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摘要：评述了硬质聚氨酯泡沫塑料全水发泡的优缺点和发展趋势，指出了该生产工艺的环保优点。简单介绍了用全水发泡替代HCFC-b发泡生产聚氨酯夹芯板项目的原料、设备、工艺参数和产品性能。开发的全水发泡组合料黑白料比接近1/1，产品性能优良。

作者：陈凤福王保峰董来成

硬质聚氨酯泡沫塑料是目前世界公认的性能优异的节能保温材料。它具有机械强度高、表观密度小、泡孔细腻、粘结性好、导热系数低、吸水率低等优点，可以适用于管道、板材、热水器、冰箱、冷库、建筑外墙等领域的节能保温。在制造聚氨酯硬泡过程中需使用较多的发泡剂，其中氢氯氟烃发泡剂HCFC-b对大气臭氧层仍有一定程度的破坏。我国已开始在聚氨酯硬泡行业替代HCFC-b工作，到年全面禁止其在聚氨酯硬泡领域的使用。按照年10月国际社会达成的基加利修正案，对产生温室效应的环境不友好氢氟烃化合物也将限制和不鼓励使用。短期内在聚氨酯硬泡中可使用的经济型发泡技术有碳氢化合物(戊烷/环戊烷)发泡和全水发泡。环戊烷的臭氧消耗潜值(ODP)为零，全球变暖潜值(GWP)也很低，但因为环戊烷是易燃易爆化学品，对储存、运输和使用过程安全性的要求较高。水发泡产生的CO2的ODP值为零，GWP值等于1(可忽略不计)，不燃，无毒，是没有危险的化学发泡剂。采用全水发泡生产聚氨酯硬泡，设备设施及工艺基本上不用改造，是最安全环保、方便的成型工艺。全水发泡聚氨酯硬泡有一些研究报道，但因为某些缺点，一直没有大规模工业化应用。沈阳市益兴聚氨酯实验厂与聊城三力保温材料有限公司合作，在年完成全水发泡替代HCFC-b项目技术改造工作，取得了较好的预期效果。1全水发泡的优缺点及发展趋势1.1全水发泡的优点全水发泡以水和异氰酸酯反应生成的CO2气体作为发泡剂，且产生的CO2很少。CO2的ODP值为零，对大气臭氧层无破坏作用，对环境的影响忽略不计，是最环保的发泡剂。全水发泡不使用物理发泡剂，没有易燃易爆有毒的危险品，适合各种条件和复杂环境中的保温施工和使用。全水发泡对原有的HCFC-b设备无需特别改造，组合聚醚中不含低沸点的发泡剂，可以在较高的温度范围内使用，不受温度和环境的影响，经济成本较低。1.2全水发泡的缺点全水发泡体系由于水的添加量小，缺少物理发泡剂的溶剂效应，组合聚醚的黏度较高，需要使用低黏度聚醚进行调整。全水组合料混合物发泡流动性较差，对大型聚氨酯夹芯板来说发泡难度很大，需要全水组合聚醚具有较好的流动性，才能得到密度均匀的制品。全水发泡聚氨酯硬泡是以反应产生的CO2气体作为发泡剂进行制备得到，它的缺点是导热系数较高。水和异氰酸酯反应生成CO2的同时，分子链中会产生大量的脲基结构，聚脲的存在会使聚氨酯泡沫变酥变脆，造成泡沫和铁板之间的粘结力不足，因此需要降低全水泡沫脆性，以保证足够的粘结力。全水发泡硬泡的泡孔中的气体是CO2，CO2的渗透力很强，会穿透泡孔壁逃逸到空气中，闭孔泡沫由热变冷过程泡沫内部形成负压，容易收缩，尺寸稳定性变差。1.3全水发泡泡沫的发展趋势和技术改进为了提高全水发泡泡沫的性能，改变其不足，国内外一些相关公司进行了大量的研究工作。经过多年的实际开发和研究，目前市场上的全水发泡聚氨酯组合料和泡沫大致有如下几种:(1)高异氰酸酯指数泡沫全水发泡组合料的组合聚醚比HCFC-b发泡体系消耗多异氰酸酯组分(黑料)多。为了提高泡沫的强度和耐温性能，特别是在聚氨酯管道保温方面，需采用较高异氰酸酯指数的配方，黑料用量需要更多，聚合MDI指数～(异氰酸酯指数1.5～1.6)使用较多。(2)开孔全水泡沫为了降低聚合MDI指数至～范围，同时保证泡沫在使用温度范围内不收缩，可适当提高全水泡沫的开孔率。但这样的泡沫导热系数和吸水率都很高，不适宜要求保温效果好的情况。(3)高闭孔和低异氰酸酯指数的全水泡沫通过改进聚醚分子结构和有机硅匀泡剂性能，既保证高的闭孔率，也保证有较好的泡孔强度，在低聚合MDI指数下(左右)，泡沫具有较好的耐热、耐低温性能和较低的导热系数。这也是未来全水发泡聚氨酯替代HCFC-b较理想的技术。(4)沫状发泡近年来也有利用液态CO2和水并用的发泡方式，这种发泡方式俗称沫状发泡，就是以CO2作为物理发泡剂和水为化学发泡剂的方式，提高发泡的流动性，泡孔微细的情况下可以降低泡沫的导热系数，改善泡沫性能。2全水发泡项目的实施2.1项目改造采用的原料和设备聚合MDI(牌号PM-)，万华化学集团股份有限公司。夹芯板专用全水发泡组合聚醚，聊城三力保温材料有限公司生产。由沈阳市益兴聚氨酯实验厂生产的全水发泡专用低黏度聚醚多元醇#，与有机硅匀泡剂、催化剂、阻燃剂等助剂和水按一定比例混配而成。通过聚醚羟值和官能度的合理设计，得到低黑白料比的组合料。彩钢板，冠州集团有限公司。H型高压发泡机(流量范围40～kg/min)2台，配备带搅拌夹套罐，一机双枪，可以控制A料(组合聚醚，白料)和B料(多异氰酸酯，黑料)的温度。H80型高压发泡机1台，最大流量80kg/min。2.2聚氨酯保温夹芯板产品试制在聊城三力保温材料有限公司原有厂房和发泡现场进行，原有HCFC-b发泡设备和生产线基本不用改造和调整。试制环境和工艺参数如下:用H型高压发泡机，采用间歇式模具生产，设定压力12MPa，A料和B料温度25℃，模具温度40～45℃，吐料量为0g/s，设定组合聚醚和聚合MDI的投料质量比为1∶1.05。HCFC-b和水两种发泡体系采用自由发泡制备聚氨酯硬泡的发泡参数见表1。3聚氨酯硬泡性能及其成本分析3.1全水发泡聚氨酯硬泡的性能水与HCFC-b分别作为发泡剂所制造的夹芯板外观平整光滑，硬泡体泡孔均匀，聚氨酯硬泡的性能比较见表2。表2的几个性能指标中，压缩强度依据GB/T—8《硬质泡沫塑料压缩强度实验方法》测试，尺寸稳定性依据GB/T—8《硬质泡沫塑料尺寸稳定性实验方法》测试，导热系数依据GB/T—8《绝热材料稳态热阻及有关特性的测定防护》测试。由表2可见，全水发泡聚氨酯硬泡除导热系数较高外，其他指标基本正常，聚氨酯泡沫板具有较好的压缩强度，水发泡的聚氨酯硬泡其压缩强度不低于HCFC-b发泡的聚氨酯泡沫;对于密度约为40kg/m3的泡沫，压缩强度都大于kPa。经过一年多的冷冻、曝晒、室外自然存放，以及实际安装的冷库运行试验，全水发泡夹芯板没有发生泡沫与彩钢板之间粘结力下降问题，没有产生脱壳、凸凹变形、开裂、弯曲和局部收缩等不良现象。生产的全水泡沫泡孔细腻、均匀，导热系数适中，可以满足管道保温、夹芯板、外墙和冷库等场合的使用要求。全水发泡夹芯板做成的冷库运行半年左右，一切参数在正常范围内。3.2成本及环境效益分析与全水发泡替代前相比，每吨组合聚醚减少kgHCFC-b用量(按每吨组合聚醚含20%发泡剂计算)，按每年0t组合聚醚计算，每年可以减少tHCFC-b使用量。与常规的全水发泡组合料黑白料比1.5/1不同，本项目研发的组合料黑白料比约1/1，这样就不存在聚合MDI用量多而造成的成本增加。全水聚醚使用的水可以不计成本，但全水聚醚比普通聚醚成本高0元/t左右，HCFC-b目前市场价较高，采用本全水发泡技术可以降低成本，具有较好的经济效益。4结束语经过一年多的试验，对全水发泡聚氨酯夹芯板的组合聚醚原料、助剂及各项工艺指标考核评估，并对原有设备和工艺参数进行修改后，全水发泡可以在HCFC-b发泡间歇法板材生产线上使用。在设备不作大的调整基础上，能生产出合格的聚氨酯夹芯板。添加阻燃剂和阻燃聚醚，也能生产出合格的阻燃型全水发泡夹芯板。研发的全水发泡技术具有环保、安全、工艺简单、操作简便、成本合理等优势，是一种替代HCFC-b的路线之一。

聚氨酯硬泡技术培训班

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