助劑-發(fā)泡劑種類大全

一、物理發(fā)泡劑

物理發(fā)泡劑種類較多，如脂肪烴、氯代烴、氟氯烴和二氧化碳?xì)怏w等，自20世紀(jì)50年代，一氟三氯甲烷(CFC-11)作為聚氨酯首選的發(fā)泡劑被廣泛應(yīng)用，因其對大氣臭氧層有破壞作用，為了保護(hù)地球生態(tài)環(huán)境，必須禁止使用CFCS類化合物。多年來國內(nèi)外一直在尋找和開發(fā)理想的替代產(chǎn)品，替代發(fā)泡劑除考慮發(fā)泡劑本身的性質(zhì)外，一般還需要對聚醚多元醇、勻泡劑、催化劑等原料進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整與改善，使配方體系達(dá)到優(yōu)化，因此物理發(fā)泡劑的關(guān)鍵在于替代產(chǎn)品的開發(fā)與應(yīng)用研究。到目前為止，對發(fā)泡劑CFC～11的替代主要有以下四種方案。

(1)二氧化碳發(fā)泡劑

二氧化碳發(fā)泡劑有兩種，一種是異氰酸酯和水反應(yīng)生成二氧化碳(水發(fā)泡)作為發(fā)泡劑，另一種是液體二氧化碳。水發(fā)泡與CFC-11相比優(yōu)點(diǎn)在于，二氧化碳ODP(臭氧損耗值)為零，無毒、安全、不存在回收利用問題，不需要投資改造發(fā)泡設(shè)備;缺點(diǎn)是發(fā)泡過程中多元醇組份粘度較高，發(fā)泡壓力與泡沫溫度都較高，泡沫塑料與基材粘接性變差，尤其是硬泡產(chǎn)品的熱導(dǎo)率高;由于二氧化碳從泡孔中擴(kuò)散速度較快，而空氣進(jìn)入泡孔較慢，從而影響泡沫塑料尺寸穩(wěn)定性，雖然可以通過改性有所改進(jìn)，但是仍然不如CFC-11發(fā)泡材料。

目前主要用于對絕熱性要求不高的供熱管道保溫、包裝泡沫塑料和農(nóng)用泡沫塑料等領(lǐng)域;液體二氧化碳發(fā)泡優(yōu)缺點(diǎn)與水發(fā)泡相同，目前主要用于聚氨酯軟泡，用于硬泡可以克服水發(fā)泡增加了異氰酸酯的消耗量、泡沫塑料發(fā)脆和與基材粘接性差等缺點(diǎn)。但是液體發(fā)泡要對發(fā)泡機(jī)進(jìn)行改進(jìn)，液體二氧化碳儲運(yùn)費(fèi)用增加，目前液體二氧化碳發(fā)泡技術(shù)尚在不斷研究與發(fā)展之中。

(2)氫化氟氯烴發(fā)泡劑

氫化氟氯烴(HCFC)類發(fā)泡劑，分子中含有氫，化學(xué)特性不穩(wěn)定，比較容易分解，因此其ODP要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于CFC-11，所以HCFC被當(dāng)作CFC發(fā)泡劑代替代產(chǎn)品，在過渡時期內(nèi)暫時使用，應(yīng)盡可能在短時間內(nèi)被無氯化合物所取代。

目前歐盟、美國、日本禁止使用HCFC類發(fā)泡劑的時間為2004年底，我國截止使用年限為2030年。目前商業(yè)上可以替代CFC-11熟的產(chǎn)品為HCFC-14LB，它與多元醇和異氰酸酯的相溶性好，在不增加設(shè)備的條件下可以直接用HCFC-14LB代替CFC-11，在達(dá)到同樣密度和相近的物理特性泡沫體時用量要少于CFC-11。HCFC-141B的缺陷在于原料價格較高，對某些ABS和高抗沖擊性聚苯乙烯具有溶解性，且其導(dǎo)熱系數(shù)比CFC-11高，因此需要得到的泡沫體密度較高，才可以達(dá)到隔熱效果。

另外一類代替CFC-11的氫化氟氯烴產(chǎn)品為60:40的HCFC-22/HCFC-14LB混合物，這類混合物是工業(yè)生產(chǎn)中常用的溶劑，生產(chǎn)技術(shù)成熟，價格適中，缺點(diǎn)在于HCFC-22/HCFC-141B體系在一般多元醇中的溶解度相對較低，加工含有HCFC-22的多元醇相對困難。另外HCFC-124的ODP值僅為HCFC-141B的1/5，允許使用年限更久，國外一些企業(yè)計(jì)劃將其用于建筑和冰箱器具泡沫中，與較高成本的氫化氟烷烴(HFC)進(jìn)行競爭。

(3)烴類發(fā)泡劑

用于聚氨酯發(fā)泡劑的烴類化合物主要是環(huán)戊烷，特別是環(huán)戊烷的硬泡體系具有導(dǎo)熱系數(shù)較低和抗老化性能，ODP值為零等優(yōu)點(diǎn)，常被用于冰箱、冷庫和建筑的隔熱保溫等領(lǐng)域，已經(jīng)成為我國硬泡CFC-11替代品的首選。

另外以正丁烷、異丁烷作為輔助發(fā)泡劑，制備環(huán)戊烷聚氨酯硬泡必須解決以下兩個問題，選用防爆設(shè)備解決環(huán)戊烷易燃、易爆的問題;采用一定措施如正戊烷、異戊烷與環(huán)戊烷一起使用，可以改善泡沫流動性，從而解決環(huán)戊烷在聚醚多元醇中溶解性差的問題。

近年來我國環(huán)戊烷的生產(chǎn)開發(fā)取得較大進(jìn)展，以乙烯裂解副產(chǎn)C5為原料，經(jīng)過解聚、加氫等工藝可以獲得高純度環(huán)戊烷。北京化工研究院承擔(dān)的“環(huán)戊烷產(chǎn)品開發(fā)”項(xiàng)目通過鑒定，目前國內(nèi)吉林龍山化工廠、北京東方化工廠、南京紅寶麗股份有限公司等已經(jīng)成功建設(shè)環(huán)戊烷生產(chǎn)裝置，并與國內(nèi)多家著名的冰箱生產(chǎn)企業(yè)聯(lián)合，為其提供環(huán)戊烷型組合聚醚用作發(fā)泡材料使用。

(4)氫化氟烷烴(HFC)發(fā)泡劑

HFC類化合物ODP值為零，在軟質(zhì)PU泡沫生產(chǎn)中是CFC-11理想的替代產(chǎn)品，早期的HFC類發(fā)泡劑主要是HFC-134A和HFC-152A，這兩種發(fā)泡劑具有低分子量和低沸點(diǎn)，達(dá)到相同密度和相近物理特性泡沫體時，用量比CFC-11用量少，并且性能比較穩(wěn)定，但是它們的缺陷在于導(dǎo)熱系數(shù)比較高，且在一般多元醇中的溶解度較低，加工含有HFC-134A和HFC-152A的組合聚醚相對比較困難，另外需要發(fā)泡設(shè)備以滿足加工要求。

由于這兩種產(chǎn)品的缺點(diǎn)，人們加快了新型HFC類發(fā)泡劑的研究開發(fā)工作。目前研究開發(fā)表明HFC-245FA和FC-365MFC兩個品種非常具有潛力。這兩種產(chǎn)品與CFC-11具有相近的特性，導(dǎo)熱系數(shù)與HCFC-141B在同一范圍內(nèi)，其ODP值為零，毒性極低，尺寸穩(wěn)定性能好，HFC-245FA電絕緣性能優(yōu)異，缺點(diǎn)是沸點(diǎn)較低;HFC-365MFC的沸點(diǎn)高，但是具可燃性。

目前國內(nèi)外業(yè)界一致認(rèn)為上述兩種產(chǎn)品是理想的CFC-11的替代產(chǎn)品，受到特別重視，研究生產(chǎn)步伐迅速，國外已經(jīng)進(jìn)入工業(yè)化生產(chǎn)的階段，如2003年10月日本中央玻璃公司化學(xué)子公司建設(shè)了年產(chǎn)5000T的HFC-245FA裝置，2002年底索爾維公司在法國建設(shè)了年產(chǎn)1.5萬噸的HFC-365MFC裝置。預(yù)示著高絕緣性能、不破壞臭氧層的高性能發(fā)泡劑將在全球推廣使用。

(5)其他

近年來國外許多科研機(jī)構(gòu)加快CFCS發(fā)泡劑替代品的研究工作，如日本地球環(huán)境產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究機(jī)構(gòu)，推出特定的新替代化合物氫化聚醚(HFE)，并開發(fā)出七種系列HFE產(chǎn)品，該產(chǎn)品不破壞臭氧層，在以水為溶劑的情況下，進(jìn)行醇與氟化烯烴的反應(yīng)，效果非常不錯。

另外隨著CFCS替代技術(shù)的發(fā)展，聚氨酯泡沫塑料的表面活性劑產(chǎn)品結(jié)構(gòu)也發(fā)生很大變化。由于軟質(zhì)聚氨酯發(fā)泡過程中，液態(tài)二氧化碳幾乎瞬間就會轉(zhuǎn)化成氣體，因此要求表面活性劑具有很強(qiáng)的成核能力，否則難以得到泡孔結(jié)構(gòu)優(yōu)良的成核能力，如德國金施密特公司和美國威特科公司的表面活性劑產(chǎn)品均適用于液態(tài)二氧化碳發(fā)泡制軟泡聚氨酯產(chǎn)品等。

我國CFCS替代研究進(jìn)展較快，目前大量生產(chǎn)HCFC-141B、HCFC-22，并借鑒國外開發(fā)經(jīng)驗(yàn)開發(fā)出氫化氟烷烴類發(fā)泡劑HFC-134A和HFC-152A，對高性能的HF-245FA和HFC-365MFC也進(jìn)行研究開發(fā)工作;環(huán)戊烷年生產(chǎn)能力已經(jīng)達(dá)到1萬噸，生產(chǎn)技術(shù)處于國際先進(jìn)水平。