聚氨酯(PU)是一種重要的合成材料,性能范圍寬廣,產品種類繁多,用途廣泛。其涉及的環保問題也是多方面的,現擇其要點,做以簡述。
一.異氰酸酯
異氰酸酯是PU的基本原料,種類繁多,但最常用是TDI和MDI ,它們對人體有嚴重危害,主要是在作業環境中的散發和制品中的殘留物的散發,被吸入體內或是接觸皮膚、黏膜造成傷害。由于異氰酸酯在PU生產中尚不可替代,只能采取適當的安全和環保措施,主要是:
1.制訂嚴格的環保標準,采取有效的措施(例如,盡量減少敞開操作環節,防止泄漏,有效的通風,現場環境中異氰酸酯含量的檢測和警示,作業人員的職業防護措施等),使異氰酸酯在作業環境中的散發量被限制在一個相對較低的水平。
2.采用合理的配方與工藝,包括必要的后處理,使制品中異氰酸酯的殘留量控制在很低的水平。
3.近年來,以MDI替代TDI的配方及工藝技術受到人們的日益重視,并取的了很大的進展。MDI的應用范圍不斷擴大,甚至在TDI的一統領域大塊軟泡方面,也有了許多成功的應用實例。除了工藝和性能方面的因素外,環保方面的原因是強大的推動力。眾所周知,MDI 較TDI的揮發性要小得多,相對而言,有利于環保。
本行業已積累了大量有關異氰酸酯安全與環保方面的知識和經驗,相應的規范和對策也較完善,大型的異氰酸酯生產廠商,對責任關懷日益重視,這一切為較安全地使用異氰酸酯創造了有利條件。異氰酸酯散發后,將與大氣中的水分起反應而被破壞,生成胺與二氧化碳,異氰酸酯的環保問題主要是對局部環境而言。
目前國內聚氨酯行業中,不同程度地存在對異氰酸酯安全與環保不夠重視的現象,投入不夠,措施不得力,未能嚴格執行有關的安全與環保規范,是令人擔憂的問題。
二. 氯氟烴(C F C s )的替代
CFCs(F11、F12 等)破壞大氣臭氧層,嚴重威脅地球生物的安全。對于逐步淘汰CFCs、 以對環境友好的物質來替代這一問題,已形成了國際共識,并簽訂了有關的國際公約。由于及時采取了有效措施,事態已有了好的轉機。但要完全恢復已遭破壞的臭氧層,還要經過長期不懈的努力,這方面的環保任務可謂任重道遠。
聚氨酯工業是CFCs 的大宗用戶(作為發泡劑)。被環保一票否決的F11,在其他方面的很多優點是替代品難以達到的。因此,CFCs的替代難度很大。近十余年來,聚氨酯行業為CFCs的替代做出了艱苦的、巨大的努力,付出了高昂的代價,因為涉及到配方、工藝、產品性能、成本等重要因素,對聚氨酯工業來說,有如傷筋動骨。盡管如此,這一勢在必行的工作,還是取得了很大的成功。一批替代品已經推出,各類產品的替代路線也已基本確定。大致情況如下:
1.軟質聚氨酯泡沫
軟泡主要以水為化學發泡劑,傳統上以F11為物理發泡劑。替代品目前以二氯甲烷為主。然而,二氯甲烷仍有一定的破壞臭氧的潛能(ODP ≠ 0),只不過較F11 的ODP小而已。近年來,以二氧化碳為物理發泡劑的技術日臻完善,并已陸續投入了工業應用。二氧化碳的ODP = 0,屬于最終替代物。在考慮替代方案時,還必須兼顧GWP(使地球變暖的潛能)這一重要因素,即直接與間接產生溫室效應氣體的量,主要是二氧化碳,這是一筆總賬。當然,GWP 相對較小的替代方案應予優選。以二氧化碳為物理發泡劑完全符合這一原則,這里所用的二氧化碳只是其他工業過程的副產物,屬于再利用。近年,還開發了變壓發泡、強制冷卻發泡等軟炮生產新工藝,也是環保方案的一部分。
2.硬質聚氨酯泡
硬泡的CFCs 替代是分步進行的,先是以HCFC-141b(較F11的ODP小得多)作為過渡性發泡劑,發達國家已于2003 年停止使用,我國目前仍在使用,國際公約允許發展中國家的替代進度可以稍緩一些。烴類發泡劑(環戊烷等)價廉易得,但制品導熱系數偏高,且易燃,必須有可靠的安全措施,增加了應用的麻煩。這一路線目前在歐盟、日本應用較多,我國也有應用。當初是與HCFC-141b路線幾乎同時起步的,環戊烷的ODP為零,GWP也遠小于HCFC-141b,被認為是一種更有利于環保的替代方案。美國對揮發性有機化合物(VOC)的散發控制較嚴,環戊烷等屬VOC,故對該路線一直持慎重態度。
氫氟烴(HFC)是較理想的最終替代物(ODP=0,GWP 很?。?,但真正能全面符合要求的,也只有其中的極少數幾種。其預判、合成、篩選、毒性試驗、中試、工業化等一系列的工作,十分繁雜和費時。值得慶幸的是,業內人士期盼已久的HFC 類替代品終于面市了,主要是HFC-245fa、HFC-365mfc,在具體應用上還包括各種HFC 類物質(例如HFC-227ea 等)的混配,以達到最佳效果。
3.自結皮
聚氨酯泡沫
自結皮泡沫與以上兩類泡沫相比,其量要小得多。其替代路線與硬泡相仿,即由HCFC(141b、22)、烴類(環戊烷等),再到后來的HFC類(365mfc等)。應當說明,HFC中的134a 是早就有的,其在自結皮泡沫上的應用也較早,但由于其常溫下為氣體(沸點-26.5℃),使用極為不便?,F在有了新型的HFC 類(包括HFC 類的摻混),當然就比較理想了。
自結皮泡沫的替代路線中,有一種是水發泡。與前述的軟泡與硬炮不同,以往的自結皮泡沫生產工藝中并不用水為化學發泡劑,因為難以形成皮層,并且存在諸多工藝上的困難。CFCs的環保問題促進了對水發泡自結皮的研究,并取得了成功。該產品與傳統意義上的自結皮產品雖然有所不同(皮層較薄),但在很多方面的應用效果很好。前面曾提到,根據國際公約,發展中國家在CFCs 的替代進度方面,允許有一個寬限期。但由于經濟全球化進程加快,我國參與國際經濟分工與合作的步伐加快,促使CFCs 替代的進度也必須跟上。否則,將面臨貿易上的環保壁壘,致使許多與此相關的產品(例如冰箱、多種汽車零部件等)不能出口。因此,我們必須從大處著眼,加快替代的進度。