聚氨酯泡沫塑料生产中CFCs替代技术的选择

　　新产品新技术-聚氨酯泡塑料生产中CFCs替代技术的选择方忆君上海延锋汽车饰件有限公司破坏臭氧层，因此尽快完成上述产品中CFCs的替代，成为优异的企业公民已成为必然。本文根据自己的实践，介绍了企业应如何根据自身情况来选择并确定聚氨酯泡沐生产中的CFCs替代技术。

　　1.前言。臭氧是一种在地球大气层中发现的自然存在的气体，能吸收太阳辐射的紫外线。这些高能量紫外线辐射会损害人体，降低植物生长速度，破坏生态系统平衡，加速塑料降解。按照目前的观点，破坏臭氧层的主要物质是氯氟烃（CFCs）和哈龙，当含氯气体如氯氟烃在大气中分解时，每个氯原子都引发一个可能破坏数十万个臭氧分子的反应，因此淘汰氯氟烃和哈龙的生产和使用，保护臭氧层已成为当今全球环境问题之一。

　　中国政府于1991年签署并批准了《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》伦敦修正案，并制定了《我国消耗臭氧层物质逐步淘汰国家方案》。为此，原机械部汽车司于1997年发布了《关于中国汽车行业新车生产停止使用CFCs物质的通知》（机汽发099号文），要求2000年12月31日后，我国汽车行业新车生产中要停止使用以CFCs为发泡剂的塑料制品，必须限期完成CFCs的替代工作。

　　氯氟烃（CFCs，俗称氟利昂）是聚氨酯发泡工艺中最典型、最理想、最广泛使用的发泡剂。延锋公司生产的方向盘和后座后靠，分别用了自结皮聚氨酯发泡和热熟化聚氨酯模塑发泡工艺这两种工艺中都使用了氟利昂，且每年的用量接近9吨。本文将根据在延锋的实践，介绍企业如何结合自身的情况，在众多的替代技术中作出适宜的选择。

　　2.自结皮聚氨酯发泡工艺的CFCs替代技术2.1自结皮聚氨酯泡的工艺特点自结皮聚氨酯泡，又称整皮模塑泡沐塑料，英文称为*Integratedskinfoam“，是一种内部为密度较低的泡，表面为结实皮层的材料。它利用特殊工艺将聚氨酯一次形成带结实表皮的泡塑料，广泛地用于方向盘、扶手、头枕、制鞋业等。自结皮表皮的形成是物理作用的结果。当多元醇和异氰酸酯两组分混合以后进行反应时，因反应放出的热量使加入的发泡剂气化膨胀形成泡孔，泡孔中充满了发泡剂的蒸汽，若碰到低温的模具壁，因热量被排出，而使发泡剂蒸汽溶于聚氨酯中，泡孔发生破裂，在高温的芯层物料发泡压力的作用下，接触冷的模具壁面表层便被压制成结实的外皮，这样就一次形成了低密度的泡内芯和皮层。在这工艺过程中最理想物理发泡剂就是氟利昂，40多年来没有一种发泡剂能像氟利昂那样广泛地用于自结皮聚氨酯发泡工艺中。

　　根据自结皮发泡工艺的特点，我们认为替代的发泡剂应具备以下的性能特点：⑷良好的实用性，即不与塑料反应，能充分溶于液体塑料而不溶于固体塑料；目前在发达国家中已普遍采用，并已产业化的技术有以下几种：采用HCFC类物质替代氟利昂作为发泡剂；采用HCF类物质替代氟利昂作为发泡剂；用戈烷替代氟利昂作为发泡剂；用全水发泡技术，即水和异氰酸酯反应产生二氧化碳作为发泡剂。

　　我国属于发展中国家，氟利昂的替代工作晚于发达国家。在以上替代技术中，如何选择适宜延锋的替代技术，通过跟踪发达国家替代技术选用的经验以及与BASF、f）0W、BAYER等原料供应商进行技术交流，我们认为，必须从替代的发泡剂的物理性能、可燃性能、发泡的性能、环境的可接受性和预期的毒性。及经济性，即对现有生产设备的改造等来对一种替代的发泡剂进行评价。几种替代技术比较说明见表I和表2.下面我们就结合以上要求，对4种替代技术分别进行分析和比较：表1进几种发泡剂替代物的环境性能发泡剂戊烷大气寿命，年几天臭氧消耗率（0DP值）全球变暖潜力l（；WP值）是否属于Y0C（美国）否是否表2几种发泡剂替代物的物理性能发泡剂戊烷分子量沸点‘气体热导率。

　　千卡/米时C（44°C）火焰极限，体积1无闪点，-c这是被大家一致认为是一种较为便利的方法。从表2屮可以看出HCFC-Mlb的分子量、沸点、蒸汽压等物理性能都很接近CFC-11，所以在产品配方及制成的泡的性能上没有明的变化。对于毒性研究，1993年PAFT的结论低毒物质，且为唯一的由法国公共卫生局（FrenchPublicHealthAuthority）承认的可用于冰箱和冰柜生产所用的发泡剂。从经济性看，HCFC-141b目前在国内已批量生产，且其价格已接近氟利昂，且所有的设备和模具都不需作任何改动。属于HCFC类的物质还包括HCFC-123、HCFC-22等，但是对HCFC-123的毒性研究显示，该物质会诱导良性肿瘤；而HCFC-22在常温下为气态物质，在实际使用中必须建立预混装置，操作较复杂：因此在这类替代物质中，HCFC-141b是首选的发泡剂。但是从环境性能来看，HCFC中含有氯，尽管其臭氧消耗率（0DP）和全球变暖潜力（GWP）比CFC11低得多，但对臭氧层还是有破坏，所以也终将被禁止。可见，HCFC-141b的长期性能是被人们最充分了解的，所以它是一个最佳的过渡替HFC替代路线从技术角度看有着明显的优点。

　　从表1和表2中还可看出，其0DP值几乎为零。根据资料报道一些物质的性能不错，如HFC-245fa，其分子量与CFC-11接近，因此其在泡中的用量大致与给定密度的CFC-11用量相同。但其沸点较低，因此存储和运输方式及设备混合头要作改进。除此外，HFC不具备爆炸极限，可以作为一种长久的替代技术，由于受产量的限制，其价格非常昂贵，且对于该类物质的评价还在进行，所以近期内替代技术还不成熟，难以普及。

　　作为一种替代技术，戊烷在自结皮发泡领域的应用不断增长，在欧洲极为引人注目。戊烷的分子量为CFC-11的一半，一份重的戊烷相当于两份重的CFC-11，所以作为发泡剂，戊烷的用量较小，但是多元醇的混合液的粘度将增大。在自结皮泡中使用戊烷发泡有很多优点，其结皮效果好，容易加工，价格便宜，且ODP和GWP值几乎为零，可以作为最终替代技术。但是由于它是一种易燃液体，其蒸汽可以和空气形成爆炸性混合物，因此首先要有适当、合理的加工安全措施，即按照戊烷的加工处理步骤对发泡工厂划分潜在危险区和非危险区。对于划定的潜在危险区必须根据我国戊烷安全加工的法规要求制定安全防范措施、装置；对于非危险区也要进行通风监控，以检测戊烷蒸汽浓度。这样的话，投资严格的安全保障措施将大大增加生产成本。

　　采用水为自结皮泡的发泡剂，其优点是显而易见的。水的价格极低、无毒性、无易燃性，水与异氰酸酯反应产生的二氧化碳也不会破坏臭氧层，其ODP值为零，是一种最终的替代技术，但不足之处在于由此形成的泡沐其表面皮层不致密，产品的耐磨性较差。因此需要用模内喷涂技术加以提高产品耐磨性能。同时由于配方中的水含量增高，粘度将增大，需要增加料温降低粘度，保证原料混合性能。另外在模具方面，一般需进行试发泡，且往往有调整排气孔位置和直径的必要，因此加工技术难度增大，但是原有的设备基本可以不作改变。由此可见，全水发泡技术的实用性和应用前景是广泛的，且从原料供应商处得到证实，今后几年中，自结皮泡中将有80%采用该技术。

　　2.3替代技术的选择综合以上分析，结合延锋自身的要求，即产品成本、替代进度及产品质量等综合因素，决定在现有的方向盘产品中用HCFC-141b这一过渡替代技术，这样不仅能立刻替代现有的CFC-1〗，且产品的成本基本维持原有的水平，产品的性能也完全达到原有的质量水平。全水发泡技术将作为自结皮聚氨酯发泡的最终替代技术，并在以后开发的新产品中采用全水发泡技术。

　　3.热熟化聚氨酯发泡工艺的CFCs替代技术3.1热熟化聚氨酿泡的工艺特点延锋生产的汽车后座、后靠产品用了热熟化聚氨酯发泡工艺，产品密度约为25kg/m3，泡孔。

　　结构主要为开孔结构。热熟化聚氨酯发泡工艺的特点是：将聚氨酯原料混合后注人铝制的模具中，发泡后将模具连同制品一起放入180°C的烘箱中进行熟化。在该工艺中为了降低泡制品的密度、提高制品的柔软性，使泡具有较好的孔径结构，过去采用了CFC-11作为辅助发泡剂。

　　延锋目前有3条热熟化生产线，共约70多个工位。3.2替代技术的分析和比较像自结皮泡一样，在热熟化工艺中其替代发泡剂也应具有同样的特点。目前在热熟化聚氨酯发泡工艺中，普遍采用的替代技术有以下几种：采用二氯甲烷替代氟利昂作为发泡剂；用液态二氧化碳替代氟利昂作为发泡剂；用冷熟化发泡技术；各种替代技术的特点分述如下：二氯甲烷替代技术二氯甲烷（MEC）分子量为85，沸点4（TC，ODP和GWP值几乎为零，从成本和沸点等方面考虑，二氯甲烷是最合适的替代品。由于二氯甲烷的成本比CFC-11低，在软泡中使用已多年，随着专用表面活性剂和延迟催化剂等配套技术的开发，MEC发泡技术已比较成熟。但是MEC为低毒，属国际分类二级健康危害品，且还属挥发性有机化合物（VOC），因此对人体危害大，最终将被列人禁用之例。

　　来自工业生产过程中的副产品，因此利用这种二氧化碳作为发泡剂不存在温室效应问题，满足了“零VOC”发泡要求。二氧化碳的运输>储存容易，且价格比CFC-11和MEC便宜，又无毒性。除此外，其生产出的低密度泡沐含较少的含脲键物质，机械性能能得到认可；约25%的预发泡在泡爬升前发生，因此大大改善了泡在模具中流动性，更快填充模腔；对生产区域无特别的保健和安全措施要求；但是它对发泡设备的要求苛刻，因此要更新发泡设备，增加液态二氧化碳的预混装置等。

　　冷熟化工艺是指模具本身带有加热管道，在泡的熟化阶段向加热管道内通60'C左右的热水来完成熟化的工艺。该工艺采用全水发泡，是常用的替代技术，但是模塑发泡的密度一般为3kg/m'1，满足不了我们现有的后座、后靠产品的密度要求。另外，若采用冷熟化工艺，现有的约80付模具将全部报废，重新制造模具的费用将是很大的。

　　综合上述分析，我们发现上述3种常用的替代技术都不适合延锋的实际。我们希望能够充分利用现有的热熟化工艺装置，但不使用有毒的二氯甲烷替代技术。若用液态二氧化碳替代技术，则需要增加液态二氧化碳的预混装置等设备，这也是我们所不希望的。在这种情况下，我们决定在热熟化工艺中用全水发泡，且进行了大量的试验、调研后，决定和DOW公司联合开发，依托其以往在日本的成功经验，‘结合延锋的生产工艺，通过调整配方使产品的性能满足了标准要求。

　　自结皮泡中，在现有产品中采用了HCFC-141b为过渡替代技术；并将全水发泡技术作为最终替代技术用于新开发的产品中。热熟化座椅泡中，利用原有的热熟化生产线，用全水发泡技术。目前，延锋采用替代技术的产品都已获得客户的认可，替代技术已成功用于批量生产中。延锋公司的实践表明，企业依靠自身技术力量，根据企业的实际情况，联合原料供应商，可以在较短时间内很好地完成CFC-11的替代工作。