刘军 徐业峰
（山东东大聚合物股份有限公司 淄博 255028）
一、概述
随着世界经济和社会的发展，人类活动对环境的干扰破坏日益严重。其中氟里昂（CFCs）等消耗大气臭氧层物质对大气臭氧层的破坏，导致紫外线照射增强并威胁到人类及其他地球生物的生存，是目前人类面临的最为严重的环境问题之一。从2005年开始，保护臭氧层行动进入履约关键期。按照《蒙特利尔协议修正案》及国家CFC替代计划，我们面临着主要消耗臭氧层物质到2005年削减50％、到2007年削减85％、到2010年削减到零这一目标的挑战。
在聚氨酯泡沫业废除CFC-11，对不同的泡沫采取的不同的办法。主要的替代物类型有：HCFC(氢氯氟烃)、HFC(氢氟烃)、HC(烷烃)、液态CO2或水。在聚氨酯泡沫发泡剂所有CFC替代品中，不同的候选物其主要特性如工艺性(沸点等)、绝热性能(气体热导率)、是否易燃、价格、毒性，各有其优势和不利之处。采用替代发泡剂，除考虑发泡剂本身的性质，一般还需对聚醚多元醇、匀泡剂、催化剂等原料体系进行适当的改善，使配方体系达到优化。
在CFC取代初期，尽管有人主张一步到位，采用ODP 值为零的发泡剂如用作制冷剂已商业化的气态HFC、有易燃易爆性的戊烷等，但经过选择研究，综合物理性能、发泡工艺特性和价格，不少泡沫厂倾向于采用对其长期性能了解最充分的HCFC-141b作为一种过渡的替代发泡剂。HCFC-141b常温下是液体，沸点比CFC-11略高，发泡工艺特性与CFC-11相似，相对于气态的HFC如HFC-134a或液态的可燃性戊烷类发泡剂来说，工艺操作上比较方便，可以在CFC-11发泡的生产设备上使用，无需对CFC-11发泡设备进行改造。另外从泡沫塑料的物理性能方面考虑，在所有的CFC替代候选物中，HCFC-141b的气体热导率相对较低，与泡沫的两大主要原料多元醇和异氰酸酯相溶性好，泡沫性能与CFC-11的相近。在不增加设备的条件下HCFC-141b是太阳热水器生产厂家的最佳选择。
山东东大聚合物公司从HCFC-141b体系泡沫物性、体系各组分的相容性、稳定性、发泡加工工艺特性等方面入手，着手研制HCFC-141b发泡体系，并在太阳热水器生产中取得了一定的应用效果。
二、实验
1 .主要原材料
聚醚多元醇、泡沫稳定剂、叔胺催化剂、金属类三聚催化剂、HCFC-141b、异氰酸酯
2 .基本配方
A 组分
原料名称 质量份数
聚醚多元醇 100
匀泡剂 1.5－2.5
叔胺催化剂 1.0－3.0
三聚催化剂 1.0－2.0
HCFC-141b 20－25
B组分
异氰酸酯 指数1.05
3.实验方法
按配方称取除异氰酸酯以外的各组份于聚乙烯烧杯中，搅拌混匀，调温至20±0.5℃，然后迅速定量加入恒温到20±0.5℃的异氰酸酯，快速搅拌7秒钟后，用秒表计时，记下乳白时间（CT）、凝胶时间（ST）、脱粘时间（TFT）。试验主要是为了确定基本配方中的聚醚、催化剂和匀泡剂等原材料，对发泡原液、发泡工艺和泡沫性能的影响。试验在环境温度为20--25℃下进行，电动搅拌最大转速为5000转/分。
三、HCFC-141b型组合聚醚性能及泡沫性能
HCFC-141b型组合聚醚物理性能、反应性能及其泡沫性能分别示于表1、表2、表3。
表1组合聚醚物理性能
物理性能 指 标
外 观羟值 mgKOH/g动力粘度（mPas，25℃）密 度 （g/m3，20℃）贮藏温度 ℃贮存期 个月 淡黄色透明粘稠液体350±50500±501.12±0.0515-25≥6
表2组合聚醚反应性能
反应性能 手工发泡 低压机发泡 高压发泡机
乳白时间（s） 15-20 5-10 8-10纤维时间（s） 60-80 25-45 55-65脱粘时间（s） 80-110 50-70 70-90自由泡密度（kg/m3） 33－36 33-35 32-34
注:组合聚醚、异氰酸酯料温均为20℃
表3 HCFC-141b泡沫性能
检验项目 单 位 指 标
表观芯密度 kg/m3 42－50压缩强度 kPa ≥170导热系数 W/m.k ≤0.022闭孔率 % ≥90尺寸稳定性 （100℃ 24h） % ≤1.5（-20℃ 24h） % ≤1.0
四、建议的发泡工艺条件
根据国内目前的现状，从组合聚醚的工艺性能和泡沫性能两方面考虑，我们认为太阳热水器的发泡工艺应具备以下条件：
1、温度
环境温度：以15-35℃为宜，
A、B料温度：高压发泡机20±2℃，低压机40±5℃。
2、模具（夹具）
发泡过程中，如何保持水箱外桶不变形、内桶不偏心历来是个受人关注的问题，模具是一个很重要的因素。聚氨酯在发泡过程中产生的压力为0.5-1.0Kg/cm2，水箱在承受发泡压力时，易发生变形，这需要有内外模具来承载压力，模具应具备足够的强度。根据太阳能热水器构造的实际情况，可向内桶充入压缩空气使内桶承载一定的压力。
模具温度应控制在40±5℃，以便泡沫迅速熟化，将成型收缩率降至最小。
3、发泡设备
彻底淘汰原始的手工发泡方式，改用浇注机发泡，有条件的厂家可用高压浇注机。聚氨酯发泡时，A料和B料在发泡机混合室内停留的时间是很短的，一般只有几分之一至几秒，混合效率是一个很重要的因素。黑料和白料混合均匀，泡沫的泡孔细密、导热系数低、保温效果好。
4、模压泡充填。
解决泡沫收缩问题的最佳方案应是采用模压泡填充，将目前普遍采用的多次浇注自由发泡改为一次浇注过量填充，过填充率一般为10－15%，确保在泡沫凝胶之前填满，彻底消除凝胶之后形成的不良泡沫。
5、开模时间
温度是影响热水器开模的重要因素。温度包括环境温度和模具温度。温度高，开模时间短。太阳能热水器发泡后一般10分钟左右开模，在实际生产过程可根据温度、过填充量、保温层厚度适当延长或缩短开模时间。
6、熟化
仿效冰箱冰柜的做法，发泡料浇注后，将桶体移到40-60℃的加热烘道中，在较高的环境温度下快速完成熟化过程，促使泡沫结构稳定减少收缩发生的机会。如果没有条件，开模后的桶体应在温度25℃以上的环境中进行熟化8小时以上，然后移至温度较低的地方（如成品库）。为了保证产品质量和泡沫性能，建议各生产厂家建立太阳能熟化区。
五、结论
通过多家用户低压和高压发泡机发泡试验及批量生产证明，我公司生产的HCFC-141b型组合聚醚具有优异的工艺性能，极佳的制品性能，完全可以在我国太阳热水器行业中推广使用。
