王 勇，王向東，李 瑩

（1.環(huán)境保護(hù)部環(huán)境保護(hù)對(duì)外合作中心，北京100035；2.輕工業(yè)塑料加工應(yīng)用研究所，北京100048）

中國(guó)擠塑聚苯乙烯泡沫塑料（XPS）行業(yè)HCFCs替代技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

王 勇1，王向東2，李 瑩2

（1.環(huán)境保護(hù)部環(huán)境保護(hù)對(duì)外合作中心，北京100035；2.輕工業(yè)塑料加工應(yīng)用研究所，北京100048）

綜述了我國(guó)擠塑聚苯乙烯泡沫塑料（XPS）行業(yè)含氫氯氟烴（HCFCs）替代技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)；從原料、設(shè)備、發(fā)泡劑等幾個(gè)方面闡述了XPS泡沫行業(yè)進(jìn)行發(fā)泡劑HCFCs替換的技術(shù)難點(diǎn)，并重點(diǎn)分析了替代產(chǎn)品的性能和市場(chǎng)狀況。最后，介紹了幾種較為成熟的HCFCs替代技術(shù)。

擠塑聚苯乙烯泡沫塑料；含氫氯氟烴；淘汰；原料；設(shè)備；物理發(fā)泡劑；熱導(dǎo)率

0 前言

中國(guó)XPS泡沫行業(yè)目前主要采用含氫氯氟烴（HCFCs）作為發(fā)泡劑，包括 HCFC－22、HCFC－142b以及HCFC－22和HCFC－142b的混合物。脂肪族的氯化物氯氟烴（CFCs）作為發(fā)泡劑用于泡沫塑料的制備可以追溯到20世紀(jì)30年代。1974年，Molina和Rowland發(fā)現(xiàn)了CFCs會(huì)對(duì)臭氧層進(jìn)行不可逆的破壞，CFCs非常穩(wěn)定可以在大氣中遷移，在太陽(yáng)的輻射下發(fā)生分解釋放出氯自由基，并引發(fā)破壞臭氧層的一系列連鎖反應(yīng)，如式（1）和式（2）所示。一個(gè)氯原子在從平流層中完全消失之前可以進(jìn)行100000次這樣的反應(yīng)［1－3］。

為了表征物質(zhì)對(duì)臭氧層的破壞程度以及引起的全球氣候變暖效應(yīng)，分別提出了臭氧消耗潛值（ODP）和全球溫室效應(yīng)影響指數(shù)（GWP），ODP以CFC－11作為標(biāo)準(zhǔn)，其值為1，以二氧化碳為標(biāo)準(zhǔn)，其值為1。

脂肪族氯化物中氟、氯和氫元素含量的變化而導(dǎo)致化學(xué)性質(zhì)變化的趨勢(shì)如圖1所示，氟、氯和氫元素含量不同，其環(huán)境的友好程度不同。氯或溴元素增多（向三角形左下角移動(dòng)）會(huì)增加該發(fā)泡劑的ODP，氯元素增多也會(huì)使沸點(diǎn)升高。氟元素增多（向三角形右下角移動(dòng)）會(huì)增加發(fā)泡劑的溫室效應(yīng)，溫室效應(yīng)取決于紅外線吸收能力（碳氟屏障）和大氣壽命，氟元素增多也會(huì)導(dǎo)致毒性下降。氫元素增多（向三角形頂角移動(dòng)）會(huì)增加發(fā)泡劑的可燃性，也會(huì)縮短在大氣中的壽命，壽命縮短對(duì)減少溫室效應(yīng)有好處。全部鹵化的脂肪烴的ODP值最大，如CFC。HCFCs的穩(wěn)定性低于CFCs，降低了其在大氣中的持久性，因此對(duì)臭氧層的破壞相對(duì)要小［4－6］。

圖1 F、Cl和H變化時(shí)發(fā)泡劑化學(xué)性質(zhì)的變化趨勢(shì)Fig.1 Chemical property of blowing agents changed with content of F，Cl and H

為了保護(hù)地球生態(tài)系統(tǒng)，中國(guó)政府于1989年9月加入了《保護(hù)臭氧層的維也納公約》，并于1991年簽署了《關(guān)于消耗臭氧層物質(zhì)的蒙特利爾議定書》。

2007年9月，第19次《蒙特利爾議定書》締約方大會(huì)通過了加速HCFCs生產(chǎn)與消費(fèi)淘汰調(diào)整案，中國(guó)作為第五條款國(guó)家，在2013年將凍結(jié)HCFCs生產(chǎn)和消費(fèi)量（2009和2010年的平均消費(fèi)量為基準(zhǔn)消費(fèi)量），2015年將消減基準(zhǔn)消費(fèi)量的10%，2020年消減35%，2025年消減67.5%，2030～2040年除少量維修外，全面停止生產(chǎn)和使用。國(guó)家將立法規(guī)范企業(yè)生產(chǎn)和使用消耗臭氧層物質(zhì)，違法生產(chǎn)和使用將受到法律制裁［7］。

1 HCFCs替代技術(shù)現(xiàn)狀

目前，絕大多數(shù)國(guó)內(nèi)XPS生產(chǎn)企業(yè)已經(jīng)充分認(rèn)識(shí)到HCFCs是對(duì)大氣臭氧層有破壞的溫室氣體，未來必將被禁止使用?；诖它c(diǎn)考慮，大部分XPS生產(chǎn)企業(yè)普遍關(guān)注HCFCs的替代技術(shù)，但是對(duì)于國(guó)家政策、采用何種替代技術(shù)、該技術(shù)是否成熟可行、成本是否合理、是否需要改造或者重新購(gòu)置生產(chǎn)設(shè)備、新替代技術(shù)對(duì)于XPS性能的影響、能否達(dá)到現(xiàn)行國(guó)標(biāo)的要求、采用新技術(shù)后XPS的市場(chǎng)情況等諸多問題普遍存在疑慮和困惑。

由于目前國(guó)內(nèi)XPS行業(yè)形成了以價(jià)格為主導(dǎo)的市場(chǎng)格局，造成了XPS生產(chǎn)企業(yè)對(duì)于使用HCFCs替代技術(shù)的出發(fā)點(diǎn)差別較大，現(xiàn)階段，相當(dāng)一部分企業(yè)尤其是一些小型私營(yíng)企業(yè)主要是出于成本方面的考慮。由于國(guó)內(nèi)XPS行業(yè)主要使用回收聚苯乙烯（PS）樹脂進(jìn)行生產(chǎn)，而回收料來源不穩(wěn)定，品質(zhì)和價(jià)格差異較大，甚至有進(jìn)口垃圾的存在。因此，少數(shù)企業(yè)為了降低成本，使用品質(zhì)較差的PS回收料，使得整個(gè)行業(yè)處于價(jià)格的惡性競(jìng)爭(zhēng)。鑒于此，現(xiàn)階段這部分企業(yè)選擇替代品的出發(fā)點(diǎn)是替代價(jià)格越來越高的HCFCs發(fā)泡劑，以降低成本。而少數(shù)規(guī)模較大、社會(huì)責(zé)任感強(qiáng)、技術(shù)儲(chǔ)備較好的企業(yè)則非常支持HCFCs替代，這部分企業(yè)普遍認(rèn)為替代是全行業(yè)技術(shù)升級(jí)和換代的過程，也是行業(yè)面臨新發(fā)展的一個(gè)良機(jī)，可以通過替換提升行業(yè)技術(shù)水平，提高行業(yè)門檻，提升企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，這部分企業(yè)認(rèn)為以自身的優(yōu)勢(shì)可以在實(shí)行技術(shù)替代之后符合國(guó)家政策與行業(yè)形勢(shì)，率先占領(lǐng)市場(chǎng)［8－9］。

總體而言，國(guó)內(nèi)XPS生產(chǎn)企業(yè)多數(shù)都認(rèn)識(shí)和了解HCFCs必將被淘汰，只是對(duì)于替代技術(shù)的認(rèn)識(shí)和準(zhǔn)備程度存在差異。

國(guó)內(nèi)有許多XPS生產(chǎn)企業(yè)對(duì)HCFCs替代技術(shù)進(jìn)行了研發(fā)，積極地采用了不同的替代品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。部分企業(yè)已經(jīng)開始使用替代品進(jìn)行XPS板材的生產(chǎn)。

進(jìn)行過替代技術(shù)研發(fā)的XPS生產(chǎn)企業(yè)普遍都嘗試過CO2或CO2組合發(fā)泡劑進(jìn)行XPS的擠出發(fā)泡生產(chǎn)，但是實(shí)驗(yàn)效果均不理想，主要問題體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）產(chǎn)品密度高

使用CO2生產(chǎn)出來的XPS板材的密度要高于使用HCFCs發(fā)泡的產(chǎn)品，導(dǎo)致產(chǎn)品的成本升高，與HCFCs技術(shù)相比并不理想。

（2）生產(chǎn)穩(wěn)定性不好

在使用CO2進(jìn)行XPS生產(chǎn)時(shí)，由于系統(tǒng)工作壓力較高，生產(chǎn)連續(xù)性差，產(chǎn)品品質(zhì)極其不穩(wěn)定，成品率低。部分企業(yè)由于設(shè)備的問題無法實(shí)現(xiàn)CO2發(fā)泡劑的連續(xù)注入。

（3）產(chǎn)品熱導(dǎo)率高

由于CO2的熱導(dǎo)率要高于 HCFC－22和 HCFC－142b，因此單獨(dú)使用CO2生產(chǎn)的XPS板材熱導(dǎo)率普遍高于現(xiàn)有HCFCs生產(chǎn)的產(chǎn)品，熱導(dǎo)率普遍在0.033W/（m·K）以上，這一數(shù)值比現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)高。而CO2組合發(fā)泡劑（包括CO2與醇類、醚類、烷烴類、水等組合發(fā)泡劑）生產(chǎn)的XPS板材剛下線進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，熱導(dǎo)率可以達(dá)到0.026W/（m·K），放置1個(gè)月后熱導(dǎo)率上升到0.032W/（m·K），仍然不符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

（4）產(chǎn)品尺寸穩(wěn)定性和阻燃性能不佳

CO2/乙醇發(fā)泡的XPS板材，由于醇的沸點(diǎn)較高，很難在常溫下釋放出來，會(huì)大大影響XPS板材的尺寸穩(wěn)定性和阻燃性能。CO2/二甲醚發(fā)泡的XPS板材，產(chǎn)品下線后需在50～60℃下放置72h，再在室溫下放置1個(gè)月，二甲醚就可以完全釋放出來，阻燃性能可以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，但二甲醚易揮發(fā)，生產(chǎn)過程中容易產(chǎn)生靜電，引發(fā)火災(zāi)，安全防護(hù)工作非常重要。CO2/水發(fā)泡的XPS板材，由于水的沸點(diǎn)很高，會(huì)極大地影響產(chǎn)品的尺寸穩(wěn)定性，而且水和阻燃劑六溴環(huán)十二烷會(huì)反應(yīng)釋放出強(qiáng)酸，腐蝕螺桿，進(jìn)而影響產(chǎn)品的阻燃性能。

（5）產(chǎn)品厚度有限

使用CO2生產(chǎn)的XPS板材的厚度有限，只能達(dá)到50～60mm，進(jìn)一步提升厚度，產(chǎn)品品質(zhì)會(huì)下降，出現(xiàn)泡孔破裂、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)塌陷、表面粗糙等問題。

但是CO2組合發(fā)泡劑生產(chǎn)的XPS板材的壓縮強(qiáng)度較高，泡孔小而密，應(yīng)用于鐵路、公路等領(lǐng)域有著無可比擬的優(yōu)勢(shì)，其他發(fā)泡劑生產(chǎn)的板材應(yīng)用于此領(lǐng)域時(shí)彎曲強(qiáng)度和長(zhǎng)期蠕變性能很難滿足要求。

對(duì)于丁烷、戊烷等碳?xì)漕惏l(fā)泡劑，也有企業(yè)進(jìn)行過替代實(shí)驗(yàn)，但是由于使用碳?xì)浒l(fā)泡劑在進(jìn)行生產(chǎn)、儲(chǔ)存、運(yùn)輸、使用的過程中容易發(fā)生安全事故，需要進(jìn)行防火防爆改造，企業(yè)普遍存在較大顧慮，不敢輕易使用，盡管使用碳?xì)浒l(fā)泡劑生產(chǎn)的XPS板材的品質(zhì)可以滿足現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求。

此外，一些小規(guī)模的XPS私營(yíng)企業(yè)普遍使用發(fā)泡水部分取代 HCFC－22或者 HCFC－142b，其主要目的是為了降低成本，但是這樣一來對(duì)板材的性能帶來顯著影響，主要體現(xiàn)在：板子的尺寸穩(wěn)定性非常差，長(zhǎng)度方向上的收縮現(xiàn)象嚴(yán)重；板材的厚度超過60mm后成型加工比較困難。

總體來講，國(guó)內(nèi)大多數(shù)XPS生產(chǎn)企業(yè)充分認(rèn)識(shí)到利用CO2或者以CO2為主的組合發(fā)泡劑進(jìn)行XPS板材的生產(chǎn)加工是HCFCs替代的發(fā)展趨勢(shì)，但是需要從成本、技術(shù)和市場(chǎng)多個(gè)方面評(píng)估替代技術(shù)的適用性，新的替代技術(shù)一定要適應(yīng)中國(guó)XPS行業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀。同時(shí)，大部分行業(yè)人士認(rèn)為，現(xiàn)行XPS國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)不能適應(yīng)當(dāng)前的發(fā)展形勢(shì)，應(yīng)予以修訂，但是新標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該充分考慮到新的替代技術(shù)存在的缺陷，否則將不利于XPS行業(yè)的發(fā)展。

XPS設(shè)備制造企業(yè)對(duì)HCFCs的替代十分關(guān)注，并且進(jìn)行了許多嘗試，主要集中在研制新型發(fā)泡體系下的成型裝備方面，涉及到擠出發(fā)泡成型機(jī)組的主機(jī)、輔機(jī)以及發(fā)泡劑的注入和計(jì)量系統(tǒng)。在使用CO2及CO2組合發(fā)泡劑方面，研發(fā)的主要方向是生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)、如何提高擠出機(jī)組的工作壓力、混合效果以及生產(chǎn)的穩(wěn)定性，重點(diǎn)在研發(fā)使用第一階雙螺桿擠出機(jī)串聯(lián)第二階單螺桿擠出機(jī)作為XPS板材的生產(chǎn)機(jī)組、實(shí)現(xiàn)液態(tài)CO2的輸送、高壓注入和精確計(jì)量。對(duì)于使用碳?xì)漕惏l(fā)泡劑，設(shè)備企業(yè)已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)防火防爆的技術(shù)改造。設(shè)備制造企業(yè)普遍認(rèn)為，XPS板材的HCFCs替代需要從設(shè)備、原料和工藝三方面綜合考慮，才能有所突破。

2 HCFCs替代的難點(diǎn)

總體而言，目前中國(guó)XPS行業(yè)已經(jīng)充分認(rèn)識(shí)到HCFCs替代的必要性，但是結(jié)合行業(yè)發(fā)展實(shí)際情況，原料、裝備、替代技術(shù)的成熟程度、成本和市場(chǎng)等幾個(gè)方面依然面臨眾多困難。

2.1 原料的問題

目前行業(yè)內(nèi)采用的PS回收料的品質(zhì)不均，由于進(jìn)口垃圾在市場(chǎng)上越來越多，導(dǎo)致回收料的成分更難以判別。以當(dāng)前的HCFC－22/142b體系對(duì)PS回收料的適應(yīng)性尚需完善，因此可以預(yù)計(jì)，采用新的發(fā)泡體系將面臨更多的問題。

同時(shí)，采用新的發(fā)泡裝備，如雙螺桿串聯(lián)單螺桿發(fā)泡機(jī)組，對(duì)PS回收料的品質(zhì)亦有所要求。因此，如何改進(jìn)PS回收料的性能是替代所面臨的一個(gè)主要困難。解決的主要辦法是降低回收料的比例，提高配方中全新PS原料的含量；或者是通過對(duì)PS回收料進(jìn)行改性，增強(qiáng)其熔體強(qiáng)度，使其更好地適應(yīng)新的發(fā)泡體系。相比之下，對(duì)PS回收料進(jìn)行改性的辦法對(duì)生產(chǎn)的成本增加更易于被XPS生產(chǎn)企業(yè)所接受。

聚合物自身的熔體強(qiáng)度是支撐泡孔生長(zhǎng)、防止泡孔聚集和破裂以及保證泡孔結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的最主要因素。這里所提及的熔體強(qiáng)度具體是指樹脂熔體的拉伸黏度和熔體彈性。

造成PS回收料熔體強(qiáng)度下降的主要原因是在多次回收使用過程中，PS的分子鏈發(fā)生斷裂，相對(duì)分子質(zhì)量降低，直接導(dǎo)致其熔體強(qiáng)度降低。目前，可用于提高熔體強(qiáng)度的主要措施有以下幾點(diǎn)：

（1）提高回收料的相對(duì)分子質(zhì)量，可以通過加入擴(kuò)鏈劑的方法來實(shí)現(xiàn)；

（2）拓寬回收料的相對(duì)分子質(zhì)量分布，最好能夠產(chǎn)生雙峰分布；

（3）通過物理交聯(lián)或者化學(xué)交聯(lián)的方法使分子鏈產(chǎn)生交聯(lián)結(jié)構(gòu)；

（4）接枝長(zhǎng)鏈，使分子鏈產(chǎn)生支化結(jié)構(gòu)；

（5）添加無機(jī)填料，如納米蒙脫土、滑石粉等；

（6）共混改性，引入其他高熔體強(qiáng)度的聚合物組分；

（7）降低熔體溫度，可以有效地提高氣泡生長(zhǎng)時(shí)聚合物的熔體強(qiáng)度。

只有解決了原料的問題，使其適應(yīng)新的替代技術(shù)和加工設(shè)備，才能使XPS行業(yè)HCFCs的替代更加行之有效。而對(duì)于選擇何種方法對(duì)PS回收料進(jìn)行改性以提高其熔體強(qiáng)度，仍然需要加以驗(yàn)證。

2.2 設(shè)備改造或更換

對(duì)于XPS生產(chǎn)企業(yè)來說，在實(shí)行替代技術(shù)過程中，對(duì)現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行改造或者是將現(xiàn)有設(shè)備更換為全新的加工設(shè)備。二者的意義和可行性差別很大，最主要的問題是設(shè)備成本方面。購(gòu)置全新的XPS生產(chǎn)設(shè)備往往要比改造目前現(xiàn)有設(shè)備的成本高出很多，多數(shù)企業(yè)難以接受。

如果進(jìn)行設(shè)備更換，問題則主要集中在選用進(jìn)口設(shè)備還是國(guó)產(chǎn)設(shè)備方面。進(jìn)口設(shè)備的整體性能更高，但是由于國(guó)外生產(chǎn)XPS板材時(shí)不存在PS回收料的問題，因此進(jìn)口設(shè)備對(duì)于原料的品質(zhì)和性能有較高的選擇性。如果按照國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的原料供應(yīng)狀況，往往不能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的生產(chǎn)，產(chǎn)品品質(zhì)會(huì)出現(xiàn)下降，甚至對(duì)設(shè)備造成較大的損傷。而且進(jìn)口設(shè)備的價(jià)格往往是國(guó)產(chǎn)設(shè)備的10倍左右。目前國(guó)產(chǎn)設(shè)備還停留在較低的水平上，但是也有許多設(shè)備生產(chǎn)商進(jìn)行了大量研發(fā)工作，以期提高其技術(shù)裝備水平和整體生產(chǎn)線的質(zhì)量，有少數(shù)幾條使用新型HCFCs替代技術(shù)的國(guó)產(chǎn)XPS生產(chǎn)線已經(jīng)投入實(shí)際生產(chǎn)中。

如果選擇對(duì)現(xiàn)有XPS生產(chǎn)線進(jìn)行改造，成本則會(huì)大大減少。但是改造核心部件之后，設(shè)備的整體性能、各部分之間運(yùn)轉(zhuǎn)的協(xié)調(diào)性還有待商榷。

2.3 替代設(shè)備的成熟度

對(duì)于新的發(fā)泡體系和新的XPS生產(chǎn)設(shè)備，其成熟程度也是需要考慮的一個(gè)重點(diǎn)。設(shè)備的成熟度直接關(guān)系到新技術(shù)的可行性，使用成熟可靠、生產(chǎn)穩(wěn)定性好、產(chǎn)能大的設(shè)備是XPS生產(chǎn)企業(yè)的首選。

目前有關(guān)成熟度的焦點(diǎn)主要集中在選用雙螺桿串聯(lián)單螺桿擠出發(fā)泡機(jī)組還是單螺桿串聯(lián)單螺桿擠出發(fā)泡機(jī)組。當(dāng)前XPS行業(yè)中主要采用單螺桿串聯(lián)單螺桿擠出發(fā)泡機(jī)組，其價(jià)格較低，操作簡(jiǎn)便，然而雙螺桿串聯(lián)單螺桿擠出發(fā)泡機(jī)組由于具有如下優(yōu)勢(shì)而成為替代設(shè)備的優(yōu)先選擇：

（1）喂料量更大更穩(wěn)定；

（2）雙軸驅(qū)動(dòng)的配置更有利于操作；

（3）混合效果更好；

（4）生產(chǎn)效率更快，即使是添加發(fā)泡劑以后；

（5）冷卻效果及控溫更精確；

（6）熔體溫度更加均一；

（7）在注氣口之前的動(dòng)態(tài)密封效果更加緊密且穩(wěn)定。

但是，使用雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行發(fā)泡也有不足之處。例如價(jià)格高、螺桿芯軸上的扭矩負(fù)荷有限、不能夠使用粒徑大于螺槽深度的粒料進(jìn)行喂料。而很大一部分的成本將來自于清除機(jī)器中的腐蝕、磨損和黏附。

雙螺桿擠出機(jī)由于是饑餓式喂料，難以保持較高壓力，因此如何防止發(fā)泡劑注入后不發(fā)生泄露并保持較高的系統(tǒng)壓力對(duì)螺桿和機(jī)筒的設(shè)計(jì)提出了較高的要求。

熱交換同樣是一個(gè)很大的問題，這會(huì)影響軸向扭矩的要求。當(dāng)氣體注入并溶解在熔體中，黏度會(huì)急劇下降，因此就需要將熔體冷卻到更低且均一的溫度以滿足發(fā)泡的需要，要滿足此時(shí)的熱交換以及螺桿運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的摩擦熱量就需要考慮到螺桿轉(zhuǎn)速、螺桿構(gòu)型以及機(jī)筒的設(shè)計(jì)，最好是在軸向扭矩被全部消耗之前完成冷卻過程。

2.4 發(fā)泡劑的注入和計(jì)量

發(fā)泡劑的用量對(duì)于XPS的擠出發(fā)泡生產(chǎn)很關(guān)鍵，發(fā)泡劑的用量偏低，則產(chǎn)品的密度較高；發(fā)泡劑的用量偏高，則擠出發(fā)泡過程中會(huì)出現(xiàn)爆泡和破裂現(xiàn)象，影響產(chǎn)品的表面質(zhì)量和性能。因此，如何將發(fā)泡劑定量、定壓輸入擠出機(jī)筒中是一個(gè)非常關(guān)鍵的問題。

除氮?dú)馔?，物理發(fā)泡劑包括HCFCs和CO2通常被壓縮為液體注入擠出機(jī)中。發(fā)泡劑的計(jì)量很重要，無論采用何種發(fā)泡劑，都需要進(jìn)行精確的計(jì)量來保證恒定的發(fā)泡劑注入量，以獲得結(jié)構(gòu)均勻的XPS板材。

柱塞泵和隔膜泵均可以用于輸送和計(jì)量液態(tài)發(fā)泡劑。由于進(jìn)入柱塞泵和隔膜泵之前需要壓縮成液態(tài)，而每一種發(fā)泡劑的物理特性不同，因此增壓和保壓的方式不同。柱塞泵普遍用于一般壓力流體的輸送時(shí)不易發(fā)生泄漏現(xiàn)象，而在輸送高壓流體時(shí)則容易出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象。隔膜泵可以用于高壓、低流量流體的輸送，不易發(fā)生泄露現(xiàn)象。

目前，XPS行業(yè)使用 HCFC－22或 HCFC－142b作為發(fā)泡劑時(shí)，普遍使用柱塞泵將儲(chǔ)罐內(nèi)的液態(tài)發(fā)泡劑增壓之后注入擠出機(jī)中，輸出壓力維持在10～15MPa之間，輸送管路無需進(jìn)行過多的處理。而采用CO2作為發(fā)泡劑時(shí)，由于供應(yīng)商提供的液態(tài)CO2為－20℃、2MPa左右，需要對(duì)管路、泵、閥門等進(jìn)行絕熱處理，因此，通常采用在管路系統(tǒng)中增加二級(jí)緩沖罐的辦法，維持二級(jí)CO2儲(chǔ)罐的壓力在6MPa左右，輸送溫度接近環(huán)境溫度。由于輸出壓力高達(dá)20～25MPa，采用CO2作為發(fā)泡劑時(shí)，最好使用隔膜泵以防止泄漏發(fā)生。但由于隔膜泵成本過高，大多數(shù)廠家仍然選擇柱塞泵作為發(fā)泡劑的注入設(shè)備。

無論采用柱塞泵還是隔膜泵，發(fā)泡劑注入和計(jì)量系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)一是保證輸入壓力要高于注入口的機(jī)筒壓力；二是輸入流量要不受擠出機(jī)機(jī)筒背壓的波動(dòng)影響以維持輸入量的恒定。

2.5 防火防爆問題

采用新的替代技術(shù)進(jìn)行XPS板材生產(chǎn)時(shí)，尤其是碳?xì)浼夹g(shù)，必須安裝新的防火、防爆、通風(fēng)的安全設(shè)施，使用更為嚴(yán)格的操作規(guī)程。在安裝防火防爆安全設(shè)施時(shí)，需要對(duì)生產(chǎn)車間、儲(chǔ)存庫(kù)房、泵房、發(fā)泡劑輸送管路、產(chǎn)品堆放區(qū)、送排風(fēng)設(shè)備等進(jìn)行升級(jí)改造。

然而，大多數(shù)XPS生產(chǎn)企業(yè)并不具備原地防火防爆改造的條件，因此，即使碳?xì)涮娲夹g(shù)相對(duì)成熟，有多少企業(yè)愿意采用或者敢于采用有待市場(chǎng)的檢驗(yàn)。

2.6 替代產(chǎn)品的性能及市場(chǎng)

由于替代品的物理特性不同，造成成型工藝存在一定的差異，導(dǎo)致使用一些新的替代技術(shù)之后無法生產(chǎn)更厚的產(chǎn)品。同時(shí)，由于發(fā)泡劑的熱導(dǎo)率和燃燒特性不同，也使得采用新替代品之后的XPS板材的熱導(dǎo)率和阻燃等級(jí)發(fā)生一些變化，尤其是阻燃問題，國(guó)家消防部門對(duì)建材的阻燃標(biāo)準(zhǔn)要求正在提高，而一些替代技術(shù)如碳?xì)浼夹g(shù)會(huì)導(dǎo)致XPS板材阻燃性能下降，將不利于廣泛使用。

XPS生產(chǎn)企業(yè)的主要關(guān)注點(diǎn)就是替代技術(shù)的成本問題，包括設(shè)備更換或改造的成本、運(yùn)營(yíng)成本、原料成本等。XPS生產(chǎn)企業(yè)普遍反映，這些因素引起的成本增加量不能過高，合理的增加范圍應(yīng)當(dāng)在10%～15%之間。

目前，新的替代技術(shù)在環(huán)保方面達(dá)到了要求，但是存在密度較高、成型收縮率較大、尺寸穩(wěn)定性不好的問題，與現(xiàn)有產(chǎn)品存在一定的差異。因此，市場(chǎng)對(duì)新產(chǎn)品的認(rèn)可程度會(huì)直接影響產(chǎn)品的銷售狀況。

由于使用替代技術(shù)生產(chǎn)的產(chǎn)品在某些性能指標(biāo)上會(huì)與現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)發(fā)生沖突，XPS生產(chǎn)企業(yè)對(duì)此也比較關(guān)注。多數(shù)企業(yè)認(rèn)為應(yīng)該出臺(tái)新的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，以適應(yīng)新的替代技術(shù)，促使生產(chǎn)企業(yè)從價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)轉(zhuǎn)移到注重提升產(chǎn)品品質(zhì)上，推動(dòng)XPS行業(yè)的健康發(fā)展。

3 幾種較成熟的替代技術(shù)

由前述可知，國(guó)外XPS行業(yè)已成功進(jìn)行HCFCs替代，擁有成功的經(jīng)驗(yàn)和成熟的技術(shù)，如歐洲以CO2技術(shù)為主、美國(guó)以HFCs技術(shù)為主、日本以碳?xì)浼夹g(shù)為主。然而中國(guó)XPS行業(yè)的特點(diǎn)決定了HCFCs替代必須立足自身國(guó)情，選擇適合自身特點(diǎn)的替代技術(shù)，即必須面對(duì)當(dāng)前乃至今后很長(zhǎng)一段時(shí)間使用PS回收料的現(xiàn)實(shí)，此外，替代的成本和替代后產(chǎn)品的市場(chǎng)也是非常關(guān)鍵的影響因素。

從技術(shù)角度而言，HCFCs的替代涉及到對(duì)原料、設(shè)備和工藝以及產(chǎn)品性能幾個(gè)方面的綜合評(píng)估。

HFCs技術(shù)和碳?xì)浼夹g(shù)對(duì)于PS回收料的適應(yīng)能力要優(yōu)于CO2技術(shù)，在產(chǎn)品的厚度方面也與HCFCs生產(chǎn)的產(chǎn)品厚度相當(dāng)。然而，HFCs屬于溫室氣體，存在二次替代風(fēng)險(xiǎn)，價(jià)格較高，比較常用的HFC－152a又存在易燃的缺點(diǎn)，需要進(jìn)行設(shè)備和生產(chǎn)的防火防爆改造。因此，盡管對(duì)PS回收料的適應(yīng)能力強(qiáng)，發(fā)泡劑的物理特性也非常接近 HCFC－22和 HCFC－142b，但是單獨(dú)采用HFCs替代對(duì)中國(guó)而言依然不是一個(gè)好的選擇方案。

碳?xì)浼夹g(shù)在日本比較成熟，在中國(guó)的其他泡沫塑料行業(yè)也得到了一定程度的應(yīng)用，然而，碳?xì)浼夹g(shù)對(duì)于防火防爆的要求非常嚴(yán)格，設(shè)備投入和運(yùn)營(yíng)成本很高，中國(guó)當(dāng)前的大部分XPS企業(yè)為小型的私營(yíng)企業(yè)，技術(shù)水平和管理水平落后，嚴(yán)重缺乏防火防爆的安全常識(shí)；同時(shí)中國(guó)消防管理部門對(duì)于生產(chǎn)安全的要求和對(duì)建筑材料的阻燃要求越來越高，這些因素決定了碳?xì)浼夹g(shù)在短期內(nèi)并不會(huì)被眾多XPS中小型企業(yè)所采用，也可以認(rèn)為碳?xì)浼夹g(shù)并不是一個(gè)可以被廣泛接受的HCFCs替代方案。然而，由于HCFCs的替換是一個(gè)技術(shù)升級(jí)的過程，也是一個(gè)行業(yè)整合的過程。因此，對(duì)一些技術(shù)和資金雄厚、規(guī)模大、管理嚴(yán)格的大型XPS生產(chǎn)企業(yè)而言，在妥善處理好安全問題的前提下，選用碳?xì)浼夹g(shù)替代HCFCs依然不失為一種長(zhǎng)期的解決方案。

就歐洲國(guó)家所廣泛采用的CO2技術(shù)而言，首先其ODP值為0、GWP值為1，對(duì)環(huán)境的影響最?。黄浯?，CO2具有化學(xué)惰性，不燃，生產(chǎn)和使用相對(duì)安全，價(jià)格低廉，企業(yè)的運(yùn)營(yíng)成本低，上述三點(diǎn)決定了CO2技術(shù)將在中國(guó)XPS行業(yè)替代HCFCs的過程中發(fā)揮重要作用，目前XPS生產(chǎn)企業(yè)和設(shè)備企業(yè)紛紛在此方面投入研發(fā)即是一個(gè)很好的佐證。

當(dāng)前階段，選用CO2技術(shù)進(jìn)行HCFCs的替代，對(duì)于中國(guó)XPS行業(yè)必須面對(duì)采用PS回收料進(jìn)行生產(chǎn)的現(xiàn)實(shí)狀況，這就帶來了兩個(gè)問題：（1）采用CO2技術(shù)的設(shè)備對(duì)回收料的適應(yīng)能力如何？（2）使用回收料的情況下，采用CO2技術(shù)生產(chǎn)的XPS板材在厚度、阻燃和隔熱方面能否接近或者達(dá)到當(dāng)前HCFCs的水平？從目前行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀看，這兩個(gè)方面均存在問題。因此，可以認(rèn)為中國(guó)XPS行業(yè)采用CO2技術(shù)進(jìn)行HCFCs的替代在當(dāng)前階段并不十分成熟，CO2技術(shù)依然需要在以下方面進(jìn)行持續(xù)改進(jìn)：（1）控制回收料品質(zhì)；（2）逐漸加大回收料使用比例；（3）通過添加改性劑改善回收料的性能；（4）改良設(shè)備。但是，從HCFCs替代的時(shí)間性和緊迫性，從保護(hù)環(huán)境、安全經(jīng)濟(jì)和促進(jìn)XPS行業(yè)健康發(fā)展的持久性而言，中國(guó)XPS行業(yè)選用CO2技術(shù)進(jìn)行HCFCs的替代是一種優(yōu)良的選擇，是一個(gè)長(zhǎng)期的解決方案。

因此，對(duì)于目前中國(guó)XPS行業(yè)的HCFCs替代，CO2和碳?xì)浠衔锸莾蓚€(gè)優(yōu)良的選擇，其中CO2替代技術(shù)是首選的替代技術(shù)，盡管二者對(duì)于目前行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀而言均具有局限性，但是可視為長(zhǎng)期解決方案。

4 結(jié)語(yǔ)

中國(guó)XPS行業(yè)的HCFCs替代必將是一個(gè)長(zhǎng)期的技術(shù)升級(jí)過程，升級(jí)的過程也必將帶來全行業(yè)發(fā)展格局的轉(zhuǎn)變和發(fā)展觀念的轉(zhuǎn)變，從當(dāng)前過分注重成本、忽視產(chǎn)品品質(zhì)轉(zhuǎn)變到注重產(chǎn)品品質(zhì)、注重環(huán)境保護(hù)上。

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Situation and Developing Trend of HCFCs Phase－out of XPS Foam Sector in China

WANG Yong1，WANG Xiangdong2，LI Ying2
（1.Foreign Economic Cooperation Office，Ministry of Environmental Protection of the People′s Republic of China，Beijing 100035，China；2.Institute of Plastics Processing and Application of Light Industry，Beijing 100048，China）

The situation and developing trends of HCFCs phase－out of extruded polystyrene foam（XPS）sector in China was reviewed.Technologies of HCFCs phase－out in materials，equipment，and blowing agents were discussed.The properties and market situation of alternative products were analyzed.Finally，the alternative technologies of HCFCs were introduced.

extruded polystyrene foam；hydrochlorofluorocarbon；phase－out；material；equipment；physical foaming agent；thermal conductivity

TQ325.2

A

1001－9278（2011）10－0001－06

2011－09－10

聯(lián)系人，wang.yong＠m(xù)epfeco.org.cn