БЕСФРЕОНОВОЕ ЗАВТРА

 

Выполняя взятые Россией международные обязательства по охране озонового слоя Земли, Государственный комитет по охране окружающей среды РФ издал 30 декабря 1999 года приказ "О неотложных мерах по поэтапному сокращению производства и потребления озоноразрушающих веществ". В числе прочих мероприятий приказ предусматривает прекращение производства фреона-11 с июля 2000 года.
        На протяжении десятилетий фреон-11 обеспечивал превосходные теплоизоляционные свойства и технологичность производства жестких пенополиуретанов. Итак, завтра фреона-11 в России не будет. Это известие не застало врасплох НПП "Изолан", специалисты которого в течение последних лет успешно работают над созданием озонобезопасных ПУ-систем для изоляции труб, строительства, холодильников, напыления и т.д. Сегодня мы можем предложить потребителям широкий ассортимент ПУ-систем на основе озонобезопасных вспенивающих агентов, которые способны решить проблемы энергосбережения в жилищно-коммунальном хозяйстве, газо- и нефтедобыче, строительстве.

Введение

        В течение последних нескольких десятилетий во всем мире наблюдался стремительный рост потребления жестких пенополиуретанов (ППУ) в различных отраслях  промышленности.   Сейчас в этом полиуретановом секторе используют более 1,5 млн. тонн в год ППУ. При этом на изготовление изоляционных плит и блочной пены в последние годы расходуется более 40% сырья, еще 30% идет на изготовление строительных панелей. Оставшиеся 30% делятся приблизительно поровну между изоляцией трубопроводов, однокомпонентными пенами и напылением.
        Стремительное развитие рынка жестких ППУ в строительстве основано на уникальных свойствах этого материала. В первую очередь это превосходные теплоизоляционные свойства, высокая механическая прочность, хорошая адгезия ко всем строительным и конструкционным материалам, прекрасная технологичность.
        Однако столь динамичная картина развития жестких ППУ пока не свойственна российскому полиуретановому рынку. Несмотря на достаточно жесткие требования Закона РФ "Об энергосбережении" и Постановления Госкомитета РФ по жилищной и строительной политике, обязывающие проектировщиков и строителей руководствоваться новыми повышенными нормами по энергосбережению, многие строительные компании продолжают по старинке использовать в конструкции зданий традиционные материалы, увеличивая при этом толщину стен. Пока пенополиуретан в России не занял подобающее ему ведущее место в ряду теплоизоляционных материалов, как во всем мире, где он успешно конкурирует с пенополистиролом и минватой. И это несмотря на то, что в нашей стране имеются значительные производственные мощности по изготовлению сэндвич-панелей с теплоизоляцией из пенополиуретана, которые могут обеспечить российских строителей высокоэффективной теплоизоляцией.
        Развитие пенополиуретанового рынка жесткой пены - это не всегда безудержное увеличение объемов, но завоевание новых сфер применения,  совершенствование технологий производства и свойств пенопластов. За последние годыжесткая пена сталкивалась с достаточно серьезными проблемами. Одной из таких проблем является замена хорошо зарекомендовавшего себя практически во всех системах жестких ППУ фреона-11, относящегося, по современной терминологии,   к   хлорфторуглеродам (ХФУ), которые составляют группу продуктов, негативно влияющих на озоновый слой Земли. Исключительность фреона-11 (ХФУ-11) состоит в том, что он, обладая низкой теплопроводностью, находясь в закрытых ячейках полиуретанового пенопласта, мог десятилетиями обеспечивать превосходные изоляционные свойства жестких ППУ. Однако из-за снижения концентрации озона в стратосфере международное сообщество приняло в 1987 году решение о прекращении производства и использования хлорфторуглеродов. Это так называемое Монреальское соглашение было подписано и Россией. И если в развитых странах о фреоне-11 забыли к 1997 году, то в России его эра закончится 1 июля 2000 года.
        В последнее десятилетие химики и инженеры, производители и поставщики сырьевых материалов во всем мире интенсивно работают над тем, чтобы найти замену фреону-11 во всех областях применения. Большое количество альтернативных вспенивающих агентов было исследовано в отношении технологической пригодности, токсичности, воздействия на окружающую среду и экономическую целесообразность. Это такие гидрохлорфторуглероды    (ГФХУ),    как ГФХУ-123, 1416, 22, 1426; гидрофторуглероды (ГФУ) ГФУ 134а, 350, 245; горючие жидкости н-пентан,  изопентан и циклопентан и, наконец, углекислый газ (CO2). Изоляционные   характеристики и воздействие на окружающую среду альтернативных вспенивающих агентов приведены в таблице 2.

Циклопентан требует высоких затрат на переоборудование

        Введение циклопентана в качестве вспенивающего агента при получении жестких полиуретановых изоляционных пенопластов относится к началу 90-х годов. Решение перейти на циклопентан было обусловлено его благоприятными экологическими свойствами, хотя как вспениватель он менее эффективен по сравнению с ХФУ-11 из-за более высокой температуры кипения и худшего коэффициента теплопроводности газа (3).
        Снижение текучести систем на циклопентане, уменьшение прочности при сжатии готовых пенопластов обычно приводит к повышению плотности изделий и трудностям при формовании. Увеличение веса пены, высокая стоимость циклопентана, затраты на переоборудование предприятия, связанные с безопасностью работы с горючими вспененными   агентами, приводят к реальному увеличению издержек производства. Кроме того, такие летучие органические соединения, как циклопентан, могут способствовать образованию тропосферного озона, загрязняющего атмосферу, который в быту называется "промышленным смогом". Главным недостатком циклопентана является его горючесть и то, что он оказывает пластифицирующее действие на полимерную матрицу, и это приводит к привлечению дополнительных мер по безопасности и повышению плотности по сравнению с системами на воде или ГХФУ-1416. Низкий молекулярный вес циклопентана по сравнению с другими галогенсодержащими вспенивателями позволяет значительно снизить его концентрацию, но приводит к повышению вязкости полиольного компонента.
        Чтобы положительно решить отмеченные выше негативные моменты при использовании циклопентана, необходимы серьезный пересмотр состава композиции и затраты на переоборудование производства.

ГХФУ-1416 - хороший альтернативный вспенивающий агент, но более дорогой

        Наибольший интерес вызвали соединения из всей перечисленной выше гаммы продуктов:
ГХФУ-1416, пентан и двуокись углерода.

        Среди них именно ГХФУ-1416 следует считать самым близким вариантом замены фреона-11 как с точки зрения свойств (таблица 2), так и его поведения при переработке в ПУ-системах. Еще одно преимущество ГХФУ-1416 состоит в том, что переход на этот вспениватель не требует дополнительных капитальных вложений в переоборудование производств, как это происходит при использовании пентана или жидкой двуокиси углерода. При работе с ГХФУ-1416 можно эксплуатировать традиционные машины как низкого, так и высокого давления. Это обстоятельство весьма существенно для российского производителя, не обремененного избытком финансовых средств. Но надо иметь в виду, что фреон-1416 - это не прямая замена фреона-11, что невозможно сделать простым замещением одного вспенивателя другим. Такая замена ничего, кроме негативных моментов, не сулит. Неквалифицированное обращение с фреоном-1416 может привести к увеличению на 10 -12% веса пенопласта, ухудшению формоустойчивости изделий, повышению теплопроводности и стоимости пенопласта. Известно, что ГХФУ-1416 лучше растворяется в простых полиэфирах, чем фреон-11. Следовательно, при соединении с изоцианатом достаточно большое количество ГХФУ-1416 может остаться в уретановом полимере, не выделяясь из него. Ранее было установлено, что:

  1. Остаточное количество ГХФУ-1416, содержащегося в полиуретановом полимере, приблизительно в 1,5 раза выше по сравнению с количеством фреона-11;

  2. Насыщение уретанового полимера вспенивающим агентом продолжается во времени;

  3. Существует корреляционная зависимость между мольной концентрацией вспенивателя в полимере и прочностью при сжатии;

        Таким образом, ухудшение показателей ППУ с ГХФУ-1416 состоит в том, что, оставаясь в полимерной матрице, он размягчает и пластифицирует полимер.
        Проблемы, возникшие с приходом нового вспенивателя - ГХФУ-1416, потребовали разработки новых систем, которые позволили бы сохранить свойственную полиуретановым пенам эффективность и устранить негативное влияние ГХФУ-1416.
        С этой целью нами была проведена работа по оптимизации полиэфирной составляющей ПУ-композиции, выбору активирующей системы и соответствующего ПАВ, а также подбору изоцианатной составляющей. В результате были созданы новые системы жестких  ППУ  с  использованием ГХФУ-1416, которые по физико-механическим,  теплоизоляционным свойствам и формоустойчивости не уступают системам на фреоне-11. В таблице 3 приведены основные характеристики новых озонобезопасных ПУ-систем, выпускаемых   научно-производственным предприятием "Изолан".
        Во многом перспектива использования ГХФУ-1416 связана с его стоимостью. Выпускаемые АО "Химпром" (г. Волгоград) несколько лет назад опытно-промышленные партии данного продукта превосходили по стоимости фреон-11 приблизительно в 3 - 4 раза. Сегодня потребители ГХФУ-1416 ожидают, что его стоимость при промышленном производстве будет не такой высокой.

Химическое вспенивание СО2 имеет хорошую перспективу

        При выборе вспенивающего агента необходимо обращать внимание не только на физико-химические и природно-охранные характеристики, но и на экономические показатели его использования. В частности, это стоимость основного и вспомогательного сырья (цена вспенивателя и антипирена), плотность пены, производительность, дополнительные капитальные вложения, требования к технике безопасности.
        СО2 как изолирующий газ для жестких ППУ, обладает рядом преимуществ. Речь идет об отношении к окружающей среде, безопасности и стоимости. Этот природный инертный газ с потенциалом всемирного потепления на несколько порядков ниже, чем у ХФУ. Кроме того, в отличие от пентана С02 не оказывает негативного фотохимического влияния, не способствует образованию смога.
        Вопреки некоторому негативному отношению к вспененному только водой ППУ (это прежде всего связано со спецификой переработки, допустимым уровнем плотности, размерной стабильностью и теплопроводностью), мы считаем, что вспененные только CO2 пены весьма конкурентоспособны. Особенно хороша позиция этих пен в производстве панелей с газонепроницаемыми покрытиями (фольга, алюминий, железо, пластик и т.п.), где плотность пенопласта должна находиться в диапазоне 45-55 кг/м3, что обеспечивает требуемую прочность, огнезащищенность и возможность изоляции труб по методу "Труба в трубе". Наш опыт показывает, что вспененные водой пены удовлетворяют требованиям промышленности. Системы перерабатываются на традиционном оборудовании. Они имеют необходимую по технологии активность, текучесть, скорость отверждения. К недостатку можно отнести немного завышенное время формования при получении толстых панелей периодическим способом, но это с лихвой компенсируется пониженной стоимостью (нет дорогостоящего альтернативного вспенивателя, меньше антипиренов).
        По физико-механическим свойствам (прочность при сжатии, изгибе и сдвиге, водопоглощение, теплостойкость) ППУ, вспененные водой, равработанные в НПП "Изолан", в полной мере соответствуют существующим промышленным стандартам (таблица 3).

Ближайшие и долгосрочные перспективы

        Поскольку сегодняшний лидер среди вспенивающих агентов- ГХФУ-1416 в будущем будет, возможно, также запрещен, у нас в настоящее время ведутся активные научно-исследовательские работы по оценке и созданию производства новых гидрофторуглеродов, или ГФУ, которые могли бы соответствовать требованиям промышленности, производящей жесткие полиуретановые пенопласты. К числу таких новых продуктов следует отнести ГФУ-365 mfc и ГФУ-245fа. В НПП "Изолан" намечены работы по созданию ПУ- систем с использованием этих новых вспенивателей, и в ближайшее время мы планируем предложить изготовителям жестких ППУ композиции, содержащие полностью инертные в отношении озонового слоя Земли фторорганические вспе-ниватели.
        Таким образом, бесфреоновое завтра уже сегодня ясно просматривается в новых озонобезопасных системах.

 Литература:

1. В.Рейчман, Байер А.Г., Германия, "Жесткие ППУ могут удовлетворить спрос в промышленности", Утек'96, статья 52.

2. В. Паренти, А. Бирч и др. Дау Юроп СА, Швейцария, "Последние достижения использования изопентана в качестве вспенивающего агента при получении жестких ППУ для приборостроения". Утек'96, статья 60.

3. Ш. Матсумото, Митсуи Тоат-суКемикалс Инк. "Тенденции развития жестких полиуретановыхпен для холодильников в Азии". Утек Азия' 95, статья 23.

 
Сайт управляется системой uCoz