高效绝热泡沫发泡剂Solkane 365mfc和Solkane 365/227 (二）

图1  分装操作中HFC-227ea含量的变化

2.3  与碳氢化合物组成共沸混合物

以HFC-365mfc作为主要成分配制混合物作发泡剂的研究大大增加了人们对HFC-365mfc应用研究的兴趣。HFC-365mfc和异戊烷、正戊烷或环戊烷组成的共沸混合物也可用于现有的碳氢发泡系统。HFC-365mfc和环戊烷组成的共沸混合物的沸点与Solkane141b相同，都是32℃。除了共沸混合物比两个单一组分有更合适的沸点外，明显不同的是两个组分都有低的导热系数（HFC-365mfc为10.6 mW/m·K，环戊烷为12.8 mW/m·K）。另外两个低沸点共沸混合物–-沸点为27℃的HFC-365mfc和正戊烷以及沸点为22.5℃的HFC-365mfc和异戊烷，组成了以HFC-365mfc为配基的发泡剂系列。HFC-365mfc的加入大大降低了碳氢发泡泡沫的λ值。
为了安全使用上述共沸混合物，必须采用有防爆设备的系统。
不可燃混合物Solkane 365/227也可与碳氢化合物混合使用。优点是HFC类产品可以储存在标准的储罐中（以前用的CFC-11或HCFC-141b储罐）因而不需要额外投资建立新的储罐。
3  实际应用

3.1  发泡剂的溶解性

部分发泡剂在聚氨酯原料中的溶解度见图2。





























                图2  发泡剂在聚氨酯原料中的溶解度



众所周知，HCFC-141b在聚氨酯原料和聚氨酯泡沫中都是具有很高的溶解度。这对工艺有好处，但会导致泡沫的部分塑化。HFC-365mfc在聚氨酯原料中的溶解度更为适当，发泡泡沫具有非常精细的泡孔。与HCFC-141b相比，HFC-365mfc在多数应用中可以降低泡沫密度。液态HFC-365mfc在泡沫中的特性更象CFC-11。与液态的HFC化合物相比，碳氢化合物在聚氨酯原料中的溶解度很有限。环戊烷是个例外，然而由于其对泡沫基体有很高的致软性，导致泡沫存在稳定性问题而至今尚未在阻燃泡沫上使用。
3.2  使用HFC-365mfc及其混合物的发泡试验

    对泡沫进行评估需要连续不断地进行工业化规模的试产。试产证明，由于HFC-365mfc合适的溶解度，所有泡沫都有精细的泡孔。泡沫的K值最引人注目，均以HCFC-141b的参数为基准进行比较。由以往论文的报道和半技术性试验得出的结论，已经证明了HFC-365mfc在泡沫中的老化性能与HCFC-141b一样好，而其发泡泡沫的K值则明显优于用碳氢化合物发泡的泡沫。新的试验（试产）是在商品化生产工厂进行的，以检查HFC-365mfc及其混合物的适应性。试产采用标准的原料和现有的配方在现有的工厂上进行。我们主要进行了层状发泡、钢板三明治发泡和喷涂泡沫的试产。
3.2.1  层压泡沫板

采用高压发泡设备，生产出常用泡沫密度和厚度为6cm的泡沫。经过一些改进后，把纸面改为铝薄板。
表6列出了相关的参数。铝薄板面HFC-365mfc发泡泡沫的物理性能在预料的范围内。特别令人高兴的是导热系数上的收获。起始K值是按标准程序在10℃时测出，HFC-365mfc和标准HCFC-141b泡沫的差别仅为1mW/(m·K)。

表6  厚度6cm的连续发泡泡沫板参数

	纸面 HCFC-141b	纸面 HFC-365mfc	铝薄板面 HFC-365mfc
发泡剂/质量份	14	18	16.5
密度/kg·m[sup]－3[/sup]	30	36	31.7
压缩强度(水平)/MPa	0.15	0.20	0.20
闭孔率/%	92	95	94
10℃时的导热系数初始值/mW·(m·K)[sup]―1[/sup]	19	19.9	20.2

3.2.2  钢板三明治泡沫板

钢板面泡沫板在连续泡沫板生产线上生产出来，建筑用夹心板泡沫厚度为8cm的泡沫的性能见表7。泡沫与金属面的粘合也很好。在10℃导热系数的初始值低于20 mW/(m·K)。

表7  连续生产聚氨酯夹心板

项  目	指标
HFC-365mfc/质量份	13
密度/kg·m[sup]－3[/sup]	38.6
压缩强度/MPa	0.27
闭孔率/%	96
10℃时的导热系数起始值/mW·(m·K)[sup]―1[/sup]	19.6

3.2.3  房顶喷涂泡沫

    房顶喷涂泡沫的试验采用与HCFC-141b相同的系统，只是发泡剂改用了HFC-365mfc。比较在相同的条件下喷出的HCFC-141b类泡沫和HFC-365mfc泡沫。1周后在24℃时测得的HFC-365mfc泡沫的K值小于21 mW/(m·K)，对于密度如此之高的泡沫而言，该K值是非常好的了。喷涂泡沫的表面也没有出现“爆米花”的现象。表8列出了其中最重要的参数。

表8  屋顶喷涂泡沫的性能

	HCFC-141b， 4层，总厚度为70mm	HFC-365mfc 5层，总厚度95mm
发泡剂/质量份	14	19
密度/kg·m[sup]－3[/sup]	60	62
压缩强度/MPa	0.5	0.5
密孔率[%]	93.5	95
1周后24℃的导热系数/mW·(m·K)[sup]－1[/sup]	20.2	20.7

3.3  混合发泡剂的比较

1．以下的试验是在相同紧压面条件下和基于7份异戊烷的原系统上进行的。
2．不可燃混合物HFC-365mfc/227的用量相对于多元醇的量为21.5份。
3．共沸发泡剂的试验是以7份碳氢化合物为起始，加入HFC-365mfc直至到达共沸点的比例。水的份量尽量减少以达到相同的密度。
4．其中一个正戊烷共沸发泡剂的配方中加入了过量的HFC-365mfc作改进。
5．所有泡沫的密度在35kg/m[sup]3[/sup]左右。所有K值均在进行6周储存后，并在10℃下进行测定。
表9和表10显示了不同混合发泡剂对K值的影响。

表9  泡沫板/不同发泡剂的比较

	原样，异戊烷	365/227	365mfc/环戊烷的共沸物
发泡剂及比率/质量份	7	21/1.5	19/7
密度/ kg·m[sup]－3[/sup]	35.8	35.8	35.9
6周后10℃的导热系数/mW·(m·K)[sup]－1[/sup]	21.8	19.4	19.5

表10  泡沫板/不同发泡剂的比较

	365mfc/异戊烷的共沸物	365mfc/正戊烷的共沸物	过量365mfc/正戊烷的共沸物
发泡剂及比率/质量份	6/7	9.7/7	19/7
密度/ kg·m[sup]－3[/sup]	34.5	35	35.9
6周后10℃的导热系数/mW·(m·K)[sup]－1[/sup]	20.4	19.8	19.6

根据上述泡沫板的试验可知，HFC-365/227的K值最低。与环戊烷组成的共沸混合物在不需考虑发泡剂可燃性及要求达到最高的绝热性能的场合中可作为首选发泡剂。
用加入HFC-365mfc以降低戊烷发泡中可能降低的水的含量，可使在现今戊烷发泡系统生产成本相当的条件下改善泡沫的性能。
在需要采用不可燃发泡剂的场合，所有应用均可采用HFC-365/227混合物。
4  结论

在以往文章的报导中对HFC-365mfc进行评估而得到了令人鼓舞的结果。这结果令我们决定在法国建立了中试车间生产HFC-365mfc。该中试车间一直都在生产运行中，使我们每年有几百吨的数量，供应给我们的客户，以便这些客户能在他们的设备上对HFC-365mfc进行系列、完整的实验和评价。
为了检验HFC产品在全球气候变化中对环境的影响，在欧洲合作伙伴的共同努力下，对HFC-365mfc进行了存留周期估算（LCA）。该研究确认了HFC-365mfc以其杰出的绝热性能使之成为未来性能卓越、利于环保的发泡剂替代物。
不可燃混合物HFC-365/227（93/7）相信是替代HCFC-141b的最佳选择。因为按照欧洲法规，HFC-365/227可按不可燃产品进行操作，而只需采取基本的预防措施。
采用HFC-365/227发泡的泡沫的基本性质类似于HCFC-141b发泡泡沫的性质。前提是与HFC-365/227配合的多元醇混合物需经优化。优化处理要考虑HFC-365mfc的两个基本特性：较低的极性使其在多元醇中的溶解度有一定的限度，以及较高的沸点可能导致在某些情况下温度很低时会冷凝。
采用HFC-365mfc作发泡剂比采用碳氢化合物容易生产出高阻燃性的泡沫。在将来欧洲采用新的防火分级标准（SBI测试和欧洲分级）后，这一点可能也将是评定发泡剂中非常重要的标准。