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聚氨酯發泡技術升級記!

在環保和節能兩大趨勢的引導下,冰箱聚氨酯用發泡劑經歷了從最初的CFC-11到HCFC-141b,到后來的環戊烷,再到今天環戊烷+HFC-245fa的共混發泡體系,冰箱的聚氨酯發泡技術實現了從單一發泡體系向共混發泡體系的過渡。與冰箱行業相比,稍顯滯后的電熱水器行業也從2019年開始了對HCFC-141b的全面淘汰,進入環戊烷、環戊烷+HFC-245fa等多種共混技術并存的時代。未來,以冰箱和熱水器為代表的家電產品的發泡技術將走向何方,值得探討。

  發泡劑系統演變


  “現在,冰箱行業中的主流品牌以環戊烷+HFC-245fa共混發泡體系為主,之前純環戊烷的發泡體系幾乎被全部替代?!蹦硺I內人士道出冰箱行業的聚氨酯發泡技術應用現狀。事實上,隨著冰箱行業對環保、節能技術指標的要求越來越高,冰箱行業發泡體系不斷發生變化。1994年,中國家電行業制訂了《中國家用制冷工業CFCs逐步淘汰戰略研究》。研究提出,選擇環戊烷為發泡劑替代CFC-11。隨著2016年GB12021.2-2015《家用電冰箱耗電量限定值及能效等級》的正式實施,HFC-245fa在冰箱行業的應用逐步擴大。作為HFC-245fa的主要生產企業之一,霍尼韋爾見證了整個過程。據霍尼韋爾有關負責人介紹,過去幾年,霍尼韋爾HFC-245fa業務呈現快速增長的態勢。2019年1月1日,基加利修正案正式實施,標志著以HFC-245fa為代表的HFCs被納入淘汰名單。之后,以HFOs作為發泡劑的新一代發泡體系得到進一步推廣。

  雖然HFC-245fa被明確列入淘汰名單,但是由于距離徹底淘汰還有一段時間,業內對此看法不一。一方面,部分氟化工企業看到當下市場對HFC-245fa的需求旺盛,紛紛進入這一行業分一杯羹,不過這些企業的產量很少,尚未對對HFC-245fa的供應格局產生太大影響。另一方面,作為HFC-245fa最初的唯一生產者,霍尼韋爾明確表示將不再擴大HFC-245fa的生產,未來將重點推廣LBA。

  霍尼韋爾有關負責人表示,未來5~10年,無論是出于對能效還是對成本的考慮,HFC-245fa將繼續應用一段時間。特別是在一些法規要求沒有那么嚴格的領域,比如熱水器行業,會對HFC-245fa保有一定數量的需求。目前,電熱水器行業已經禁止使用HCFC-141b,2018年電熱水器行業已經基本完成發泡體系的切換,其中,美的采用HFC-245fa+環戊烷發泡體系;部分空氣源熱泵熱水器企業開始考慮使用HFC-245fa+環戊烷或LBA+環戊烷的共混發泡體系?;裟犴f爾在中國太倉的生產基地完全可以滿足亞太地區對HFC-245fa的需求,沒有擴產計劃。

  替代HFC-245fa,HFOs發泡劑是目前業內比較明確的替代方案之一。對于HFOs作為發泡劑在家電行業的應用進展,霍尼韋爾有關負責人坦言:“我們已經和美的、海爾、海信等國內主流的冰箱品牌建立了深度合作。在這些企業中,LBA主要用在出口機型上,另外一部分用于內銷機型主要為了提升產品的能效?!辈粌H霍尼韋爾,HFOs發泡劑的另一位供應商科慕生產的Opteon 1100也和多家家電品牌完成了測試驗證。

  發泡工藝持續創新


  從二元發泡體系過渡到多元發泡體系,新加坡潤英公司是其中的重要參與者。中國是世界上唯一采用共混發泡體系的國家,潤英則是最早發明多元預混設備的企業。據新加坡潤英聚合工業有限公司中國區域銷售經理張豫夫介紹,不同發泡劑的物理和化學性質不同、所占比例不同,需要對預混設備進行特別設計。例如,3組份預混HFC-245fa沸點低,環戊烷沸點高,二者之間是矛盾的,這需要預混設備將二者有機結合起來。要保證和控制粗聚醚,HFC-245fa和環戊烷的流量穩定性,就要對設備系統配置進行特別的設計。此外,潤英的發泡設備的預混裝置可以幫助企業實現四元混合發泡,甚至五元混合發泡。

  除了增加組份平衡能效和成本,發泡工藝的創新也是聚氨酯設備和原料企業始終追求的方向。據某業內人士透露,隨著國內發泡設備廠生產的設備可以滿足家電企業的需求,外資設備廠面臨非常大的挑戰。憑借深厚的研發和創新能力,提升和更新聚氨酯發泡工藝是這些外資企業的選擇。張豫夫明確表示,潤英的業務涉及發泡料預混設備和發泡設備,其中針對家電領域,主要投入到創新型應用項目的研發。

  微孔發泡技術是科思創于2013年在德國總部開始研發的新技術,可以通過減小泡沫孔徑,降低絕熱系數。對于家電企業來說,切換微孔發泡技術不需要任何額外設備投資,不需要調整生產線,不增加成本。對于微孔發泡技術的應用現狀,科思創方面回應稱:“微孔發泡技術已成功在我們大客戶的高端冰箱生產線上實現商業化。微孔發泡技術在普通發泡體系的基礎上配合各種發泡劑體系,可以實現隔熱性能大幅提升;同時加快生產節拍并且優化注料量,實現產品品質的控制,節約生產成本?!?/p>

  不管是混合發泡技術,還是微孔發泡技術,著力點都在提高聚氨酯硬泡的絕熱性能上。而真空發泡技術和減壓發泡技術不僅可以提高絕熱性能,還能實現生產效率大幅提高。

  真空發泡技術是由意大利康隆公司和陶氏化學聯合開發的。據陶氏聚氨酯部門亞太區市場經理秦桑路介紹,使用真空發泡技術可以讓家電企業在不增加成本的情況下將能效提升10%,同時通過縮短將近50%的脫模時間,大幅度增加循環次數,提高生產效率。他進一步補充說:“目前,真空發泡技術的應用范圍在不斷擴大。2019年,陶氏在戊烷基礎上,將真空發泡技術應用到更多混配發泡體系中,比如HFC-245fa和環戊烷、LBA和環戊烷這兩款混配發泡體系?!焙驼婵瞻l泡技術原理類似的減壓發泡技術,雖然進展緩慢,但紅寶麗也在積極推廣中。此外,新加坡潤英公司歷經數年分別研發出針對汽車行業和管道行業的聚氨酯高壓噴涂發泡機,不同的噴涂發泡機可用于生產汽車儀表板的表皮,汽車天窗遮陽板,汽車PHC備胎板等產品和用于噴涂纏繞工藝生產保溫管的聚氨酯保溫層。對于該技術是否可以應用于家電行業,還處于研發中。


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