聚氨酯原料环保问题分类解决方法

聚氨酯原料环保问题分类解决方法

《聚氨酯》2007年09期

胡忠伟

聚氨酯（PU）是一种重要的合成材料，性能范围宽广，产品种类繁多，用途广泛。其涉及的环保问题也是多方面的，现择其要点，作一简述。

一.异氰酸酯

异氰酸酯是PU的基本原料，种类繁多，但最常用是TDI和MDI，它们对人体有严重危害，主要是在作业环境中的散发和制品中的残留物的散发，被吸入体内或是接触皮肤、黏膜造成伤害。由于异氰酸酯在PU生产中尚不可替代，只能采取适当的安全和环保措施，主要是：

1.制订严格的环保标准，采取有效的措施（例如，尽量减少敞开操作环节，防止泄漏，有效的通风，现场环境中异氰酸酯含量的检测和警示，作业人员的职业防护措施等），使异氰酸酯在作业环境中的散发量被限制在一个相对较低的水平。

2.采用合理的配方与工艺，包括必要的后处理，使制品中异氰酸酯的残留量控制在很低的水平。

3.近年来，以MDI替代TDI的配方及工艺技术受到人们的日益重视，并取的了很大的进展。MDI的应用范围不断扩大，甚至在TDI的一统领域大块软泡方面，也有了许多成功的应用实例。除了工艺和性能方面的因素外，环保方面的原因是强大的推动力。众所周知，MDI 较TDI的挥发性要小得多，相对而言，有利于环保。

本行业已积累了大量有关异氰酸酯安全与环保方面的知识和经验，相应的规范和对策也较完善。大型的异氰酸酯生产厂商，对责任关怀日益重视。这一切，为较安全地使用异氰酸酯创造了有利条件。异氰酸酯散发后，将与大气中的水分起反应而被破坏，生成胺与二氧化碳。异氰酸酯的环保问题主要是对局部环境而言。目前国内聚氨酯行业中，不同程度地存在对异氰酸酯安全与环保不够重视的现象，投入不够，措施不得力，未能严格执行有关的安全与环保规范，是令人担忧的问题。

二. 氯氟烃（CFCs）的替代

CFCs（F11、F12等）破坏大气臭氧层，严重威胁地球生物的安全。对于逐步淘汰CFCs、以对环境友好的物质来替代这一问题，已形成了国际共识，并签订了有关的国际公约。由于及时采取了有效措施，事态已有了好的转机。但要完全恢复已遭破坏的臭氧层，还要经过长期不懈的努力，这方面的环保任务可谓任重道远。

聚氨酯工业是CFCs的大宗用户（作为发泡剂）。被环保一票否决的F11，在其他方面的很多优点是替代品难以达到的。因此，CFCs的替代难度很大。近十余年来，聚氨酯行业为CFCs的替代做出了艰苦的、巨大的努力，付出了高昂的代价，因为涉及到配方、工艺、产品性能、成本等重要因素，对聚氨酯工业来说，有如伤筋动骨。尽管如此，这一势在必行的工作，还是取得了很大的成功。一批替代品已经推出，各类产品的替代路线也已基本确定。大致情况如下：

1.软质聚氨酯泡沫

软泡主要以水为化学发泡剂，传统上以F11为物理发泡剂。替代品目前以二氯甲烷为主。然而，二氯甲烷仍有一定的破坏臭氧的潜能（ODP≠ 0），只不过较F11 的ODP小而已。近年来，以二氧化碳为物理发泡剂的技术日臻完善，并已陆续投入了工业应用。二氧化碳的ODP＝0，属于最终替代物。在考虑替代方案时，还必须兼顾GWP（使地球变暖的潜能）这一重要因素，即直接与间接产生温室效应气体的量，主要是二氧化碳，这是一笔总账。当然，GWP相对较小的替代方案应予优选。以二氧化碳为物理发泡剂完全符合这一原则，这里所用的二氧化碳只是其他工业过程的副产物，属于再利用。近年,还开发了变压发泡、强制冷却发泡等软炮生产新工艺，也是环保方案的一部分。

2.硬质聚氨酯泡

硬泡的CFCs替代是分步进行的，先是以HCFC-141b（较F11的ODP小得多）作为过渡性发泡剂，发达国家已于2003年停止使用，我国目前仍在使用，国际公约允许发展中国家的替代进度可以稍缓一些。烃类发泡剂（环戊烷等）价廉易得，但制品导热系数偏高，且易燃，必须有可靠的安全措施，增加了应用的麻烦。这一路线目前在欧盟、日本应用较多，我国也有应用。当初是与HCFC-141b 路线几乎同时起步的，环戊烷的ODP为零，GWP也远小于HCFC-141b，被认为是一种更有利于环保的替代方案。美国对挥发性有机化合物（VOC）的散发控制较严，环戊烷等属VOC，故对该路线一直持慎重态度。

氢氟烃（HFC）是较理想的最终替代物（ODP=0，GWP 很小），但真正能全面符合要求的，也只有其中的极少数几种。其预判、合成、筛选、毒性试验、中试、工业化等一系列的工作，十分繁杂和费时。值得庆幸的是，业内人士期盼已久的HFC类替代品终于面市了，主要是HFC-245fa、HFC-365mfc，在具体应用上还包括各种HFC 类物质（例如HFC-227ea 等）的混配，以达到最佳效果。3.自结皮聚氨酯泡沫

自结皮泡沫与以上两类泡沫相比，其量要小得多。其替代路线与硬泡相仿，即由HCFC（141b、22）、烃类（环戊烷等），再到后来的HFC类（365mfc等）。应当说明，HFC中的134a 是早就有的，其在自结皮泡沫上的应用也较早，但由于其常温下为气体（沸点-26.5℃），使用极为不便。现在有了新型的HFC 类（包括HFC 类的掺混），当然就比较理想了。

自结皮泡沫的替代路线中，有一种是水发泡。与前述的软泡与硬炮不同，以往的自结皮泡沫生产工艺中并不用水为化学发泡剂，因为难以形成皮层，并且存在诸多工艺上的困难。CFCs的环保问题促进了对水发泡自结皮的研究，并取得了成功。该产品与传统意义上的自结皮产品虽然有所不同（皮层较薄），但在很多方面的应用效果很好。前面曾提到，根据国际公约，发展中国家在CFCs 的替代进度方面，允许有一个宽限期。但由于经济全球化进程加快，我国参与国际经济分工与合作的步伐加快，促使CFCs 替代的进度也必须跟上。否则，将面临贸易上的环保壁垒，致使许多与此相关的产品（例如冰箱、多种汽车零部件等）不能出口。因此，我们必须从大处着眼，加快替代的进度。

三．挥发性有机化合物（VOC）

VOC种类繁多，对人体与环境的危害程度有很大区别，有的潜在危害性尚未被完全认识，情况比较复杂。近年来，人们对这个问题日益重视。聚氨酯与VOC 关系密切，其环保措施主要有下列几个方面：

1.溶剂型产品的改进