在环保和节能两大趋势的引导下,冰箱聚氨酯用发泡剂经历了从最初的CFC-11到HCFC-141b,到后来的环戊烷,再到今天环戊烷+HFC-245fa的共混发泡体系,冰箱的聚氨酯发泡技术实现了从单一发泡体系向共混发泡体系的过渡。与冰箱行业相比,稍显滞后的电热水器行业也从2019年开始了对HCFC-141b的全面淘汰,进入环戊烷、环戊烷+HFC-245fa等多种共混技术并存的时代。未来,以冰箱和热水器为代表的家电产品的发泡技术将走向何方,值得探讨。

  发泡剂系统演变

  “现在,冰箱行业中的主流品牌以环戊烷+HFC-245fa共混发泡体系为主,之前纯环戊烷的发泡体系几乎被全部替代。”某业内人士道出冰箱行业的聚氨酯发泡技术应用现状。事实上,随着冰箱行业对环保、节能技术指标的要求越来越高,冰箱行业发泡体系不断发生变化。1994年,中国家电行业制订了《中国家用制冷工业CFCs逐步淘汰战略研究》。研究提出,选择环戊烷为发泡剂替代CFC-11。随着2016年GB12021.2-2015《家用电冰箱耗电量限定值及能效等级》的正式实施,HFC-245fa在冰箱行业的应用逐步扩大。作为HFC-245fa的主要生产企业之一,霍尼韦尔见证了整个过程。据霍尼韦尔有关负责人介绍,过去几年,霍尼韦尔HFC-245fa业务呈现快速增长的态势。2019年1月1日,基加利修正案正式实施,标志着以HFC-245fa为代表的HFCs被纳入淘汰名单。之后,以HFOs作为发泡剂的新一代发泡体系得到进一步推广。

  虽然HFC-245fa被明确列入淘汰名单,但是由于距离彻底淘汰还有一段时间,业内对此看法不一。一方面,部分氟化工企业看到当下市场对HFC-245fa的需求旺盛,纷纷进入这一行业分一杯羹,不过这些企业的产量很少,尚未对对HFC-245fa的供应格局产生太大影响。另一方面,作为HFC-245fa最初的唯一生产者,霍尼韦尔明确表示将不再扩大HFC-245fa的生产,未来将重点推广LBA。

  霍尼韦尔有关负责人表示,未来5~10年,无论是出于对能效还是对成本的考虑,HFC-245fa将继续应用一段时间。特别是在一些法规要求没有那么严格的领域,比如热水器行业,会对HFC-245fa保有一定数量的需求。目前,电热水器行业已经禁止使用HCFC-141b,2018年电热水器行业已经基本完成发泡体系的切换,其中,美的采用HFC-245fa+环戊烷发泡体系;部分空气源热泵热水器企业开始考虑使用HFC-245fa+环戊烷或LBA+环戊烷的共混发泡体系。霍尼韦尔在中国太仓的生产基地完全可以满足亚太地区对HFC-245fa的需求,没有扩产计划。

  替代HFC-245fa,HFOs发泡剂是目前业内比较明确的替代方案之一。对于HFOs作为发泡剂在家电行业的应用进展,霍尼韦尔有关负责人坦言:“我们已经和美的、海尔海信等国内主流的冰箱品牌建立了深度合作。在这些企业中,LBA主要用在出口机型上,另外一部分用于内销机型主要为了提升产品的能效。”不仅霍尼韦尔,HFOs发泡剂的另一位供应商科慕生产的Opteon 1100也和多家家电品牌完成了测试验证。

  发泡工艺持续创新

  从二元发泡体系过渡到多元发泡体系,新加坡润英公司是其中的重要参与者。中国是世界上唯一采用共混发泡体系的国家,润英则是最早发明多元预混设备的企业。据新加坡润英聚合工业有限公司中国区域销售经理张豫夫介绍,不同发泡剂的物理和化学性质不同、所占比例不同,需要对预混设备进行特别设计。例如,3组份预混HFC-245fa沸点低,环戊烷沸点高,二者之间是矛盾的,这需要预混设备将二者有机结合起来。要保证和控制粗聚醚,HFC-245fa和环戊烷的流量稳定性,就要对设备系统配置进行特别的设计。此外,润英的发泡设备的预混装置可以帮助企业实现四元混合发泡,甚至五元混合发泡。

  除了增加组份平衡能效和成本,发泡工艺的创新也是聚氨酯设备和原料企业始终追求的方向。据某业内人士透露,随着国内发泡设备厂生产的设备可以满足家电企业的需求,外资设备厂面临非常大的挑战。凭借深厚的研发和创新能力,提升和更新聚氨酯发泡工艺是这些外资企业的选择。张豫夫明确表示,润英的业务涉及发泡料预混设备和发泡设备,其中针对家电领域,主要投入到创新型应用项目的研发。

  微孔发泡技术是科思创于2013年在德国总部开始研发的新技术,可以通过减小泡沫孔径,降低绝热系数。对于家电企业来说,切换微孔发泡技术不需要任何额外设备投资,不需要调整生产线,不增加成本。对于微孔发泡技术的应用现状,科思创方面回应称:“微孔发泡技术已成功在我们大客户的高端冰箱生产线上实现商业化。微孔发泡技术在普通发泡体系的基础上配合各种发泡剂体系,可以实现隔热性能大幅提升;同时加快生产节拍并且优化注料量,实现产品品质的控制,节约生产成本。”

  不管是混合发泡技术,还是微孔发泡技术,着力点都在提高聚氨酯硬泡的绝热性能上。而真空发泡技术和减压发泡技术不仅可以提高绝热性能,还能实现生产效率大幅提高。

  真空发泡技术是由意大利康隆公司和陶氏化学联合开发的。据陶氏聚氨酯部门亚太区市场经理秦桑路介绍,使用真空发泡技术可以让家电企业在不增加成本的情况下将能效提升10%,同时通过缩短将近50%的脱模时间,大幅度增加循环次数,提高生产效率。他进一步补充说:“目前,真空发泡技术的应用范围在不断扩大。2019年,陶氏在戊烷基础上,将真空发泡技术应用到更多混配发泡体系中,比如HFC-245fa和环戊烷、LBA和环戊烷这两款混配发泡体系。”和真空发泡技术原理类似的减压发泡技术,虽然进展缓慢,但红宝丽也在积极推广中。此外,新加坡润英公司历经数年分别研发出针对汽车行业和管道行业的聚氨酯高压喷涂发泡机,不同的喷涂发泡机可用于生产汽车仪表板的表皮,汽车天窗遮阳板,汽车PHC备胎板等产品和用于喷涂缠绕工艺生产保温管的聚氨酯保温层。对于该技术是否可以应用于家电行业,还处于研发中。