HCFC-141b在太陽能熱水器發(fā)泡體系中應(yīng)用分析
以HCFC-141b為發(fā)泡劑的太陽能熱水器保溫泡沫質(zhì)量已經(jīng)通過了應(yīng)用驗證，雖然其相比CFC-11來說具備導(dǎo)熱系數(shù)高、對泡沫有溶脹作用等，但其導(dǎo)熱系數(shù)較其他發(fā)泡劑來講仍具備明顯的優(yōu)勢，其最低導(dǎo)熱系數(shù)可達16.5-18.5mW/mK，但是其ODP值為0.11注定了其終將被淘汰的命運。
2.2 HFC在太陽能發(fā)泡體系中的應(yīng)用分析
氫氟烴(HFC)是較理想的替代物(ODP=0，GWP很小)，但真正能全面符合要求的，也只有其中的極少數(shù)幾種。經(jīng)過預(yù)判、合成、篩選、毒性試驗、中試、工業(yè)化等一系列的工作，業(yè)內(nèi)的HFC類替代品主要是HFC-245fa、HFC-365mfc，以HFC-245fa、HFC-365mfc為發(fā)泡劑的泡沫均能達到太陽能熱水器產(chǎn)品的保溫要求，壓縮強度大于150kpa，導(dǎo)熱系數(shù)17-19mW/mK，但是該類發(fā)泡劑較高的成本制約了其發(fā)展，并且其GWP值較HC發(fā)泡劑高得多，是溫室氣體中相對環(huán)保的發(fā)泡劑。
2.3 HC在太陽能熱水器發(fā)泡體系中的應(yīng)用分析
采用環(huán)戊烷為發(fā)泡劑的路線目前在歐盟、日本應(yīng)用較多，環(huán)戊烷的ODP為零，GWP也遠小于HCFC-141b，被認(rèn)為是一種更有利于環(huán)保的替代方案。HC發(fā)泡中最具應(yīng)用價值的是環(huán)戊烷、正戊烷及異戊烷三種，通稱為戊烷類發(fā)泡劑，其在室溫下皆為液態(tài)，ODP值均為零，GWP值很低，無毒，對環(huán)境影響極小而受到重視。目前戊烷發(fā)泡技術(shù)已被歐洲、亞洲等廠商采用，但HC屬易燃的揮發(fā)性有機化合物，與空氣在一定濃度和條件下會爆炸，為保證安全，需對現(xiàn)有計量、儲存及發(fā)泡設(shè)備進行較大的改進并增加安全處理設(shè)施，而操作技術(shù)需嚴(yán)格控制，因而設(shè)備成本較HCFC、HFC發(fā)泡系統(tǒng)為高。正戊烷與異戊烷的來源較多,價格比環(huán)戊烷低，只要改良多元醇增加戊烷的溶解度，但較環(huán)戊烷相比其熱傳導(dǎo)率增加了約10%。
通過多年的技術(shù)創(chuàng)新，研究了太陽能的工藝改進方案和配料改進方案，通過多次的實驗數(shù)據(jù)表明：環(huán)異戊烷(質(zhì)量比例70/30)太陽能組合聚醚體系通過采用特種聚醚多元醇和對組合聚醚配方的不斷改進，可使太陽能熱水器泡沫中心達到密度35kg/m3，泡沫密度比環(huán)戊烷體系可以降低5-10%，導(dǎo)熱系數(shù)小于20mW/mK，接近HCFC-141b的發(fā)泡水平。
2.4全水體系在太陽能發(fā)泡中的應(yīng)用分析
水發(fā)泡技術(shù)所面臨的最大挑戰(zhàn)是泡沫體的尺寸不穩(wěn)定，增加發(fā)泡系統(tǒng)水含量，雖改善整個發(fā)泡系統(tǒng)的流動性，然而也使整個發(fā)泡體尺寸穩(wěn)定性下降了很多，主要是由于反應(yīng)所產(chǎn)生的CO2氣體快速從發(fā)泡體中擴散出來，而外界空氣擴散入發(fā)泡體內(nèi)的速度又較慢，因而造成發(fā)泡體中呈現(xiàn)部分的真空現(xiàn)象，這對發(fā)泡體的尺寸穩(wěn)定性產(chǎn)生了極大的影響。在環(huán)保觀點上，水參與反應(yīng)所產(chǎn)生的CO2其ODP值為零,無VOC問題，對發(fā)泡設(shè)備無特殊要求且成本低。CO2凝固點為-23℃,在25℃下，氣體熱傳導(dǎo)率達16.3mW/mK，空氣的熱傳導(dǎo)率27mW/mK，所生成的泡沫導(dǎo)熱系數(shù)在23-28mW/mK，并隨著氣體的交換導(dǎo)熱系數(shù)不斷變化;因此，水發(fā)泡聚氨酯硬質(zhì)泡沫的熱傳導(dǎo)率較大，不適用于對隔熱要求高的領(lǐng)域。
2.5 混合發(fā)泡劑系統(tǒng)
HFC與HC的混合發(fā)泡劑提供聚氨酯發(fā)泡系統(tǒng)配料的另一選擇，如HFC-365mfc與異戊烷、正戊烷以及環(huán)戊烷可組成共沸物，HFC-365mfc/環(huán)戊烷沸點約32℃②，和HCFC-141b相同，比起單獨使用HCFC-365mfc或環(huán)戊烷更適合目前的發(fā)泡加工條件,而HFC-365mfc/正戊烷的沸點27℃，HFC-365mfc/異戊烷的沸點22.5℃,因此添加HFC-365mfc至戊烷類發(fā)泡劑中,可明顯改善泡沫的熱傳導(dǎo)性能。在HC發(fā)泡系統(tǒng)中,為維持泡沫尺寸穩(wěn)定性，環(huán)戊烷發(fā)泡的泡沫密度較CFC-11大，因此利用環(huán)戊烷、異戊烷或其他碳氫化合物的混合物作為發(fā)泡劑，以增加泡孔內(nèi)壓，改進發(fā)泡時的流動性，同時可改善尺寸穩(wěn)定性能并降低密度，可使太陽能熱水器聚氨酯泡沫的中心密度降至33-35kg/m3，能耗與單一發(fā)泡劑系統(tǒng)相近。
3、結(jié)論
在聚氨酯發(fā)泡劑領(lǐng)域HCFC-141b屬于過渡替代產(chǎn)品，已經(jīng)面臨被淘汰的境地;目前已商品化的兩種HFC發(fā)泡劑HFC-245fa與HFC-365mfc，在安全與發(fā)泡性能上相當(dāng)，然而這兩種HFC皆屬于溫室氣體，未來將會受到京都議定書的管制，目前可以單用或者HC混合復(fù)配發(fā)泡劑來替代HCFC-141b，并提升泡沫質(zhì)量;全水體系由于導(dǎo)熱系數(shù)偏高和過高的注料量，限制了其在太陽能熱水器領(lǐng)域的應(yīng)用推廣;環(huán)戊烷路線被認(rèn)為是一步到位，是當(dāng)今國際國內(nèi)用量最大的聚氨酯發(fā)泡劑，從長遠性和經(jīng)濟性的上考慮，隨著太陽能熱水器發(fā)泡工藝的不斷改進和創(chuàng)新，環(huán)戊烷(環(huán)異戊烷)發(fā)泡劑最終會在太陽能熱水器保溫領(lǐng)域得到大批量的應(yīng)用。 |
