发泡材料生产中存在的问题及解决方案

2023-07-02 理论教育版权反馈

【摘要】：本项目关注发泡材料的重要品种—泡沫塑料的无害化生产过程。泡沫塑料的生产过程较为复杂，主要涉及设备、工艺、材料等方面的问题。目前高分子发泡材料生产所遇到的最大问题是采用传统工艺、传统发泡剂会造成破坏环境的后果，因此必须采用新的替代技术，而新的替代技术尚不成熟。使用丁烷作为发泡剂时，生产设备和现场要有极严格的防燃防爆保护措施。从安全生产的角度考虑，不宜提倡在泡沫塑料生产中用丁烷作发泡剂。

本项目关注发泡材料的重要品种—泡沫塑料的无害化生产过程。泡沫塑料是用于包装保护、缓冲减震、保温隔热等场合的最为广泛的材料之一。泡沫塑料能够吸收冲击载荷，具有质轻、热导率低、隔热隔音性能好、比强度高等优良特性，因而用途广泛。其传统生产工艺较为成熟，使用历史较长，但也存在长期没有解决的问题，目前最为突出的是其生产过程对环境的影响问题。泡沫塑料的生产过程较为复杂，主要涉及设备、工艺、材料等方面的问题。

泡沫塑料的生产工艺方法和设备有多种，其应用场合和使用目的各异。在泡沫塑料的生产和使用这个复杂过程中，各方面的因素互相影响、互相制约，有时互相矛盾。例如一般来说，提高泡沫塑料的加工性能，其使用性能将会降低。泡沫塑料的生产和应用就是在解决这些矛盾的过程中而不断发展进步的。

目前高分子发泡材料生产所遇到的最大问题是采用传统工艺、传统发泡剂会造成破坏环境的后果，因此必须采用新的替代技术，而新的替代技术尚不成熟。现以聚苯乙烯（PS）泡沫塑料为例阐述这一问题。

除聚苯乙烯主料外，发泡剂是生产EPS和XPS最重要的原料。下面介绍可用于PS发泡的常用发泡剂。

1.氯氟烃（CFC）

氯氟烃（CFC）的典型品种是CFC-11，即氟利昂。它无毒、稳定、发泡效果好、生产工艺易于控制、制品性能较好。但氟利昂属于消耗臭氧层物质（ODS），同时又会产生较强的温室效应，已被禁止用于聚苯乙烯泡沫塑料的生产中。

2.含氢氯氟烃（HCFC）

含氢氯氟烃类化合物HCFC是替代CFC的品种。和CFC相比，HCFC的化学稳定性相对较差，通常在进入大气层前就开始分解，因此对环境的影响较小。表6-1列出了本文所提及的几种物质的臭氧耗减潜能值（Ozone Depletion Potential，ODP）和全球变暖潜能值（Global Warming Potential，GWP）。可以看出其中两种常用的HCFC类物质HCFC-22和HCFC-141b的ODP值和GWP值较之CFC-11都有较大幅度降低。可见用这两种物质替代氯氟烃减小了对环境的破坏。HCFC-22成本较低，但其沸点也较低，使生产难度增大，需要改造设备；HCFC-141b的沸点与CFC-11相近，发泡工艺相近，但价格较高。HCFC-141b是替代CFC-11最为成熟的品种。HCFC是目前我国仍在作为发泡剂使用的物质，尽管与CFC类物质相比其对环境的负面影响已有较大程度减小，但它仍属于消耗臭氧层物质，有较强的温室效应，也在将被替代之列。

3.氢氟烃（HFC）

氢氟烃（HFC）不含氯，不是消耗臭氧层物质，其ODP值为零，所产生的温室效应小，主要用作聚氨酯（PU）泡沫塑料生产中的发泡剂。常用的品种有HFC-134a、HFC-152a。

4.烷烃（HC）

烷烃（HC）类物质如丁烷的ODP值为零，GWP值很小，来源丰富，成本低。丁烷是优良的发泡剂，但缺点是易燃易爆。使用丁烷作为发泡剂时，生产设备和现场要有极严格的防燃防爆保护措施。从安全生产的角度考虑，不宜提倡在泡沫塑料生产中用丁烷作发泡剂。

5.惰性气体

目前最受关注的可作为发泡剂的惰性气体是二氧化碳（CO2）和氮气（N2）。二氧化碳的ODP和GWP等值见表6-1。使用二氧化碳作为发泡剂不会破坏臭氧层，也不会在生产过程中产生温室效应气体。

表6-1 几种用作发泡剂的物质的ODP和GWP等值