流引起的热传递，使导热系数大幅度降低，可达(0.002～0.004)W/m·K,是传统保温材料导热系数的十分之一，不仅可节能，而且可增加冷链设备有效容积；纳米气凝胶保温材料是一种具有高度孔隙结构的材料，主要由纳米颗粒和气体组成，可用更轻的质量、更小的体积达到等效的隔热效果，具有较好的热稳定性、耐热冲击性、低导热系数，且质量轻、强度高。
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