聚氨酯泡沫材料发泡剂研究进展

山　东　化　工

收稿日期：２０１８－０７－１２

基金项目：校级项目（２０１６－ＤＣＸ－Ｘ－０１）作者简介：殷锦捷（１９５６—），女，辽宁人，教授，主要从事高分子材料和有机化学方面的研究。

聚氨酯泡沫材料发泡剂研究进展

殷锦捷，许　明，韩海杰

（银川能源学院，宁夏银川　７５０１０５）

摘要：聚氨酯发泡技术是当前聚氨酯工业领域中的研究热点，所使用的发泡剂与聚氨酯泡沫材料性能密切相关并且必须符合环保法规。

因此，发泡剂的研究和选择成为人们关注的重点和热点。本文介绍了物理发泡剂和化学发泡剂以及进展和应用，对发泡剂的前景进行了展望。关键词：物理发泡剂；化学发泡剂；泡沫材料；应用中图分类号：ＴＱ３１４．２５９ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００８－０２１Ｘ（２０１８）１９－００６０－０２

ＢｒｉｅｆＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆＦｏａｍｉｎｇＡｇｅｎｔｆｏｒＰｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅＦｏａｍ

ＹｉｎＪｉｎｊｉｅ，ＸｕＭｉｎｇ，ＨａｎＨａｉｊｉｅ

（ＹｉｎｃｈｕａｎＥｎｅｒｇｙＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｙｉｎｃｈｕａｎ　７５０１０５，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅｆｏａｍｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｓａｒｅｓｅａｒｃｈｈｏｔｓｐｏｔｉｎｔｈｅｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅｉｎｄｕｓｔｒｙ．Ｔｈｅｆｏａｍｉｎｇａｇｅｎｔｕｓｅｄｉｓｃｌｏｓｅｌｙ

ｒｅｌａｔｅｄｔｏｔｈｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅｆｏａｍｓａｎｄｍｕｓｔｃｏｍｐｌｙｗｉｔｈｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｒｅｇｕｌａｔｉｏｎｓ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ

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用发泡剂，而Ｐ

ＵＦ的性能很大程度上受发泡剂种类的选择的影响。面对温室效应和全球气候恶化的趋势越来越严重的情形下，世界各国的科研人员不断努力去研发新型的环保型发泡剂，把目前使用的含氯氟烃类的发泡剂替换为环保型的发泡剂减少对环境的危害。中国聚氨酯工业协会（ＣＰＵＩＡ）一项统计数据显示，２０１４年全球ＰＵＦ需求量为５７０万ｔ，２０１４～２０２０年期间，需求量预计将以４．５％的复合年增长率上涨。聚氨酯（ＰＵ）发泡剂作为ＰＵＦ的重要生产原料之一，将会拥有巨大的市场需

求。未来几年，ＰＵ发泡剂的用量将达６０万ｔ［１］

。

目前氟烃类的发泡剂占主要的市场，仍在大量使用，例如氟利昂等，对环境的破坏作用极大，比如：破坏大气臭氧层，加剧温室效应，破坏人类的免疫系统等。另外，破坏臭氧层和温室效应将导致生态平衡被打破，影响动植物的生长繁衍。由《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》得知，在２０３０之前，世界各现有的各种含氯氟烃的化学物质将会被完全禁止使用。聚氨酯（ＰＵ）的全球消耗量逐年增长，被称为世界六大合成材料之一，全球消费量２０１６年达到２１００万ｔ，预计２０１８年将达到２８６０万ｔ（泡沫体系及非泡沫体系产品各占一半），中国的消费

量约占４０％，位居全球的ＰＵ生产和消费国榜首［２］

。氢氟碳化物被证实为强效温室气体，其全球变暖潜能值比ＣＯ２高数千倍。位居温室气体增长速率榜首，其排放量惊人，以每年１０％

的速率增加［３］

。

ＰＵＦ发泡剂的分类，根据发泡原理不同，可以分为物理发泡剂和化学发泡剂。

１　物理发泡剂

物理发泡剂大多是一些低沸点的小分子液体化合物，其发

泡原理比较简单，是依赖多元醇（醚）与多异氰酸酯反应放热使发泡剂汽化，产生泡孔，达到发泡的目的。其代表物是氯氟烃

类（

ＣＦＣｓ），如三氯一氟甲烷（ＣＦＣ－１１）等，它们是ＰＵＦ理想的发泡剂。然而，ＣＦＣｓ发泡剂对臭氧层的破坏作用极大，根据《蒙特利尔议定书》的规定，需要禁止使用。但是市场上卖的物理发泡剂产能不足，并且价格较贵，相对于传统的发泡剂来讲，

很难实现大规模推广使用［４］

。

１．１　物理发泡剂的研究进展

由于含氟氯烃类的化合物发泡剂具有生产工艺成熟、价格

低廉等优势在全世界范围内被广泛的作为Ｐ

ＵＦ的发泡剂使用，欧美许多公司先后推出了第四代含氯氟烃类的物理发泡剂。第一代氟利昂系列早已被禁止使用。第二代氟氯烃类物理发泡剂ＨＣＦＣ－１４１ｂ（一氟二氯乙烷）目前普遍在中国使用，其对环境的破坏作用很大，尤其是在破坏大气臭氧层方面更大，即

将被淘汰［５］

。第三代氟氯烃类物理发泡剂Ｈ

ＦＣ－２４５ｆａ（五氟丙烷）和ＨＦＣ－３６５ｍｆｃ（五氟丁烷）目前普遍在发达国家使用，但是这些发泡剂的温室效应潜能值（ＧＷＰ）较高，破坏臭氧层的作用极大。最近几年，美国的两家公司霍尼韦尔公司和杜邦公司正在大力推广应用他们研发的第四代物理发泡剂ＬＢＡ（三氟

氯丙烯）［４］和Ｆ

ＥＡ－１１００（六氟丁烯）［６］

，虽然这两种产品的性能比较好，只是唯一不足的是虽然臭氧层破坏潜能值（ＯＤＰ）为零，但ＧＷＰ较高。第四代物理发泡剂仍然是氯氟烃类物质，这就带来了一些问题，在生产这些发泡剂时就难以避免发生氟化和氯代反应，随之而来的是会产生氯氟烃副产物、废酸、废盐等一些无机废物。制备工艺的繁琐以及需要后续处理大量副产物，就会使生产成本增高，进而导致产品价格偏高。我们承认，第四代物理发泡剂对环境的破坏作用减少了很多，但应用效果欠佳，价格偏高，致使其市场推广变得困难也就不言而喻了。

１．２　物理发泡剂应用

１．２．１　烷烃类发泡剂的应用

低沸点的烷烃类（例如环戊烷、异戊烷或己烷）在少数的情

形下，可以作为Ｐ

Ｕ发泡剂。但是烷烃类属于易燃易爆化学品，·

０６·ＳＨＡＮＤＯＮＧＣＨＥＭＩＣＡＬＩＮＤＵＳＴＲＹ ２０１８年第４７卷