[发明专利]绝热泡沫塑料

说明书

发明背景

发明领域

本发明涉及使用1，1，1，3，3-五氟丙烷(HFC-245fa)作为物理发泡剂制备的硬质聚氨酯或聚异氰脲酸酯的闭孔泡沫塑料。

背景技术讨论

太阳能热水器(solar water heater)工业已通过中国公司得到进一步发展。在使用该加热器的早期，使用低成本材料对加热器的水箱外部进行绝热，以减少制造成本。由于没有控制绝热性能的标准，因此使用普通的绝热材料，例如棉纤维和塑料层。在有些情况下，不使用绝热。

随着太阳能加热器市场的迅速增长，用CFC-11发泡的聚氨酯(PUR)和聚异氰脲酸酯(PIR)泡沫塑料用作环绕水箱的绝热材料。其后是用HCFC-141发泡的泡沫塑料。对于环绕水箱的绝热层，必须考虑一些独特的要求：(I)由于水箱安装的位置，尺寸稳定性非常重要-水箱下面的的泡沫塑料层需要支撑体积可为100～2000L的“水”的全部重量；(2)户外的温度范围可为50～40℃；和(3)不同位置间的环境条件的变化。环境条件包括风、雨、UV暴露、酸性腐蚀和沙尘暴。给定的条件变化下，泡沫塑料层必须显示足够的表面附着性和稳定性。

称为低密度硬质聚氨酯或聚异氰脲酸酯泡沫塑料的那类泡沫塑料用于各种各样的绝热应用，所述应用包括但不限于屋顶系统、建筑物面板(building panel)、冰箱和冷冻机。通过在挥发性发泡剂或者经由化学反应产生气体的化学发泡剂的存在下使有机多异氰酸酯与多元醇或多元醇的混合物反应来制造聚氨酯及聚异氰脲酸酯泡沫塑料。通过在异氰酸酯与多元醇反应形成泡沫体的聚合混合物的过程中释放的热量使挥发性发泡剂蒸发。这种反应和发泡过程可通过使用各种添加剂而得到增强，所述添加剂例如催化剂、表面活性剂、增容剂、阻燃剂和其它添加剂，该其它添加剂用来控制混合物的反应速率，控制和调节泡孔尺寸，使泡沫结构在形成过程中稳定化，并使最终泡沫塑料产品的物理性能和可燃性最优化。

在绝热泡沫塑料应用中使用碳氟化合物作为优选的发泡剂是部分基于所得的与生产的泡沫塑料有关的k-因子。k-因子是泡沫塑料的导热率的一种度量，定义为一小时内通过一平方英尺的一英寸厚材料的传热速率，其中垂直通过该材料的两个表面存在一华氏度的温差。

氟碳化合物由于其挥发性不仅作为发泡剂，而且被包封或夹带在硬质泡沫塑料的闭孔结构中，是硬质聚氨酯泡沫塑料的低热导率性能的主要贡献者。用诸如三氯氟甲烷(″CFC-11″)的氯氟烃发泡剂和诸如1，1-二氯-l-氟乙烷(″HCFC-141b″)的氢氯氟烃(hydrochloroflurocarbon)发泡剂制造的泡沫塑料，部分由于其很低的气相热导率而提供优异的热绝缘，并因此已广泛用于绝热应用。

但是，现在认识到向大气释放某些氟碳化合物(最显著是氯氟烃(″CFC″)和氢氯氟烃(″HCFC″))促使同温臭氧层损耗。考虑到与CFC和HCFC有关的环境问题，已停止使用CFC-11，HCFC-141b正处于逐渐停止使用的过程中，并被零臭氧损耗潜势(zero ozone depletion potential)材料所替代，所述潜在材料如氢氟烃(″HFC″)、烃类、通过水与异氰酸酯的反应而产生的CO₂、以及其它物质。

理想的是使用零臭氧损耗潜势发泡剂，如水、烃类和氢氟烃(hydroflurocarbon)。但是，水本身不是最佳的发泡剂，因为所制成的泡沫塑料缺乏与用CFC或HCFC发泡剂制成的泡沫塑料相同程度的绝热效率、尺寸稳定性和附着性。烃发泡剂是易燃的，因此不大合乎需要。因为硬质聚氨酯泡沫塑料必须符合建筑物规范或其它规章，用烃发泡剂发泡的这类泡沫塑料可能需要加入较高含量的昂贵的阻燃材料。而且，烃发泡剂可能归类为挥发性有机化合物(VOC)，并要遵照环境规章。

氢氟烃，特别1，1，1，3，3-五氟丙烷(HFC-245fa)，提供CFC和HCFC发泡剂的许多优点，包括不燃性、低的气相热导率、安全和容易使用。此外，因为分子中没有氯，其不会促使地球臭氧层损耗。

目前，太阳能加热器装置(例如太阳能加热器水箱)的绝热层中最常使用的发泡剂是对环境不良的CFC，如CFC-11，已知它们会破坏同温臭氧层。