聚氨酯泡沫日渐环保

http://ipi.sooq.cn 2007年02月02日塑料物料技术

       随着几乎完全转向“更清洁”的发泡剂，目前优先考虑的是调整发泡配方，以获得最佳性能和成本

        聚氨酯发泡行业已经大部分转向使用“更清洁”的发泡剂，目前主要是致力于优化配方，使生成的泡沫更易加工，成本更低。在现在这个时候，行业受到前所未有的材料和能源价格上涨的冲击，使后一个目标尤其具有挑战性。替代发泡剂也有自己的性能难题需要解决，如系统相容性、流动性、绝缘值和尺寸稳定性等方面。

Oxid公司的新型高功能聚酯多
元醇可以微调HFC-245fa硬
喷涂配方，生成尺寸稳定、
一级防火的泡沫，用于墙面
隔热保温。

        “生态环保”聚氨酯（PUR）配方在满足市场性能要求的同时成本降低，这是最近在休斯敦召开的聚氨酯2005年技术展览会重点关注的焦点，这次会议由聚氨酯工业联盟发起。

        许多报告谈到建筑用硬泡材料，其目标是在保持性能的同时降低发泡剂成本和泡沫密度。发言者讨论了致力于达到这些目的的新型多元醇和表面活性剂。提升至通用板材层压机承诺可获得更短的维修停机时间。

        汽车行业新发展包括最新的模内喷涂聚氨酯制皮技术，和新型不挥发添加剂，可显著降低汽车座椅生产时和生产后的挥发性有机化合物。

        另外也讨论了创新的模块式工具系统，它使冷藏和冷冻箱的生产成本更低，灵活性更高。

        发泡剂最新进展

        目前几乎所有主要硬泡行业都完成了向臭氧损耗潜能值（ODP）为零的发泡剂的转化，大多数都依赖HCFC-141b作为主要的第一代替代物，来替代目前禁止的全氯氟烃（CFCs）。

        目前主要的发泡剂包括氢氟烃—主要是HFC-245fa（$4/lb），以及在较少程度上HFC-134a（$2/lb）。它们通常用水量较高，可与二氧化碳共发泡。第二类主要发泡剂是碳氢化合物—异戊烷、正戊烷和环戊烷（50￠至60￠/lb）。也有更新的Foam Supplies公司提供的以甲酸甲基为基础的Ecomate，可单独供应或提供共混物，价格和戊烷在同一价格范围。据说Ecomate的绝缘性在高性能HFC-245fa和戊烷之间。

亨斯迈先进材料中心的研
究表明异戊烷/正戊烷共混
物与广泛使用的环戊烷/异
戊烷共混物相比，产品具
有更高的抗压强度，且成
本更低。

        HFC-245fa以Enovate 3000为商品名，北美唯一的生产商是霍尼韦尔公司（Honeywell International），它在灌注产品隔热保温（冰箱和热水器）方面占主导地位，在墙、屋顶、容器和温泉浴室用硬喷涂发泡保温方面也处于领先地位。

        在对成本更为敏感，主要应用于屋顶的聚异氰酸酯（PIR）板材隔热保温领域，已经转向使用戊烷。

        整体转变的一个例外是金属面发泡板，它仍允许使用ODP值较低的HCFC 22和142b，联邦环境保护局（EPA）的目标是在2010年前终止使用。行业统计数据仍主张，尽管HFC-245fa也是一种候选材料，但基本上使用戊烷，这个行业已经发生了显著变化。

        这次会议上，Foam Supplies公司报道其Ecomate产品，在过去四年里已应用于饮水机和大型冷却器的隔热保温，现在又开发了新用途，用于灌注领域，如门板的生产。公司与某些大型多元醇和表面活性剂供应商共同努力，发现了在其它硬泡行业的应用潜力，如在板材中替代戊烷；用于顾虑HFC-245fa成本的喷涂发泡；也许甚至能用于更保守的电器行业。

        据公司介绍，Ecomate具有高溶解性、低分子量、较高的发泡效率和低挥发性，用量可低于HFC-245fa和HCFC-141b。例如，一个HCFC-141b用量为15%的系统可能只需要5%至6%的Ecomate就可以获得同样的密度。

        不论使用哪种发泡剂，了解在加工过程中发生了什么变化都是发泡配方设计师最为关心的。“找出有多少发泡剂在聚合物基体中，有多少保留在泡孔中对于配方的优化非常关键，也是泡沫性质的决定性因素，”Mary Bogdan解释道，他是位于纽约州水牛城（Buffalo）的霍尼韦尔研究实验室Enovate技术服务和应用集团的首席科学家。

        霍尼韦尔的研究员确定目前还没有单一的分析技术可以很容易地定量发泡剂在聚氨酯泡沫中的分布。因此，他们正在研究一种实用经济的方法来确定发泡剂在聚合物和泡孔气体中的含量，以及发泡反应时发泡剂的排放量。

        最佳屋顶板

        根据亨斯迈先进技术中心（Huntsman Advanced Technology Center）的研究结果，PIR板材制造商有机会通过选择使用戊烷发泡剂，在保持并增强性能的同时降低成本。在最初不使用氟氯烃（HCFCs）时，许多PIR板材制造者选择80/20环戊烷/异戊烷混合物。亨斯迈的研究人员研究了改变戊烷组分对PIR板材关键性能标准的影响，正如ASTM C1289 2001版所定义的一样，与1998版相比，它对厚度方向的最低抗压强度和板材的尺寸稳定性提出了更严格的要求。

        用七种发泡剂组合测试了配方：80/20环戊烷/异戊烷；100%异戊烷；70/30异戊烷/正戊烷；30/70异戊烷/正戊烷；100%正戊烷；64/28/8异戊烷/正戊烷/异丁烷；以及73/19/8环戊烷/异戊烷/异丁烷。

        结果显示全异戊烷或者富含异戊烷与正戊烷的混合物都具有在保持或增强性能同时节约成本的最大潜力（如图）。据研究人员介绍，由于异戊烷和正戊烷的价格比环戊烷低很多，可以降低成本。另外，抗压强度和尺寸稳定性的数据指出单独使用异戊烷或者异戊烷作为主要成分与正戊烷共混，制成的板材在满足结构、隔热保温和耐火要求的同时，具有更低的泡沫密度和更低的成本。

        墙用阻燃喷涂泡沫

        HFC-245fa是最合理的用于内墙喷涂隔热保温的“清洁“发泡剂，因为它不象戊烷或气态HFC-134a的那样需要昂贵的设备改进。不过245fa向配方设计师提出了三顶关键挑战，而这些对于HCFC-141b是不成问题的。第一，它较低的沸点（低于60F）会引起材料处理和圆筒中蒸气压力问题。第二，相对于HCFC-141b，不含氯和较高的碳氢含量减弱了其耐火性能，使其很难通过防火一级（4英寸厚）。第三个劣势就是其较高的成本。

        针对这一权衡比较，Oxid L.P.公司的研究人员计算出怎样使用高功能多元醇混合物来微调HFC-245fa聚氨酯喷涂配方，以获得尺寸稳定的一级防火墙用隔热保温泡沫。在一系列研究中，Oxid公司把HFC-245fa的填充量限制在总树脂共混料的8-9%（通常为12-15%），剩余的发泡剂用水代替。这样解决了蒸汽压力问题，但由于异氰酸酯/水反应生成大量的二氧化碳，牺牲了尺寸稳定性。通过使用最新开发的具有更高功能性的聚酯多元醇，允许在多元醇总混合物中聚酯含量更高，因而研究人员能够降低水含量。

        Oxid公司的新型Terol 256和925聚酯多元醇可生产尺寸稳定、一级防火（4英寸）泡沫。当树脂中聚酯含量超过42%，水含量低于2%时可获得最低的烟雾不透光度。研究人员发现Terol 925由于具有较高的功能性，填充量甚至有希望高达45%。

        新型应用表面活性剂

        据报道GE Silicones公司的新型硅胶表面活性剂可以改善以ODP值为零的发泡剂发泡的冰箱和热水器灌注硬泡。例如，我们看到新型Niax L-6952可以使HFC-245fa泡沫的流动性和隔热保温性能最大化。

        GE公司的研究人员也提到戊烷发泡泡沫，因为戊烷越来越普及—尤其是在欧洲—这主要是由于其相比HFC-245fa，较低的成本和更小的全球变暖趋势。我们发现新型Niax L-6885在环戊烷发泡泡沫表现最好，可以提高流动性、隔热保温性能，和溶解性—一个使用戊烷经常遇到的难题。目前发泡剂还在试验异戊烷和正戊烷，它们两种的树脂相容性都比环戊烷差，为此GE公司开发了Niax L-6889，它可提供更高的戊烷溶解性能。

Hennecke机械公司泡沫
板材层压机的一种最新
升级是液压混合头，比
以前型号所需清洗频率
更低。

        高性能层压机

        拜耳（Bayer）旗下的Hennecke机械集团报道了其板材层压机的最新进展，近十年来它在北美地区已得到广泛应用。据Hennecke公司介绍，它的特色是以两台交流发动机，而不是一台来驱动两根传输皮带。这一改变减少了机械部件，如偶合器和齿轮箱的数量，从而减少了维护。

        为了对抗小块泡沫常见的聚集，它在生产时会破坏板材边缘，在层压皮带下变得更紧密，Hennecke公司在机器的两边沿底边添加了新的出渣门。门可以在现场根据现有层压机翻新改进。

        Hennecke公司也有一种新型液压混合头，与标准弹簧头或气动型号相比，所需操作维护最少。目前操作者可以在注射器清洁间进行多次灌注，灌注开始和完成快速清洁。在不灌注时，新型混合头再次循环化学品。

        喷涂制皮新发展

        巴斯夫（BASF）公司、Linden公司（Linden Industries）和Cannon公司展出了最新的聚氨酯喷涂制皮设备和材料，生产的产品具有弹性体皮层和刚性/柔性泡沫型芯。他们聚焦于“软皮”汽车用途，如控制台、仪表板、仪表盘和内饰门板，聚氨酯是除PVC、TPU和TPO以外的另一选择。

        瑞士Isotherm公司的新型喷涂制皮设备（最新由Linden公司提供）已经用于制造医药垫和拖拉机座椅衬垫。Linden公司目前致力于把此设备用于汽车内饰件，因为它允许超薄均匀的皮层喷涂，最薄可达0.3至0.4mm，产量低至10g/sec。

        喷涂制皮技术的最新发展是取代高压计量设备 — Isotherm公司的PSM 90和PSM 3000—用于低压混合。自清洁高压混合头因为每次灌注后无需溶剂冲洗，提高了生产率。

        Cannon公司的新型喷涂制皮系统把聚氨酯弹性体喷入受热开口模具，让成品部件具有皮制外观和感觉。机器为紧凑型单框架设计，包括受压日槽、带磁力连轴器的径向活塞泵、带体积流量计和变频驱动的闭环控制、低压和高压化学过滤器及流量速率显示。

喷涂制皮聚氨酯弹性
体技术可以生产带聚
氨酯皮层的汽车衬垫，
它能够挑战其它面层
材料，如PVC、TPU
和TPO。

        Cannon公司液压混合头为自清洁高压型。装在混合头上的还有一根棒、喷嘴和用于溶剂清洁棒及喷嘴的冲洗盒。棒允许喷入仪表盘上很深的切槽内。
        Cannon公司的另一新产品是附加注射系统，允许根据需要在混合头引入多股颜料流。它可提供第三种组份的实际上瞬时注射。操作者可以在一个模具上喷上一种皮层颜色，然后在下一个模具加上另一种不同颜色皮层。Cannon公司的实现途径是：在需要着色剂时瞬间降低多元醇和异氰酸酯的流动速率，然后在着色剂不再需要时，把组份的流动速率重新恢复正常。

        巴斯夫公司报道了其Elastoskin芳香族聚氨酯弹性体，它是一种100%固体双组份系统，在喷涂喷嘴前立即混合，随后马上开始反应。如果是喷在热模具上，60秒内就可以脱模。Elastoskin在低硬度下具有较高的拉伸强度，低温感觉始终如一。它已经被用于别克（Buick）、奥兹莫比尔（Oldsmobile）和卡迪拉克（Cadillac）等车型的仪表板和门板，大多数情况下成本低于聚氯乙烯和其它皮层材料。

        “不挥发”添加剂

        聚氨酯添加剂供应商面临挑战，要为汽车和其它工作用途提供低挥发或不挥发的添加剂。空气化工产品公司（Air Products and Chemicals）报道了其不挥发的催化剂和表面活性剂，用于汽车座椅和其它用途的高回弹成型泡沫。新型Dabco NE 1070和NE 300催化剂是相对常用叔胺的另一种选择，许多叔胺在特定条件下会挥发。空气化工产品公司使催化剂功能化，与异氰酸酯反应，共价接合在聚合物网络上，这样催化剂在成品中就不会挥发。空气化工还通过较高的分子量和极性，降低了催化剂的气味和挥发性。

        通过一种创新的不挥发硅胶表面活性剂Dabco DC 6070，这些催化剂的性能得到进一步增强。据报道包含这两种产品的高回弹泡沫其总体挥发量显著降低。不过研究人员发现用这种新型催化剂生产的TDI泡沫，其湿老化物理性能只能勉强满足OEM技术要求。于是又开发了XF-U13015，据报道这种添加剂可以让热老化和湿老化性能重新满足技术要求，也显著提高了撕裂强度和压缩变定。这种新型添加剂将很快商业化。（完）

发泡剂　板材　保温　催化剂　表面活性剂