聚氨酯氯氟烃发泡剂 替代技术概述(续)
陈志洁
硬泡全水发泡 技术
水发泡的原理是水与多异氰酸酯反应生成CO2，CO2留在泡孔中作为泡沫塑料的发泡剂。该体系ODP值为零，
无毒、环保、工艺简便、对设备无特殊要求、成本低，是CFC-11替代的一条重要路线。
全水发泡的PU硬泡可用于非绝热用途，如高密度结构泡沫塑料(仿木材)、包装材料、填充材料等，以及少数
绝热要求不高的绝热材料如喷涂绝热硬泡、金属饰面夹心板材，用于管道保温、建筑材料、汽车内饰材料、水加热
器保温层等。
在常规发泡体系中，物理发泡剂具有溶剂稀释效应，能大幅降低泡沫物料的粘度，有利于各组分的混合，可采
用高粘度聚醚多元醇。而全水发泡体系没有物理发泡剂加入，须采用较低粘度且能与水、助剂良好混溶的聚醚多元
醇。在制备低密度硬泡时，由于用水量较大，造成泡沫脆，强度、尺寸稳定性、绝热性能差，且消耗较多的多异氰
酸酯。
泡沫塑料的导热系数高是全水发泡技术的主要缺点。25℃时CO2的热导率高达16.3mW/m·K，较CFC-11及其
它替代物高。CO2气体分子小，易穿过聚氨酯硬泡的泡孔壁而逸出，造成泡孔内压降低，空气慢慢渗入泡孔。而空
气的热导率是27mW/m·K。因此，全水发泡聚氨酯硬泡的绝热性能不佳，不能用于对绝热性能要求高的场合。如欲
得到相同的隔热效果，CO2发泡体系的泡沫体厚度须提高30%以上。另外，CO2从泡沫孔向外扩散的速度比空气进
入泡沫孔的速度快10倍，为防止发泡收缩，聚氨酯的密度也必须提高，成本也因此大幅提高。但经配方改良，可
使硬泡密度适当降低。
全水技术近年来得到了长足发展。Bayer公司的一种全水发泡冷冻集装箱用硬泡体系模塑泡沫密度为65kg/m3，
压缩强度为350kPa、粘接强度为0.65MPa，泡沫导热系数为25mW/m·K；Dow欧洲公司利用特殊聚醚多元醇，全水
发泡生产具有金属饰面的泡沫夹层板；Huntsman聚氨酯公司开发的一种全水发泡管道保温聚氨酯泡沫塑料组合聚
醚Daltofoam 44204的指标为：压缩强度≥260kPa，闭孔率90%～92%，导热系数约27mW/m·K，吸水率约1.5%，
高温（120℃、48h）尺寸变化率1.0%，低温（-30℃、48h）尺寸变化率≤0.2%。国内已有多单位开发该技术。许
多汽车内饰材料、保温管材、高密度泡沫制品及建筑板材生产也采用全水技术。
软泡全水发泡 技术
通过提高水的用量降低泡沫密度，以少用或不用辅助发泡剂是软泡生产满足环保要求的理想途径。但单纯提高
水量增大了泡沫烧芯的可能性，并造成材料物理性能下降，如泡体僵硬、弹性差和耐疲劳性下降等。可通过下列途
径改善：
①采用软化添加剂 生产密度高于23kg/m3的泡沫塑料，添加软化剂可完全取代辅助发泡剂对泡体产生软化
作用，可通过增大水量以保持泡沫体密度不变。生产密度低于23kg/m3的泡沫塑料时，使用软化添加剂可减少辅助
发泡剂的用量。
②采用新型改性聚醚多元醇 通过改进聚醚多元醇的结构，采用高水量、低异氰酸酯含量的发泡配方，可在
不用或少用辅助发泡剂的条件下生产低密度泡沫塑料。
③采用快速熟化工艺 生产高水量块泡的最大困难是泡沫熟化期间的散热问题，采用快速熟化装置，利用正负
变压方法使冷空气迅速穿过泡沫体，可将泡沫快速冷却至安全温度。该装置可与水平发泡机和垂直发泡机配套使用。
液体二氧化碳发泡 技术 (LCD)
该技术的优点是采用液态二氧化碳作为发泡剂，既保护环境，又降低成本，是一项很有前途的替代技术。但使
用该技术生产的泡沫密度有局限，一般为14～22kg/m3。使用LCD设备生产软质泡沫也不能添加固体粉料。
液体二氧化碳发泡技术采用高压发泡设备以实现精确计量和充分混合，适用于软泡连续生产线。为防止液态二
氧化碳在发泡物料吐出时剧烈气化，物料要先经过一个装置再平稳流出。在这个装置中控制二氧化碳形成的气泡尺
寸并与物料进一步充分混合。该类设备有圆形孔筛板组、方形孔筛板组和门栓3种形式，筛板孔径和门闩缝隙均在
100～150μm。英国Beamech公司、德国Hennecke公司和意大利Cannon公司均生产此类设备。我国有20家软质聚
氨酯泡沫塑料生产厂利用多边基金赠款采购了LCD设备。
变压发泡 技术 (VPF)
在软质聚氨酯泡沫生产中，通过控制发泡环境压力，不用任何辅助发泡剂就能生产各种密度的泡沫制品的技术
称为变压发泡技术。变压发泡技术生产的泡沫密度范围一般在10～80 kg/m3，工作压力控制在-0.05～0.05MPa（表
压）。
该技术最初应用于软泡连续生产线，通过分段控制，周期切换密闭的成型通道内系统压力，从而实现水平连续
发泡。美国Foamex公司作为使用方与英国设备制造商Beamech公司合作开发的变压发泡连续生产线已成功使用多
年。由于该设备体积庞大，控制系统复杂，因而价格较高。采用变压发泡连续生产线，生产规模应在１万t/a以上。
该设备优点是连续生产、产量大、效率高、生产中产生的头尾泡沫占总体泡沫比率小，原料利用率高。
近年来该技术已扩展至间歇变压（VPF）箱体法，与变压发泡连续生产线相比，间歇式设备大大简化，投资不
大，缺点是产量较低。国外OMS公司、Beamech公司、Hennecke公司均有间歇箱体变压成套设备出售。北京福奥盟
化工技术有限公司2003年开发研制了此类设备，现已商品化。国内尚有数家企业正在研制半连续聚氨酯软质泡沫
真空发泡生产线设备，有的已投料试车，试制设备箱体长度一般为60m以上，为了减少头尾泡沫占总体泡沫比例，
有加长箱体的趋势。该类设备与原普遍使用的水平生产线设备有很多相同之处，泡沫截面尺寸也基本相同，主要区
别在于箱体内要保持一定的负压。这类设备产量较大，适合一般生产厂家要求，但头尾泡沫占总体泡沫比例较大，
原料利用率偏低。(全文完)