聚氨酯聚醚軟質塊棉二氯甲烷替代方案
吳斌
奧斯佳材料科技
聚氨酯添加劑
松勝路1218号
201600 上(shàng)海
中國(guó)
聚氨酯聚醚軟質塊棉是(shì)聚氨酯軟泡中占比量最大(dà)的(de)一(yī / yì ／yí)類品種，一(yī / yì ／yí)般采用連續工藝生産，包括溢流槽和(hé / huò)擺頭兩種方式。在(zài)生産過程中，二氯甲烷（簡稱MC）是(shì)普遍采用的(de)一(yī / yì ／yí)類發泡劑。
1. MC在(zài)聚氨酯聚醚軟質塊棉的(de)生産過程中有三方面的(de)作用: 一(yī / yì ／yí)是(shì)吸收反應熱，二是(shì)輔助發泡，三是(shì)生産後清洗管道(dào)。
1.1 我們知道(dào)水的(de)分子(zǐ)量是(shì)18，水與TDI鏈增長放熱是(shì)188KJ/mol。水的(de)放熱是(shì)10.4KJ/g，MC氣化吸熱是(shì)0.34KJ/g，兩者比值約30。上(shàng)面隻是(shì)讓我們感性認識下二氯甲烷對反應熱的(de)影響力。事實上(shàng)影響反應熱機理很複雜，與配方中放熱速率、甲烷濃度、甲烷氣化速率等因素有關，每一(yī / yì ／yí)個(gè)因素都是(shì)複雜的(de)變量。
1.2 MC增加會明顯提高泡沫的(de)延伸率，但是(shì)不(bù)一(yī / yì ／yí)定會增加泡沫的(de)撕裂強度。容易拉長的(de)泡沫不(bù)等同于(yú)不(bù)容易撕裂。MC增加會降低泡沫反應時(shí)内部溫度上(shàng)升副度，這(zhè)不(bù)利于(yú)硬段生成，所以(yǐ)添加MC容易使泡沫變軟并且手摸起來(lái)富有彈性，但是(shì)這(zhè)種摸起來(lái)富有彈性的(de)泡沫，它的(de)球落回彈率(表面回彈)并不(bù)會很高。
1.3 由于(yú)MC是(shì)一(yī / yì ／yí)個(gè)良溶劑，在(zài)生産結束尾端，采用MC清理管道(dào)可以(yǐ)避免下一(yī / yì ／yí)次發泡過程中可能出(chū)現的(de)質量問題。
因此，二氯甲烷在(zài)聚氨酯軟質塊棉的(de)生産中是(shì)一(yī / yì ／yí)個(gè)價廉高效的(de)選擇。
2. 然而(ér)，MC也(yě)是(shì)一(yī / yì ／yí)個(gè)有着一(yī / yì ／yí)定危險的(de)物質，其危險性表現在(zài)：
2.1 易燃性：雖然在(zài)常溫常壓下不(bù)易燃，但是(shì)一(yī / yì ／yí)旦加熱，MC還是(shì)具有相當的(de)危險性：遇明火高熱可燃。受熱分解能發出(chū)劇毒的(de)光氣。燃燒（分解）産物：一(yī / yì ／yí)氧化碳、二氧化碳、氯化氫、光氣。
2.2 環境危害：對環境可能有害，在(zài)地(dì / de)下水有蓄積作用，對水生生物有害，在(zài)大(dà)氣中是(shì)潛在(zài)的(de)二惡英釋放源，因此，二氯甲烷在(zài)2018-2019被列入多個(gè)受控名錄：有毒有害大(dà)氣污染（2018），有毒有害水污染（2019），優先控制化學品名錄（2018）。
2.3 健康危害：有麻醉作用，主要(yào / yāo)損害中樞神經和(hé / huò)呼吸系統。二氯甲烷在(zài)2017年就(jiù)被WHO列入2A類緻癌物質，有緻畸變風險。
因此，在(zài)生産過程中取代MC成爲(wéi / wèi)一(yī / yì ／yí)個(gè)刻不(bù)容緩的(de)課題。在(zài)歐洲，盡管歐盟并沒有禁止使用二氯甲烷，但是(shì)在(zài)國(guó)家層面，不(bù)少國(guó)家設定了(le／liǎo)非常低的(de)二氯甲烷釋放量，實際上(shàng)也(yě)是(shì)變相禁止了(le／liǎo)二氯甲烷的(de)使用。從宜家的(de)制品标準中（IOS-MAT0010 /35頁，IOS-MAT0054 /12頁）我們可以(yǐ)看到(dào)，二氯甲烷已經被列入禁用物質。
3. 在(zài)歐美國(guó)家，替代MC已經有着成熟的(de)工業應用，我們可以(yǐ)從多個(gè)途徑解決這(zhè)一(yī / yì ／yí)問題。
3.1 超軟聚醚多元醇技術：Super Soft Polyether Polyol是(shì)一(yī / yì ／yí)類有着特殊結構的(de)聚醚多元醇，包括陶氏，科思創，巴斯夫以(yǐ)及國(guó)内的(de)廠商都有類似産品，但是(shì)目前來(lái)看，由于(yú)機理上(shàng)的(de)差異，他(tā)的(de)手感和(hé / huò)MC還是(shì)有着明顯不(bù)同。
3.2 柔軟功能助劑技術：奧斯佳NOVAX SF-360/365通過氫鍵結合形成硬段區，軟段無規則纏繞形成軟段區，有序聚脲沉澱降低，微相分離程度提高，剛性增強，柔軟性和(hé / huò)彈性性質下降。
詳細内容可以(yǐ)點擊查看我們之(zhī)前的(de)研究報告：NOVAX SF-360柔軟劑替代二氯甲烷的(de)應用研究
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3.3 抗氧劑技術：由于(yú)MC能夠有效的(de)帶走熱量，在(zài)替代MC後，采用有效的(de)抗氧劑技術成爲(wéi / wèi)一(yī / yì ／yí)種必然的(de)選擇。現在(zài)各家一(yī / yì ／yí)般采用複合抗氧技術，即複配抗熱氧化劑，抗紫外吸收劑，抗自由基吸收劑等。包括：位阻酚類，位阻胺類，磷脂類，咪唑環等多種結構。供應商包括：德國(guó)巴斯夫，日本城北化學等。但是(shì)由于(yú)抗氧劑一(yī / yì ／yí)般價格都比較昂貴，将增加生産成本。
3.4 液态二氧化碳發泡技術：二氧化碳聚氨酯軟質泡棉發泡技術是(shì)在(zài)國(guó)外已經成熟使用的(de)一(yī / yì ／yí)類發泡技術。使用二氧化碳發泡技術，有着如下幾個(gè)優點：
(1)二氧化碳是(shì)一(yī / yì ／yí)類無色無味，無毒無害，穩定，阻燃的(de)氣态物質。
(2)汽化熱根據壓力，溫度不(bù)同，在(zài)0.250-0.350KJ/g，與MC類似機理，可以(yǐ)在(zài)生産中快速移走熱量，得到(dào)軟質泡綿。
(3)符合降低碳排放國(guó)家政策。
(4)發泡倍率是(shì)二氯甲烷的(de)3.2倍，生産成本比二氯甲烷更低。
4. 下面我們就(jiù)詳細闡述一(yī / yì ／yí)下二氧化碳發泡技術。
目前得到(dào)的(de)信息，在(zài)北美（包括美國(guó)和(hé / huò)加拿大(dà)），一(yī / yì ／yí)共有多達36個(gè)工廠使用二氧化碳發泡技術生産連續大(dà)塊泡棉。這(zhè)36個(gè)工廠中有29個(gè)使用的(de)是(shì)Sieves系統，7個(gè)使用gatebar系統。什麽是(shì)sieves系統，什麽是(shì)gatebar系統呢？他(tā)們有什麽區别？
Sieves系統是(shì)Ladderberg和(hé / huò)Hennecke所采用的(de)生産系統（如下圖所示）
由于(yú)二氧化碳發泡的(de)壓力比普通發泡要(yào / yāo)高的(de)多，同時(shí)爲(wéi / wèi)避免孔隙間的(de)影響使用多層複合技術在(zài)發泡頭的(de)部分加裝的(de)篩網。根據物料的(de)粘度，配比以(yǐ)及POP的(de)添加量不(bù)同，使用不(bù)同規格的(de)篩網。一(yī / yì ／yí)般來(lái)說(shuō)，單層篩網無法達到(dào)目的(de)，一(yī / yì ／yí)般使用多層篩網複合使用。篩網的(de)形式如下圖：
Gatebar系統是(shì)Cannon Viking公司采用的(de)生産方式，有點像發泡過程中的(de)擺頭，但是(shì)它本身是(shì)不(bù)移動的(de)，這(zhè)一(yī / yì ／yí)生産方式杜絕了(le／liǎo)孔隙的(de)問題，但是(shì)帶來(lái)了(le／liǎo)新的(de)困惱，在(zài)泡沫邊緣容易形成缺陷。可能這(zhè)也(yě)是(shì)采用這(zhè)一(yī / yì ／yí)生産方式的(de)工廠遠小于(yú)Sieves的(de)原因。
5. 感謝Ladderberg公司的(de)支持，我們以(yǐ)Sieves系統爲(wéi / wèi)例來(lái)簡單闡述發泡設備及相關工藝。
如下圖所示，和(hé / huò)正常聚氨酯發泡設備類似，具體物料也(yě)是(shì)聚醚多元醇，白油，TDI。這(zhè)裏面多了(le／liǎo)幾個(gè)原料是(shì)液态二氧化碳，超軟聚醚和(hé / huò)氮氣。總所周知，液态二氧化碳是(shì)可以(yǐ)溶解于(yú)聚醚多元醇中的(de)，我查了(le／liǎo)一(yī / yì ／yí)下數據，在(zài)8000Kpa下，1份液态二氧化碳可以(yǐ)溶解0.17份聚醚多元醇，随着壓力上(shàng)升，溶解度會下降，但是(shì)總體數據是(shì)0.05W polyol/1W CO2。因此液态二氧化碳還扮演了(le／liǎo)溶劑的(de)角色，降低了(le／liǎo)系統粘度，有助于(yú)和(hé / huò)TDI的(de)混合。多說(shuō)一(yī / yì ／yí)句，液态二氧化碳和(hé / huò)TDI是(shì)沒有溶解關系的(de)。
（二氧化碳發泡系統流程圖）
這(zhè)裏采用的(de)二氧化碳溫度-25攝氏度，壓力17bar，有可能有人(rén)會問，這(zhè)是(shì)不(bù)是(shì)超臨界二氧化碳，我的(de)回答是(shì)：不(bù)是(shì)。要(yào / yāo)理解二氧化碳系統，要(yào / yāo)看一(yī / yì ／yí)下下面這(zhè)張相圖。
（二氧化碳相圖）
紅點的(de)位置就(jiù)是(shì)系統采用的(de)溫度壓力點，這(zhè)個(gè)選擇的(de)好處是(shì)能量需求理想化，壓力下降能夠迅速氣化。下一(yī / yì ／yí)次如果有人(rén)說(shuō)采用超臨界系統，那麽你可以(yǐ)問他(tā)壓力和(hé / huò)溫度是(shì)多少就(jiù)可以(yǐ)輕松判斷。另外從發泡的(de)照片中也(yě)可以(yǐ)看到(dào)，并沒有傳統發泡的(de)清漿段，這(zhè)也(yě)是(shì)與傳統發泡的(de)區别所在(zài)。
系統使用的(de)PPG和(hé / huò)POP都需要(yào / yāo)高壓，這(zhè)也(yě)是(shì)爲(wéi / wèi)了(le／liǎo)維持二氧化碳的(de)液态狀态。對于(yú)POP，因爲(wéi / wèi)含有聚苯乙烯粒子(zǐ)，因此需要(yào / yāo)選用小粒徑的(de)産品，我們推薦使用殼牌的(de)SP30-45F或者科思創的(de)1159S，這(zhè)是(shì)爲(wéi / wèi)了(le／liǎo)避免對篩網造成影響。因爲(wéi / wèi)在(zài)生産過程中，沒有辦法更換篩網，也(yě)沒有辦法像傳統發泡，使用調壓閥控制壓力，因此一(yī / yì ／yí)旦發生堵塞，隻能停機，造成損失。
使用的(de)超軟聚醚和(hé / huò)添加劑需要(yào / yāo)半高壓系統，任何填料和(hé / huò)上(shàng)面的(de)原因一(yī / yì ／yí)樣是(shì)禁止使用的(de)。因此使用二氧化碳發泡系統隻能使用Milliken的(de)反應型色漿，傳統的(de)色膏色粉都不(bù)能使用。加粉的(de)配方無法使用，三聚氰胺也(yě)無法使用。
由于(yú)二氧化碳的(de)加入，體系的(de)HLB值有很大(dà)的(de)變化，傳統的(de)矽油無法使用，需要(yào / yāo)更換二氧化碳發泡用矽油，奧斯佳有相關的(de)産品可供選擇。其他(tā)原料和(hé / huò)正常發泡沒有太大(dà)區别。
我們再來(lái)看黑料部分，TDI需要(yào / yāo)使用高壓系統，這(zhè)裏使用了(le／liǎo)高壓氮氣（20Mpa）作爲(wéi / wèi)氣源也(yě)是(shì)考慮了(le／liǎo)二氧化碳相容性的(de)問題，不(bù)建議使用壓縮空氣。
另外，生産過程中，由于(yú)sieves系統對于(yú)不(bù)同配方的(de)選擇是(shì)有區别的(de)，因此不(bù)能像傳統發泡這(zhè)樣在(zài)發泡過程中更換配方（同一(yī / yì ／yí)配方隻是(shì)調整配比是(shì)可以(yǐ)的(de)，但是(shì)也(yě)隻能從小流量調整爲(wéi / wèi)大(dà)流量）。
（二氧化碳發泡現場照片）
6. 總結一(yī / yì ／yí)下
二氧化碳發泡替代有毒的(de)二氯甲烷同時(shí)使用溫室氣體（二氧化碳），符合節能減排，降低碳排放的(de)國(guó)家戰略。而(ér)且具有倍率高（二氯甲烷的(de)3.2倍），密度範圍廣（14KG/M3以(yǐ)上(shàng)），成本低，泡孔結構更細更開孔等無可替代的(de)優點。當然也(yě)有着高壓系統維護；配方更換受限；POP，色漿選擇受限；填料不(bù)能使用等等不(bù)足。但是(shì)作爲(wéi / wèi)國(guó)外的(de)一(yī / yì ／yí)個(gè)成熟技術，中國(guó)作爲(wéi / wèi)全球聚氨酯軟質大(dà)塊泡棉主要(yào / yāo)的(de)生産基地(dì / de)之(zhī)一(yī / yì ／yí)，目前還是(shì)0。我們相信在(zài)不(bù)久的(de)将來(lái)能夠看到(dào)國(guó)内當先使用二氧化碳發泡系統生産聚氨酯軟質大(dà)塊泡棉的(de)廠商。
7. 感謝
最後，我們對于(yú)提供相關資料的(de)Ladderberg公司表示感謝，Ladderberg是(shì)一(yī / yì ／yí)家專業生産聚氨酯軟質泡沫發泡設備的(de)廠商，在(zài)全球90個(gè)國(guó)家擁有超過550台發泡設備，二氧化碳發泡系統可以(yǐ)嵌入式的(de)加載在(zài)Ladderberg發泡系統中，達到(dào)自動化精準控制。大(dà)家如果對于(yú)二氧化碳發泡系統有任何問題，也(yě)歡迎和(hé / huò)OSiC取得聯系(info@osicn.com.cn)，我們一(yī / yì ／yí)定竭誠爲(wéi / wèi)大(dà)家服務。
（Ladderberg工廠）
作者介紹
吳斌
1978年出(chū)生，華東理工大(dà)學精細化工學士，上(shàng)海财經大(dà)學經濟學碩士。2000年進入中國(guó)科學院上(shàng)海有機化學研究所，從事有機合成工作，參與并完成國(guó)家自然科學基金項目（新藥合成），國(guó)防科工委項目（有機矽材料）。2004年進入GE通用電氣有機矽（後邁圖）從事技術研究、項目經理和(hé / huò)廠長等工作。2010年加入奧斯佳，主持奧斯佳松江工廠和(hé / huò)張家港工廠的(de)建設和(hé / huò)營運，2020年開始擔任奧斯佳研究院院長。
奧斯佳材料科技
聚氨酯添加劑
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中國(guó)
聚氨酯聚醚軟質塊棉是(shì)聚氨酯軟泡中占比量最大(dà)的(de)一(yī / yì ／yí)類品種，一(yī / yì ／yí)般采用連續工藝生産，包括溢流槽和(hé / huò)擺頭兩種方式。在(zài)生産過程中，二氯甲烷（簡稱MC）是(shì)普遍采用的(de)一(yī / yì ／yí)類發泡劑。
1. MC在(zài)聚氨酯聚醚軟質塊棉的(de)生産過程中有三方面的(de)作用: 一(yī / yì ／yí)是(shì)吸收反應熱，二是(shì)輔助發泡，三是(shì)生産後清洗管道(dào)。
1.1 我們知道(dào)水的(de)分子(zǐ)量是(shì)18，水與TDI鏈增長放熱是(shì)188KJ/mol。水的(de)放熱是(shì)10.4KJ/g，MC氣化吸熱是(shì)0.34KJ/g，兩者比值約30。上(shàng)面隻是(shì)讓我們感性認識下二氯甲烷對反應熱的(de)影響力。事實上(shàng)影響反應熱機理很複雜，與配方中放熱速率、甲烷濃度、甲烷氣化速率等因素有關，每一(yī / yì ／yí)個(gè)因素都是(shì)複雜的(de)變量。
1.2 MC增加會明顯提高泡沫的(de)延伸率，但是(shì)不(bù)一(yī / yì ／yí)定會增加泡沫的(de)撕裂強度。容易拉長的(de)泡沫不(bù)等同于(yú)不(bù)容易撕裂。MC增加會降低泡沫反應時(shí)内部溫度上(shàng)升副度，這(zhè)不(bù)利于(yú)硬段生成，所以(yǐ)添加MC容易使泡沫變軟并且手摸起來(lái)富有彈性，但是(shì)這(zhè)種摸起來(lái)富有彈性的(de)泡沫，它的(de)球落回彈率(表面回彈)并不(bù)會很高。
1.3 由于(yú)MC是(shì)一(yī / yì ／yí)個(gè)良溶劑，在(zài)生産結束尾端，采用MC清理管道(dào)可以(yǐ)避免下一(yī / yì ／yí)次發泡過程中可能出(chū)現的(de)質量問題。
因此，二氯甲烷在(zài)聚氨酯軟質塊棉的(de)生産中是(shì)一(yī / yì ／yí)個(gè)價廉高效的(de)選擇。
2. 然而(ér)，MC也(yě)是(shì)一(yī / yì ／yí)個(gè)有着一(yī / yì ／yí)定危險的(de)物質，其危險性表現在(zài)：
2.1 易燃性：雖然在(zài)常溫常壓下不(bù)易燃，但是(shì)一(yī / yì ／yí)旦加熱，MC還是(shì)具有相當的(de)危險性：遇明火高熱可燃。受熱分解能發出(chū)劇毒的(de)光氣。燃燒（分解）産物：一(yī / yì ／yí)氧化碳、二氧化碳、氯化氫、光氣。
2.2 環境危害：對環境可能有害，在(zài)地(dì / de)下水有蓄積作用，對水生生物有害，在(zài)大(dà)氣中是(shì)潛在(zài)的(de)二惡英釋放源，因此，二氯甲烷在(zài)2018-2019被列入多個(gè)受控名錄：有毒有害大(dà)氣污染（2018），有毒有害水污染（2019），優先控制化學品名錄（2018）。
2.3 健康危害：有麻醉作用，主要(yào / yāo)損害中樞神經和(hé / huò)呼吸系統。二氯甲烷在(zài)2017年就(jiù)被WHO列入2A類緻癌物質，有緻畸變風險。
因此，在(zài)生産過程中取代MC成爲(wéi / wèi)一(yī / yì ／yí)個(gè)刻不(bù)容緩的(de)課題。在(zài)歐洲，盡管歐盟并沒有禁止使用二氯甲烷，但是(shì)在(zài)國(guó)家層面，不(bù)少國(guó)家設定了(le／liǎo)非常低的(de)二氯甲烷釋放量，實際上(shàng)也(yě)是(shì)變相禁止了(le／liǎo)二氯甲烷的(de)使用。從宜家的(de)制品标準中（IOS-MAT0010 /35頁，IOS-MAT0054 /12頁）我們可以(yǐ)看到(dào)，二氯甲烷已經被列入禁用物質。
3. 在(zài)歐美國(guó)家，替代MC已經有着成熟的(de)工業應用，我們可以(yǐ)從多個(gè)途徑解決這(zhè)一(yī / yì ／yí)問題。
3.1 超軟聚醚多元醇技術：Super Soft Polyether Polyol是(shì)一(yī / yì ／yí)類有着特殊結構的(de)聚醚多元醇，包括陶氏，科思創，巴斯夫以(yǐ)及國(guó)内的(de)廠商都有類似産品，但是(shì)目前來(lái)看，由于(yú)機理上(shàng)的(de)差異，他(tā)的(de)手感和(hé / huò)MC還是(shì)有着明顯不(bù)同。
3.2 柔軟功能助劑技術：奧斯佳NOVAX SF-360/365通過氫鍵結合形成硬段區，軟段無規則纏繞形成軟段區，有序聚脲沉澱降低，微相分離程度提高，剛性增強，柔軟性和(hé / huò)彈性性質下降。
詳細内容可以(yǐ)點擊查看我們之(zhī)前的(de)研究報告：NOVAX SF-360柔軟劑替代二氯甲烷的(de)應用研究
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3.3 抗氧劑技術：由于(yú)MC能夠有效的(de)帶走熱量，在(zài)替代MC後，采用有效的(de)抗氧劑技術成爲(wéi / wèi)一(yī / yì ／yí)種必然的(de)選擇。現在(zài)各家一(yī / yì ／yí)般采用複合抗氧技術，即複配抗熱氧化劑，抗紫外吸收劑，抗自由基吸收劑等。包括：位阻酚類，位阻胺類，磷脂類，咪唑環等多種結構。供應商包括：德國(guó)巴斯夫，日本城北化學等。但是(shì)由于(yú)抗氧劑一(yī / yì ／yí)般價格都比較昂貴，将增加生産成本。
3.4 液态二氧化碳發泡技術：二氧化碳聚氨酯軟質泡棉發泡技術是(shì)在(zài)國(guó)外已經成熟使用的(de)一(yī / yì ／yí)類發泡技術。使用二氧化碳發泡技術，有着如下幾個(gè)優點：
(1)二氧化碳是(shì)一(yī / yì ／yí)類無色無味，無毒無害，穩定，阻燃的(de)氣态物質。
(2)汽化熱根據壓力，溫度不(bù)同，在(zài)0.250-0.350KJ/g，與MC類似機理，可以(yǐ)在(zài)生産中快速移走熱量，得到(dào)軟質泡綿。
(3)符合降低碳排放國(guó)家政策。
(4)發泡倍率是(shì)二氯甲烷的(de)3.2倍，生産成本比二氯甲烷更低。
4. 下面我們就(jiù)詳細闡述一(yī / yì ／yí)下二氧化碳發泡技術。
目前得到(dào)的(de)信息，在(zài)北美（包括美國(guó)和(hé / huò)加拿大(dà)），一(yī / yì ／yí)共有多達36個(gè)工廠使用二氧化碳發泡技術生産連續大(dà)塊泡棉。這(zhè)36個(gè)工廠中有29個(gè)使用的(de)是(shì)Sieves系統，7個(gè)使用gatebar系統。什麽是(shì)sieves系統，什麽是(shì)gatebar系統呢？他(tā)們有什麽區别？
Sieves系統是(shì)Ladderberg和(hé / huò)Hennecke所采用的(de)生産系統（如下圖所示）
由于(yú)二氧化碳發泡的(de)壓力比普通發泡要(yào / yāo)高的(de)多，同時(shí)爲(wéi / wèi)避免孔隙間的(de)影響使用多層複合技術在(zài)發泡頭的(de)部分加裝的(de)篩網。根據物料的(de)粘度，配比以(yǐ)及POP的(de)添加量不(bù)同，使用不(bù)同規格的(de)篩網。一(yī / yì ／yí)般來(lái)說(shuō)，單層篩網無法達到(dào)目的(de)，一(yī / yì ／yí)般使用多層篩網複合使用。篩網的(de)形式如下圖：
Gatebar系統是(shì)Cannon Viking公司采用的(de)生産方式，有點像發泡過程中的(de)擺頭，但是(shì)它本身是(shì)不(bù)移動的(de)，這(zhè)一(yī / yì ／yí)生産方式杜絕了(le／liǎo)孔隙的(de)問題，但是(shì)帶來(lái)了(le／liǎo)新的(de)困惱，在(zài)泡沫邊緣容易形成缺陷。可能這(zhè)也(yě)是(shì)采用這(zhè)一(yī / yì ／yí)生産方式的(de)工廠遠小于(yú)Sieves的(de)原因。
5. 感謝Ladderberg公司的(de)支持，我們以(yǐ)Sieves系統爲(wéi / wèi)例來(lái)簡單闡述發泡設備及相關工藝。
如下圖所示，和(hé / huò)正常聚氨酯發泡設備類似，具體物料也(yě)是(shì)聚醚多元醇，白油，TDI。這(zhè)裏面多了(le／liǎo)幾個(gè)原料是(shì)液态二氧化碳，超軟聚醚和(hé / huò)氮氣。總所周知，液态二氧化碳是(shì)可以(yǐ)溶解于(yú)聚醚多元醇中的(de)，我查了(le／liǎo)一(yī / yì ／yí)下數據，在(zài)8000Kpa下，1份液态二氧化碳可以(yǐ)溶解0.17份聚醚多元醇，随着壓力上(shàng)升，溶解度會下降，但是(shì)總體數據是(shì)0.05W polyol/1W CO2。因此液态二氧化碳還扮演了(le／liǎo)溶劑的(de)角色，降低了(le／liǎo)系統粘度，有助于(yú)和(hé / huò)TDI的(de)混合。多說(shuō)一(yī / yì ／yí)句，液态二氧化碳和(hé / huò)TDI是(shì)沒有溶解關系的(de)。
（二氧化碳發泡系統流程圖）
這(zhè)裏采用的(de)二氧化碳溫度-25攝氏度，壓力17bar，有可能有人(rén)會問，這(zhè)是(shì)不(bù)是(shì)超臨界二氧化碳，我的(de)回答是(shì)：不(bù)是(shì)。要(yào / yāo)理解二氧化碳系統，要(yào / yāo)看一(yī / yì ／yí)下下面這(zhè)張相圖。
（二氧化碳相圖）
紅點的(de)位置就(jiù)是(shì)系統采用的(de)溫度壓力點，這(zhè)個(gè)選擇的(de)好處是(shì)能量需求理想化，壓力下降能夠迅速氣化。下一(yī / yì ／yí)次如果有人(rén)說(shuō)采用超臨界系統，那麽你可以(yǐ)問他(tā)壓力和(hé / huò)溫度是(shì)多少就(jiù)可以(yǐ)輕松判斷。另外從發泡的(de)照片中也(yě)可以(yǐ)看到(dào)，并沒有傳統發泡的(de)清漿段，這(zhè)也(yě)是(shì)與傳統發泡的(de)區别所在(zài)。
系統使用的(de)PPG和(hé / huò)POP都需要(yào / yāo)高壓，這(zhè)也(yě)是(shì)爲(wéi / wèi)了(le／liǎo)維持二氧化碳的(de)液态狀态。對于(yú)POP，因爲(wéi / wèi)含有聚苯乙烯粒子(zǐ)，因此需要(yào / yāo)選用小粒徑的(de)産品，我們推薦使用殼牌的(de)SP30-45F或者科思創的(de)1159S，這(zhè)是(shì)爲(wéi / wèi)了(le／liǎo)避免對篩網造成影響。因爲(wéi / wèi)在(zài)生産過程中，沒有辦法更換篩網，也(yě)沒有辦法像傳統發泡，使用調壓閥控制壓力，因此一(yī / yì ／yí)旦發生堵塞，隻能停機，造成損失。
使用的(de)超軟聚醚和(hé / huò)添加劑需要(yào / yāo)半高壓系統，任何填料和(hé / huò)上(shàng)面的(de)原因一(yī / yì ／yí)樣是(shì)禁止使用的(de)。因此使用二氧化碳發泡系統隻能使用Milliken的(de)反應型色漿，傳統的(de)色膏色粉都不(bù)能使用。加粉的(de)配方無法使用，三聚氰胺也(yě)無法使用。
由于(yú)二氧化碳的(de)加入，體系的(de)HLB值有很大(dà)的(de)變化，傳統的(de)矽油無法使用，需要(yào / yāo)更換二氧化碳發泡用矽油，奧斯佳有相關的(de)産品可供選擇。其他(tā)原料和(hé / huò)正常發泡沒有太大(dà)區别。
我們再來(lái)看黑料部分，TDI需要(yào / yāo)使用高壓系統，這(zhè)裏使用了(le／liǎo)高壓氮氣（20Mpa）作爲(wéi / wèi)氣源也(yě)是(shì)考慮了(le／liǎo)二氧化碳相容性的(de)問題，不(bù)建議使用壓縮空氣。
另外，生産過程中，由于(yú)sieves系統對于(yú)不(bù)同配方的(de)選擇是(shì)有區别的(de)，因此不(bù)能像傳統發泡這(zhè)樣在(zài)發泡過程中更換配方（同一(yī / yì ／yí)配方隻是(shì)調整配比是(shì)可以(yǐ)的(de)，但是(shì)也(yě)隻能從小流量調整爲(wéi / wèi)大(dà)流量）。
（二氧化碳發泡現場照片）
6. 總結一(yī / yì ／yí)下
二氧化碳發泡替代有毒的(de)二氯甲烷同時(shí)使用溫室氣體（二氧化碳），符合節能減排，降低碳排放的(de)國(guó)家戰略。而(ér)且具有倍率高（二氯甲烷的(de)3.2倍），密度範圍廣（14KG/M3以(yǐ)上(shàng)），成本低，泡孔結構更細更開孔等無可替代的(de)優點。當然也(yě)有着高壓系統維護；配方更換受限；POP，色漿選擇受限；填料不(bù)能使用等等不(bù)足。但是(shì)作爲(wéi / wèi)國(guó)外的(de)一(yī / yì ／yí)個(gè)成熟技術，中國(guó)作爲(wéi / wèi)全球聚氨酯軟質大(dà)塊泡棉主要(yào / yāo)的(de)生産基地(dì / de)之(zhī)一(yī / yì ／yí)，目前還是(shì)0。我們相信在(zài)不(bù)久的(de)将來(lái)能夠看到(dào)國(guó)内當先使用二氧化碳發泡系統生産聚氨酯軟質大(dà)塊泡棉的(de)廠商。
7. 感謝
最後，我們對于(yú)提供相關資料的(de)Ladderberg公司表示感謝，Ladderberg是(shì)一(yī / yì ／yí)家專業生産聚氨酯軟質泡沫發泡設備的(de)廠商，在(zài)全球90個(gè)國(guó)家擁有超過550台發泡設備，二氧化碳發泡系統可以(yǐ)嵌入式的(de)加載在(zài)Ladderberg發泡系統中，達到(dào)自動化精準控制。大(dà)家如果對于(yú)二氧化碳發泡系統有任何問題，也(yě)歡迎和(hé / huò)OSiC取得聯系(info@osicn.com.cn)，我們一(yī / yì ／yí)定竭誠爲(wéi / wèi)大(dà)家服務。
（Ladderberg工廠）
作者介紹
吳斌
1978年出(chū)生，華東理工大(dà)學精細化工學士，上(shàng)海财經大(dà)學經濟學碩士。2000年進入中國(guó)科學院上(shàng)海有機化學研究所，從事有機合成工作，參與并完成國(guó)家自然科學基金項目（新藥合成），國(guó)防科工委項目（有機矽材料）。2004年進入GE通用電氣有機矽（後邁圖）從事技術研究、項目經理和(hé / huò)廠長等工作。2010年加入奧斯佳，主持奧斯佳松江工廠和(hé / huò)張家港工廠的(de)建設和(hé / huò)營運，2020年開始擔任奧斯佳研究院院長。