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氢氯氟烃类化合物类替代发泡体系_氢氯氟烃类化合物沸点

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发表时间:2018-05-19 16:51来源:聚氨酯制品手册

  在研究氯氟烃替代方案的最初讨论中,有些科学家根据臭氧层被破坏的程度和速度现状,主张直接采用ODP值(臭氧消耗潜值)为零的替代品,如环戊烷、某些氢氟烃等的“一步到位”的严厉措施。但根据大量替代化学品的研究、筛选、生产和相应的生产装备等尚不成熟的情况,在全面禁用氯氟烃物质以前,使用ODP值接近零的过渡性替代品的技术方案。


  在过渡性替代品的研究中,氢氯氟烃类化合物(HCFCs)的研究是比较活跃的一类替代品。在分子结构上,HCFCs类化合物虽然和CFCs类的化学结构相似,但HCFCs类化合物含有氢原子,能在较低层大气中与含羟基化合物反应,它在大气中的生存期要比CFCs短得多,大多数HCFCs化合物在到达高层大气前,就可以被分解,因此,它们对大气臭氧层的破坏作用要比CFCs小得多。研究表明:氢氯氟烃类化合物的ODP值仅为CFCs化合物的2%~10%;它们的地球温室效应值(GWP)比较CFCs有大幅度降低。


  许多氢氯氟烃类化合物的沸点与传统使用的CFC-11(一氟三氯甲烷)发泡剂相差不大,因此,可以利用现有发泡设备或稍做改造,就可以投入生产,替代改造设备投资费用少。另外,利用HCFCs发泡技术生产的聚氨酯泡沫体性能良好,尤其是它的绝热性能,与CFC-11体系相差无几。因此,这种过渡性替代品,很受生产厂商的欢迎。目前,以美国为代表的许多工业先进国家,在要求优异绝热性能的制冷设备中采用的硬质聚氨酯泡沫体,主要使用HCFCs类化学品中的一氟二氯乙烷(HCFC-141b)替代发泡体系作为过渡性CFCs替代品。在此必须指出的是,这类物质仅仅是短暂过渡期中使用的替代品。由于HCFC-141b和其他HCFCs类化合物一样,在分子中含有氯原了,对地球上空的臭氧层仍具有破坏作用,ODP值不等于零。在替代CFCs的HCFCs化学品中,筛选的品种很多。但目前似乎主要集中1,1,1-三氟-2,2,二氯乙烷(HCFC-123)、1,1,1-氟二氯乙烷(HCFC-141B)、二氟一氯甲烷(HCFC22)等少数几个品种上,其与CFC-11的物性对比见下表。


主要HCFC和CF-11物性对比.png


  由上表可知,这三种氢氯氟烃类化合物的气相热导率币CFC-11高约13%~60%,故使用这三种HCFCs的发泡体系的泡沫体其绝热性能币CFC-11差;HCFC-22在室温下是气体状态,在发泡工艺和设备上都将要做较大的变动,而HCFC-123和HCFC-141b的沸点与结果表明:HCFC-123具有较大毒性,其入选的可能性下降,虽然在这3种HCFCs替代化学品中,HCFC-141b最具吸引力,但由于HCFC-141b的ODP值和GWP值(全球变暖潜能值)与保护大气臭氧层的要求仍有较大的差距,美国和欧洲各国拟订法规,禁止HCFC-141b直接排入大气。对HCFC类化合物的筛选工作,仍然还要许多工作要做。


  在氢氯氟烃类化合物替代化学品中,替代的工业性试验相对简单,国外许多聚氨酯产业公司,都相继对HCFCs类化合物制备聚氨酯硬质泡沫塑料做了许多有益的探索。


  下表使用HCFC发泡体系和CFC-11发泡体系泡沫性能对比。


HCFC与CFC-11发泡体系性能对比.png


  HCFC-22是早已工业化的化学品,来源广,价格低。它具有不燃、低毒、热导率较低和ODP值较低的性质,同时,它还能与各原料组分极好的互溶,对聚醚多元醇有独特的亲和力。将它加至聚醚多元醇组分中,能有效地降低该组分的黏度,其作用与CFC-11相似。另外,使用该替代品还有一个优点,由于HCFC-22的沸点比CFC-11低得多,它制备的硬质泡沫塑料,其泡孔结构中的HCFC-22在低温使用的情况下,仍能保持气体状态,而不会出现其他气体发泡剂的冷凝现象,因此,使用HCFC-22制备的泡沫体具有较好的绝热性能。但同时,由于HCFC-22在室温下为气体,给替代工作也带来了许多麻烦,对加工设备和发泡工艺条件等均需作较大的变动,如必须增加预混合耐压容器,耐压输送泵,静态混合器,物料的计量、混合装置以及传感、控制系统。为克服上述替代实验中的困难,许多公司试验采用它和其他发泡剂掺和使用的办法,如使用HCFC-141b或HCFC-123等与CFC-22掺混,以达到降低组分的蒸汽压力,提高它们和聚醚多元醇组分的相溶性,并在一定程度还能使泡沫体的热导率有下降。


HCFC-22与其他HCFC的掺合发泡试验.png


  为降低HCFCs发泡体系泡沫体的热导率,提高材料绝热性能,通常采用为它们研究开发的新型聚醚和相应的配合剂,如奥佳斯有机硅公司的L6900、Y-10733等新型聚硅氧烷类表面活性剂和新型多元醇聚合。有时,在配方中加入适量(4%~9%)的炭黑粒子,也有利于泡沫体绝热性能的提高。从目前情况看,虽然诸如HCFC-141b,作为第二代CFCs的替代品,在目前聚氨酯硬泡中使用较多,但其主要用于硬质泡沫体和对绝热性能要求不高的场所,当前,对它的应用和研究欧洲较为深入,而在美国,由于1993年开始执行家电能源消耗新标准(如对电冰箱要求比原来大于20%)并且在以后逐渐提高节能标准的形势下,对泡沫体绝热要求将越来越高,因此,使用HCFCS类替代品生产的聚氨酯硬质泡沫塑料,因绝热性能达不到要求也逐渐被淘汰。


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