(1) 烷烃发泡剂的特点

在可以用作硬质聚氨酯泡沫塑料发泡剂CFC-11的许多替代物中，烷烃化合物因臭氧消耗潜值(ODP值)为零、温室效应很小、无毒、对环境影响极小而受到重视。戊烷发泡技术已被欧洲、亚洲等地区厂家采用。零ODP的烷烃达到“蒙特利尔协议”国际公约废除臭氧消耗物质的生产和使用的要求，估计它们再也不会象HCFC那样必须被别的物质取代。

几种烷烃发泡剂的物性指标见表2-10。

      表2-10  常见烷烃发泡剂的物理性能以及与CFC-11的比较

      注： l₂₅ 为25℃气相热导率数据，蒸气压为20℃时数据。

HC(烷烃)路线中最有实用价值的主要是戊烷类化合物发泡工艺。有实用价值的烷烃发泡剂主要是液态环戊烷、正戊烷、异戊烷三种，可通称为“戊烷类发泡剂”。这3种烷烃室温下为液态，其ODP值均为零，GWP值很低(若以CO₂的GWP定为1，则戊烷的GWP为11，而CFC-11的GWP为4000)。1992年德国环保局推出“蓝天使”标志，限制含卤素发泡剂的使用，使德国等欧盟国家把CFC取代的注意力集中于戊烷类发泡剂。

与CFC-11及HCFC-141b相比，戊烷类发泡剂有三个主要不利之处：

(i) 烷烃是一类易燃的挥发性有机化合物(VOC)，它们与空气的混合物在一定程度和条件下可发生爆炸，若由CFC-11、HCFC-141b等发泡生产线转换到戊烷发泡，为保证安全生产，需对现有计量、贮存及发泡设备进行较大的改进，增加复杂的安全处理设施，操作工艺需严格控制，以保证安全生产。因而设备成本较液态HCFC、HFC发泡体系的高。

(ii) 戊烷在聚醚多元醇中的溶解性较差，环戊烷在不同的通用硬泡聚醚多元醇中的溶解度在10％～20％范围，而正戊烷及异戊烷的溶解度仅在7％以内。为了使添加发泡剂达到一定的量，一般需采用特殊的和改进的多元醇及助剂。

发泡剂与聚醚多元醇的相容性对发泡效率、尺寸稳定性等泡沫特性具有较大的影响。

(iii) 烷烃的气相热导率较高，因而制得的硬泡绝热性能不如HCFC-141b等的泡沫。

不过，戊烷类化合物在室温下为液态，资源丰富，价格低，虽然发泡设备费用较高，但生产量大的厂家能在数年内可收回投资。且烷烃发泡剂分子量低，同样密度的泡沫所需的烃类发泡剂用量比CFC-11小。采用特殊和改进的多元醇及助剂，在泡沫组合料中戊烷已能够达到一定的溶解性。改进配方的环戊烷发泡泡沫，绝热性与HCFC-141b发泡泡沫相近，仍可满足欧洲等地区国家对冰箱等家用电器绝热能耗要求。但戊烷发泡的冰箱绝热性能达不到美国1993年制订的家用电器能耗标准的要求。

经过多年的研究，具有较好绝热性能的降低密度的戊烷类发泡配方已被开发，戊烷已被许多国家的聚氨酯泡沫塑料厂所接受，在欧洲环戊烷主要用于冰箱等家电，正戊烷、异戊烷或其混合物用于层压板。在某些场合如喷涂硬泡、板材，用戊烷发泡体系不合适。

发泡剂与聚醚多元醇体系的相溶性对发泡效率、泡沫特性(特别是泡沫体尺寸稳定性)具有决定性影响，体系主要基于聚酯多元醇并含有阻燃剂时，烷烃发泡剂与聚酯多元醇体系的相溶性较差；反之，当体系主要基于以胺为起始剂的聚醚多元醇时，烷烃发泡剂与聚醚多元醇体系的相容性较好。

(2) 环戊烷发泡体系

环戊烷的气相热导率在烷烃发泡剂中最低，它在聚醚多元醇中的溶解度相对较高，是用量最大的烷烃发泡剂。硬质聚氨酯泡沫塑料环戊烷发泡体系于1993年工业化，主要用于冰箱绝热材料。据德国Bayer公司称1994年采用其环戊烷发泡配方已在欧洲生产了300多万台冰箱。

由于环戊烷的沸点比室温高，发泡后泡孔中部分环戊烷气体冷凝并对聚氨酯基质起增塑效应，产生有一定程度的溶胀作用。故为了达到泡沫稳定所需的最低压缩强度和绝热性能，泡沫的密度要比CFC-11发泡泡沫高10％以上(在冰箱绝热层泡沫密度需在38 kg/m³以上)。其导热系数也较高。为了降低泡沫的密度及导热系数，Bayer、ICI聚氨酯、Dow化学等公司在随后的几年里，成功地开发了改良型环戊烷发泡体系，其性能与CFC-11降低50％体系相仿，泡沫最低密度约35 kg/m³。Dow化学公司开发了三种环戊烷发泡体系，硬泡制品模塑密度在35～38 kg/m³，24℃导热系数为20.3～21.4 mW/(m×K)；而作为参照的CFC-11减半体系的泡沫密度为33 kg/m³、导热系数为21 mW/(m×K)。环戊烷发泡泡沫的长期导热系数比CFC-11减半体系的低，泡沫塑料的绝热性能耐老化行为较好。

虽然烷烃化合物是可燃物质，不过对聚氨酯泡沫制品的燃烧性起决定作用的是聚氨酯的化学性质而不是发泡剂类型；烷烃发泡剂用量少，对泡沫燃烧性能影响很小。

环戊烷作为氟氯烃物质的替用品，其市场开发前景看好。

目前，世界上替代氟氯烃发泡剂的技术路线之一是使用环戊烷。欧洲的冰箱制造商已经在使用环戊烷发泡作为电冰箱隔热材料。环戊烷具有许多优点：首先是价廉，在所有的氟氯烃替代物中它的单位替代成本最小；其次是环境效应最好，环戊烷的臭氧消耗潜力 (ODP) 为零。此外，环戊烷使用中面临的主要问题——安全问题也已经得到了很好的解决。据中国家用电器协会介绍，中国已决定采用环戊烷作为氟氯烃发泡剂的替代品。环戊烷不仅市场广阔，来源也十分丰富。环戊烷可以通过对乙烯裂解副产 C5烃分离、加工获得。

目前，国内主要的聚醚及硬泡组合料生产企业已开发生产出环戊烷型无氟组合聚醚。许多著名的大型冰箱、冰柜生产厂家如海尔、科龙、新飞、长岭等已大批量使用环戊烷型组合聚醚作为冰箱、冰柜发泡原料。

(3) 环戊烷/低沸点烷烃发泡体系

在欧洲及我国，烃类发泡剂已得到了较为广泛的应用。在烷烃发泡技术中，为了维持泡沫尺寸稳定性，环戊烷发泡体系泡沫密度较CFC-11体系的大。因此Bayer、Huntsman等许多公司将开发力度放在了烃类发泡剂的改进工作上。已有许多公司通过对配方的改进，用环戊烷与异戊烷或其它低沸点烃的混合物作发泡剂，可使冰箱绝热泡沫的芯密度降至31.5 kg/m³，能量消耗行为与原先的环戊烷体系相似。

为了降低环戊烷发泡泡沫塑料的密度，进而降低泡沫成本，目前较实用的方法是利用低沸点的烃类化合物例如异戊烷、异丁烷或正丁烷等与环戊烷掺混，来增加泡孔内压，从而改进发泡时的泡沫流动性，同时可改善泡沫的尺寸稳定性，并降低泡沫的密度。从1996年起，欧洲许多电冰箱生产厂家在制造冰箱隔热层时逐渐开始选用环戊烷-异戊烷混合物发泡体系，越来越多的厂家倾向于使用环戊烷-异戊烷发泡技术。因为该体系利用异戊烷的低沸点、高蒸气压来增强泡孔压力，从而改善泡沫尺寸稳定性，达到降低泡沫密度和灌注量的目的。并且环戊烷-异戊烷混合物的安全性与环戊烷相同，可直接使用原有的环戊烷体系发泡生产线。

由于这些烷烃的热导率比环戊烷高，所以室温下泡沫的导热系数高于环戊烷发泡泡沫，但由于戊烷或丁烷异构体比环戊烷低的冷凝温度，冰箱工作时(0℃以下)泡沫绝热性能比常温时好。ICI聚氨酯公司(现Huntsman聚氨酯公司)开发的基于环戊烷的低密度混合烃发泡技术，采用特殊的多元醇体系，箱体泡沫密度(10％过填充)35.6 kg/m³、10℃导热系数为20.3 mW/(m×K)，而作为参照的环戊烷泡沫的密度和导热系数分布为37.6 kg/m³、19.8 mW/(m×K)。

1996年，Dow公司用丁烷与环戊烷掺混以降低环戊烷泡沫密度，虽然丁烷热导率高、在聚醚多元醇中的溶解度低，但通过新型聚醚多元醇的开发，在保证压缩强度值在泡沫尺寸稳定性所需限度内，该公司已制得了密度约33 kg/m³、导热系数21 mW/(m×K)的低密度泡沫。1997年，环戊烷/丁烷发泡技术已被欧洲冰箱生产厂采用。这一技术需在原有环戊烷发泡生产线的基础上对发泡剂与多元醇的预混装置进行改造，以使低沸点组分得以加入。

Huntsman与我国的海尔公司合作进行了环戊烷/异戊烷共混发泡技术的实验及大规模生产，在泡沫的生产工艺条件和产品物理性能不变的情况下，减少了8％的聚氨酯原料使用量，并提高了产品的脱模速度；拜耳公司则开发了低密低导系统、超细泡孔化系统和混合烷烃发泡系统等三种发泡体系，通过不同的组合料，来解决传统环戊烷发泡剂热导率高、填充密度大等缺点，并减少了聚氨酯材料的使用。国内已有多家单位研制成功环戊烷-异戊烷型组合聚醚。例如，广东科龙电器股份有限公司1999年起，从环戊烷-异戊烷体系泡沫物性、体系各组分相容性、稳定性、泡沫加速老化、发泡加工工艺特性等方面入手，自行研制环戊烷-异戊烷发泡组合聚醚，并在冰箱生产应用。山东东大聚合物股份有限公司2000年初研制成功环戊烷-异戊烷型组合聚醚，2001年9月28日通过鉴定。冰箱箱体泡沫经北京家用电器研究所检测，性能符合中华人民共和国行业标准QB/T2081－95要求。南京红宝丽股份有限公司也开发成功环戊烷-异戊烷“降本型”组合聚醚。与环戊烷发泡体系相比，使用环戊烷-异戊烷发泡可降低原料使用量10%左右，降低了泡沫塑料生产成本，具有较强市场竞争力。烷烃发泡聚氨酯硬泡体系除用于冰箱、冰柜，还可用于建筑、石油、化工、交通运输等领域。

美国、日本等发达国家面临HCFC-141b的禁用，HFC发泡剂的不确定因素，已有不少公司使用戊烷发泡体系来替代HCFC-141b体系生产用于冰箱保温等用途的硬质聚氨酯泡沫塑料。

(4)  正/异戊烷发泡体系以及其它混合发泡体系

正戊烷和异戊烷的自然资源比较丰富，价格比环戊烷低。有研究表明，通过改进多元醇，增加戊烷的溶解度，可单独用异戊烷而得到性能良好的聚氨酯硬泡，如表2-11所示。

 表2-11  异戊烷发泡聚氨酯硬泡体系发泡剂量的用量与泡沫性能

正/异戊烷混合物主要用于建筑用聚氨酯硬泡的发泡剂。1994年始，Dow公司采用异/正戊烷(75/25)发泡体系，使泡沫最低稳定密度降低到32 kg/m³，但导热系数增加了约10％，不过由于戊烷混合物发泡泡沫密度分布均匀，绝热能耗仅比CFC-11体系增加了约2％～5％。Huntsman聚氨酯公司开发的正/异戊烷(25/75)发泡体系也得到类似结果，箱体稳定密度约34 kg/m³，而10℃时泡沫导热系数为21 mW/(m×K)，仅比环戊烷泡沫高1 mW/(m×K)。由于正/异戊烷的气相热导率较环戊烷高，且在聚醚中溶解度小，在冰箱工业中很少单独使用。

还有人研究了HCFC或HFC与戊烷类发泡剂的混合发泡剂，可得到性能比较理想的泡沫。