环保聚氨酯泡沫塑料发泡剂介绍

　FC211 (CC13F)是第一代发泡剂的典型代表，广 泛用于聚氨酯(简称PU)泡沫塑料行业。但是近年来人们 发现，氯氟烃(CFC)类发泡剂对臭氧层的破坏作用很大。 根据“蒙特利尔议定书”，发达国家在1996年以前全 面禁用，中国淘汰CFC为2007年，国内大的PU泡沫塑料 生产厂家已于2005年完成CFC的替代。HCFC2141b (C^CFC^) 是在商业上可替代CFC211的最成熟的发泡剂，但是氢氯 氟烃(HCFC)类仍具有一定的臭氧除去功能和温室效应。 因此，它们只是一种过渡发泡剂，必将被新的环保型发泡 剂所取代。环保(第三代)发泡剂主要是指臭氧消耗潜能 (0DP)为零，温室效应潜能(GWP)较小，对环境友好的绿 色发泡剂。聚氨酯泡沫塑料所用的发泡剂分为两种类型:一 种是利用水和异氰酸酯发生化学反应，放出0^为起泡 剂;另一种发泡剂是选用低沸点的惰性烃类化合物，利用 泡沫体系的反应热使之汽化而发泡。目前环保型的发泡剂 开发的有水、液态C02、戊烷系列和HFC系列。

　　1 0DP为零的环保型发泡剂

　　1. 1 水

　　水可以与异氰酸酯发生化学反应释放出co2。全水发 泡泡沫制备工艺简单安全，对发泡设备要求较低。虽然co2 自身导热系数较大,但通过对聚醚以及异氰酸酯的内部化 学结构调整，是可以生产出泡孔细小、表面光滑、热辐射 较小的泡沫塑料。2001年，南京红宝丽公司研制成功代表 当今世界先进水平的全水发泡型无氟组合聚醚H700,主要 用于石油管道保温。但全水发泡与CFC211和HCFC2141b 发泡体系相比还存在许多缺点:一方面全水发泡泡沫体系导 热系数偏高，且制得硬泡沫易发酥变脆，某些物性也会变 差;另一方面1 mol水将相应消耗2 mol的异氰酸酯，就 总成本而言反而提高了。因此，它适用于对导热系数要求 不太严的场合，对绝热保温要求严的场合，它常作为辅助 发泡剂与惰性烃类混合使用。

　　1. 2液态C02

　　液态C(^发泡技术，早期由意大利康隆集团首先开

　　发，后来，德国拜耳公司所属的亨内基机械公司也相继 研制成功。液态(：02作为发泡剂具有无毒、不可燃、0DP 为零和发泡效率高的优点。另外，C02是工业生产的副产 品，不需要额外生产，不会造成环境中C02总量的增加， 即GWP很小。液态C02发泡使制得泡沫具有高度的开孔结 构和良好的回弹，可获得优质的软泡。但是，C02@身的导 热系数较大，利用它制得的硬泡保温性差，泡沫尺寸不稳 定，容易收缩。特别是，液态需盛在高压容器中，要 对现有发泡设备进行很大改造。目前，国内只有少数的液 态C02发泡技术生产线，因此，这大大限制了它的推广 应用..

　　1. 3戊烷系列

　　用于PU泡沫的院烃发泡剂主要有环戊烷、正戊垸和 异戊烷三种。它们的0DP和GWP都为零，是环保型的发 泡剂。环戊焼的硬泡体系具有较低的导热系数和抗老化性 能，首先在西欧用于无氟冰箱冰柜行业和建筑绝热保温等 方面。我国于1997年引进环戊烷冰箱生产线，目前国内 几大冰箱厂已采用戊烷发泡体系。正戊烷和异戊烧导热系 数比环戊烷大，在冰箱行业中很少单独使用，它们常与 环戊烷混配用来改善泡沫性能。

　　戊烧体系硬泡泡沫具有脱模时间短、良好的低温性能 及尺寸长期稳定性等优点,因此倍受国内外冰箱生产厂家 的青睐。但戊烷类都是非极性化合物，在极性聚醚多元 醇中的溶解性差，需使用特殊的聚醚以提高其溶解性。 另外，它们都是易燃易爆的烷烃，不仅在使用中要十分 注意安全，而且要对以CFC类和HCFC类为发泡剂的发泡 设备进行较大改造，这限制了它作为替代发泡剂的应用场 合。

　　2新型环保HFC发泡剂

　　氢氟烃(HFC)发泡剂有气态和液态两大类，气态 有 HFC2134a (CF3CH2F)和 HFC2152a (CH3CHF2)等。 由于它们的导热系数较大，蒸气压较高，需要耐压容器储 存，以及需要对发泡设备进行改造等缺点，现在已很少使用。未来可以取代HCFC2141b的环保型发泡剂应该是液 态的，而液态的HFC发泡剂最有前途的是HFC2245fa (1，1，1,3, 32 五氟丙烷)和HFC2365mfc (1, 1,1,3, 32 ￡ 氟丁烷)，它们是发达国家正在开始工业化的第三代发泡剂。

　　2. 1 HFC2245fa 发泡剂

　　HFC2245fa (CF3CH2CHF2)由美国 Honeywell 公司 首先推出。由于其硬泡沫出色的保温性能而在美国冰箱冰 柜等行业推广，日本等国也将HFC2245fa视为今后PU泡 沫发泡剂中较理想的替代品。美国Honeywell公司、乌克 兰Allchem公司和日本CentralGlass等公司是全球主要 的生产商，但其产量都较小，远不能满足市场需求。国内 生产商有浙江三环化工公司和富时特化工公司等,其产量 很小。HFC2245fa具有0DP为零、GWP较小、不可燃、无 毒无闪点等优点，是一种新型环保发泡剂。与HCFC2141b 相比，HFC2245fa的导热系数稍大，但其泡沫体系的泡 孔均勻细密，通过对配方的优化，可使泡沫材料的导热 系数接近HCFC2141b泡沫体系，且比HCFC2141b泡沫稳 定，强度与CFC211相当，老化速度比HCFC2141b慢。另 外，HFC2245fa泡沫体系流动性，脱模时间和泡沫质量总 体性能好，与多元醇相溶性好，能耗与HCFC2141b相近; 因此现已在冰箱、建筑复合板材和喷涂等方面应用， HFC2245fa偏低的沸点(]5.?/C)可改善发泡过程泡沫材 料的流动性,使制得泡沫具有较好的低温性。但另一方面， 这使它在某些场合不能代替HCFC2141b，如作者从事的环 保发泡剂用于埋地石油管道保温方面的PU泡沫的开发研 究，它采用“一步法”和“管中管”成型工艺，该工艺要 求组合聚醚和异氰酸酯温度为20?30°C,而HFC2245fa的 操作环境温度要求在15. 3°C以下，因此不合适。而且，它 的蒸气压较高，大约是HCFC2141b的两倍，因此，使用时 需要耐压容器来储运，还要对现有发泡设备进行部分改 造。

　　2. 2 HFC2365mfc 发泡剂

　　HFC2 36 5mf c (C H 3C F 2C H 2C F 3)首先由法国 ElfAtoChem公司研制。国外生产商有美国Solvay氟化物 公司和法国Atofina (原名Elf AtoChem)公司等。其 全球总产量比HFC2245fa还要低，目前正处于工业化阶段。 国内少数厂家正准备HFC2365mfc的研发生产，南京红宝 丽公司开发有HFC2365mfc的配套聚醚，主要用于板材、喷 涂等方面。在当前所有零0DP的HFC发泡剂中，HFC2365mfC 是唯一沸点高于2 5 °C的液态发泡剂，其蒸气压比 HCFC2141b低，发泡设备无需大的改动。但它具有一定的 可燃性，虽然相对于戊烧类发泡剂而言，HFC2365mfc的燃 烧危险性显得并不重要，可是根据欧洲法规，HFC2365mfc

　　必须按可燃液体进行操作。最近几年人们发现，在 HFC2365mfc中加入少量非可燃HFC，如HFC2134a、 HFC2227ea (七氟丙烷)或HFC2245fa，可克服单独使用 HFC2365mfc 的可燃性。如 HFC2365mfc 与 HFC2134a 质量 比93 : 7的混合物，以及与HFC2245fa质量比95 ： 5的混 合物均无闪点。而且HFC2365mfc可与戊烧类发泡剂复配 成共沸混合物，可用于现有的戊烷发泡系统，能改善碳氢 化合物的发泡性能。

　　以HFC2365mfc为配基制得的混合发泡剂沸点在20? 32。。’ 其中 HFC2365/227 (质量比93: 7，沸点 30°C)是 一种真正的液体，如果正确操作该二元混合物，它没有闪 点。按照欧洲法规，HFC2365/227可按不可燃液体进行操 作，仅需要采取基本的预防措施，可替代HCFC2141b方便 地应用于现有的发泡设备，而且制得泡沫的性能接近于 HCFC2141b体系或稍优，比HFC2245fa泡沫体系绝热性 稍好。

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