聚氨酯硬泡新一代发泡剂发展趋势及在建筑业聚氨酯硬泡新一代发泡剂发展趋势及在建筑业
非连续性板材中的应用非连续性板材中的应用
张杰 张鹏
（拜耳聚合物集团-亚太地区，中国业务拓展及技术服务部）
稻泽康生
（拜耳聚合物集团-亚太地区,日本业务拓展及技术服务部，日本住友拜耳聚氨酯株式会社）
摘要：随着蒙特利尔条约在相关国家的实施，CFC 化合物逐步被淘汰。HCFC 化合物的逐步淘汰也
提上了议程并己在欧洲、美国、日本等一些国家实行了逐步禁止和逐步淘汰。因而 HCFC-141b 发泡剂的
替代工作将是未来几年聚氨酯硬泡领域研发的主要课题。替代发泡剂的选择因泡沫的用途、地理区域及
相关法规不同而有所差异。拜耳公司很早就致力于 HCFC-141b 的替代工作，并为不同的发泡剂和不同的
领域开发了相应的配方。本文介绍了该公司 HCFC-141b、HFC-245fa、HFC-365mfc、245fa/365mfc(1/1)和
环戊烷发泡体系生产聚氨酯板材的工艺参数以及泡沫的性能、建筑用聚氨酯硬泡的阻燃要求等。
关键词：聚氨酯；硬质泡沫塑料；CFC 替代；氢氟烃；发泡剂；建筑保温
随着人们对环境保护意识的增强，消耗臭氧层的物质将逐步被淘汰。在聚氨酯硬泡领域，发泡剂
CFC-11 由于对臭氧层有很大的破坏，因此已经逐步被替代，而替代物 HCFC-141b 对臭氧层也有破坏作
用。因此，所有参加蒙特利尔公约的国家将按照计划逐步淘汰 HCFC-141b 的使用，欧洲、美国、日本等
一些发达国家制定了自己的法规，已经或将提前淘汰 HCFC-141b 的使用。根据泡沫的用途及区域的不同，
替代发泡剂有不同的选择，因此本文首先介绍了硬泡新一代替代发泡剂的发展趋势。
中国作为参加蒙特利尔公约的国家，也将面临 HCFC-141b 的替代工作。尤其在硬泡产品出口到发达
国家时，可能会更早遇到这样的问题。拜耳公司很早就致力于 HCFC-141b 的替代工作，在不同的国家，
为不同的领域开发了相应的配方。聚氨酯硬泡在建筑行业的应用在中国刚刚起步，并将得到高速的发展。
因而，本文对新一代发泡剂配方在建筑行业,，尤其在非连续板材中的应用做了详细的阐述。
1 聚氨酯硬泡用新一代发泡剂发展趋势
作为 HCFC-141b 的替代发泡剂，主要有 HFC 化合物(如 HFC-245fa、HFC-365mfc 等)和烷烃(HC)类
物质(如戊烷、丁烷等)，表 1 列出了这些物质的物理性能。
表 1 HCFC-141b 与新一代发泡剂物理性能
类别 HCFC HFC HFC HC
化学名称 141b 245fa 365mfc 环戊烷
化学结构 CH3CCl2F CF3CH2CHF2 CF3CH2CF2CH3 C5H10
相对分子质量 117 134 148 70
沸点/℃ 32 15 40 49
闪点/℃ 无 无 －23 －42
爆炸极限/％ ～ 无 ～ ～
ODP 0 0 0
GWP 630 950 890 3
热导率/mW·(m·K)-1 9 12 11 11
HFC-245fa、HFC-365mfc 及环戊烷是硬泡发泡剂 HCFC-141b 的三种最佳替代物，由于物理性能的不
同，导致这三种新发泡剂在应用中存在着不同的优缺点，表 2 列出了 HCFC-141b 及三种新发泡剂的优缺
点。
表 2 HCFC-141b 及三种新发泡剂的优缺点
HCFC-141b HFC-245fa HFC-365mfc 环戊烷
优点 不燃烧
高溶解度
不燃烧 高闪点 低 GWP
中溶解度
高闪点
价格便宜
用量少
缺点 增塑性
表面缺陷
破坏臭氧层
GWP
低溶解度
高蒸汽压
需冷却单元
GWP
粘结性差
价格昂贵
用量较多
可燃
低溶解度
GWP
粘结性差
价格昂贵
用量较多
可燃
中溶解度
有机物挥发
从表 1、表 2 可以看出，替代 HCFC-141b 的发泡剂之间也存在着很大的差异，因此在不同的国家，
不同的行业，对替代发泡剂的选择也有着很大的差异，表 3 列出了欧盟、美国和日本在不同行业中对硬
泡发泡剂的选择。
表 3 不同领域及不同区域对替代发泡剂的选择
应用 欧盟 美洲 日本
块状泡沫 戊烷(Pentane) 245fa 戊烷(Pentane)
夹心板 戊烷(Pentane) 戊烷，245fa/22 245fa，22，365/227
喷涂泡沫 365mfc, 365/227 245fa 245fa，365/227
冰箱 戊烷(Pentane) 245fa，134a/22 戊烷(Pentane)
其他 戊烷(Pentane) 245fa，22 245fa
HFC 替代发泡剂由于价格昂贵，在应用上受到了一定的限制。HFC-245fa、HFC-365mfc 是最近几年
才开始逐步工业化的，随着各个生产商的投产和技术的改进，生产成本会有一定的下降。表 4 列出了 HFC
生产商的基本情况。
表 4 HFC 生产商的基本情况
HFC 发泡剂 365mfc 245fa 245fa
生产商 Solvay(德) Honeywell(美) Central Glass(日)
地点 Tavauy(法) Louisiana(美) Kawasaki(日)
生产能力 15,000 t/a 18,000 t/a 5,000 t/a
开业时间 2003 年 1 月 2002 年 8 月 2003 年 10 月
价格 4～5 欧元/kg 8～10 美元/kg 700 日元/kg
备注 闪点－27℃, 与 HFC227ea 混合
后不可燃
与冰箱生产商有供应合同 已加添加剂,降低蒸汽压
2 建筑用聚氨酯硬泡的保温及阻燃要求
聚氨酯硬泡最大的特点就是其优越的保温性能。作为建筑用保温材料，除了要求其导热系数低以外，
阻燃又是对其的基本要求之一。
总体而言，建筑用聚氨酯硬泡分为夹心板材（连续及间断式，金属及非金属面材）、块泡（连续及间
断式）、喷涂材料等。
欧洲、北美及日本等发达国家及地区，都要求用新型发泡剂生产的泡沫，其导热系数与传统
HCFC-141b 发泡成型的泡沫相当。其阻燃标准，则根据不同国家的国情及应用领域的不同有所差异。表
5 列出了欧美及日本的建筑用聚氨酯硬泡阻燃标准概况。
表 5 不同区域对建筑用聚氨酯硬泡阻燃标准
欧盟 北美 日本
阻燃等级 C-F 级 1 级、2 级 NM,QM,RM
测试标准 EN 13501 等 ASTM E84 ISO 5660 等
测试方法 SBI 等 地道测试 锥型热量法 等
备注 新标准未最后定
目前中国使用的是 GB 8624－97 版标准，阻燃等级分为 B1 级，B2 级和 B3 级。根据目前的新情况，
新的版本正在修订中。
为了减少阻燃剂的用量且达到较好的阻燃效果，聚异氰脲酸酯(PIR)泡沫塑料正越来越被人们开发应
用。表 6 列出了 PIR 系统泡沫塑料的优缺点。
表 6 PIR 泡沫体系的优缺点
优 点 缺 点
导热系数低 泡沫较脆
阻燃性能好 与面材粘接不是最好
在不用卤素阻燃剂时达到 B2 阻燃等级 表面熟化较慢
泡沫抗压强度及尺寸稳定性好
泡沫脱模性好
容易加工成型
通过体系的不断优化，PIR 系统的这些缺点都是可以减少甚至克服的。在此领域，拜耳公司做了大量
的研发工作，本文在下面的章节中将作更详细的介绍。
3 应用新发泡剂生产非连续性板材
拜耳公司作为全球最大的聚氨酯供应商，在硬泡发泡剂的替代方面，根据不同的行业，针对不同的
新发泡剂开发了相应的配方。本文以非连续性板材为例，对新发泡剂的应用及配方的开发进行了详细的
介绍。
多元醇体系
根据发泡剂的特性，开发了相应的多元醇体系(即组合聚醚)，各多元醇体系的特性列于表 7 中。
表 7 不同发泡剂非连续性板材多元醇体系
多元醇编号 01RD042 01RD045 01RD043 01RD046 02RD075
发泡剂品种 HCFC-141b HFC-245fa HFC-365mfc 245fa/365mfc(1/1) 环戊烷
羟值/mgKOH·g-1 300 290 280 290 325
水的质量分数/％
阻燃剂 A 质量分数/
％
阻燃剂 B 质量分数/％ 0 0 0 0
配方组成及手工发泡
各多元醇体系加入相应的发泡剂后与适量的多异氰酸酯反应，生成硬质聚氨酯泡沫，所用的多异氰
酸酯 PAPI 为拜耳公司生产的 Desmodur 44V20L(NCO 质量分数 ％，25℃粘度 200 mPa·s)。具体的配
方组成及手工发泡的数据列于表 8。
表 8 不同的配方组成及手工发泡数据
配方编号 24 25 28 42 B
发泡剂 HCFC-141b HFC-245fa HFC-365mfc HFC-245fa/365mfc =1/1 c-pentane
多元醇体系编号 01RD042 01RD045 01RD043 01RD046 02RD075
发泡剂用量/份 20
PAPI 用量/份 133 133 133 133 129
乳白时间/s 14 12 12 11 13
凝胶时间/s 87 85 86 86 100
不粘时间/s 157 146 165 123 148
上升时间/s 131 121 124 123 173
自由发泡密度/kg·m－3
高压发泡机试验
对所有的配方在高压发泡机上进行发泡试验和夹心板的生产试验，具体的试验结果和数据如表 9。
表 9 不同配方高压发泡机试验
配方编号 24 25 28 42 B
发泡剂 HCFC-141b HFC-245fa HFC-365mfc 245fa/365mfc(1/1) c-pentane
乳白时间/s 11 9 8 7 10
凝胶时间/s 70 73 70 64 76
不粘时间/s 164 166 148 162 161
自由发泡密度/kg·m－3
恰填充密度/kg·m－3
流动指数
填充率/％ 121 120 121 122 117
板密度/kg·m－3
板芯密度/kg·m－3
板尾部 30 30
板中间 30
泡沫的物理性能
对不同的配方生产后的夹心板泡沫进行物理性能的测试，测试的数据列于表 10 中。
表 10 泡沫的物理性能
配方编号 24 25 28 42 B
发泡剂 HCFC-141b HFC-245fa HFC-365mfc 245fa/365mfc(1/1) c-pentane
压缩强度/kPa
尾部(宽/长/高) 147/98/137 108/108/137 108/108/127 137/98/127 157/147/147
板中间(宽/长/高) 118/147/127 98/127/137 108/147/137 98/137/127 127/127/147
弯曲强度/kPa
尾部(宽/长) 255/265 294/294 274/294 255/274 333/363
板中间(宽/长) 265/294 274/304 274/314 255/284 372/421
燃烧性 JIS A9511(板中间)
平均燃烧时间/s 40 37 42 46 49
平均燃烧距离/mm 31 31 31 33 46
尺寸稳定性/％
70℃(尾部/板中间) － － －
续表 10 泡沫的物理性能
配方编号 24 25 28 42 B
－30℃(尾部/板中间) － －
70℃, 95%RH －
闭孔率/％ 86 88 88 88 87
吸水率/ g·dm－2
Kf 初始值/W·(m·K)-1 (40℃/10℃)
尾部/板中间 4
注：尺寸稳定性为发泡 3 天后测试。
导热系数与平均温度的关系
由于泡沫的导热系数会因测试时的平均温度有所不同，所以我们又对平均温度对各配方泡沫导热系
数的影响做了研究和测试，测试结果如图 1 所示。
图 1 不同平均温度下各配方泡沫的导热系数
导热系数与时间的关系
泡沫的导热系数又会随时间的推移而变化，所以在此我们测试和研究了时间对各配方泡沫导热系数
的影响，具体的测试结果如图 2 所示。
图 2 不同时间下各配方的导热系数 (25℃)
夹心板表面情况
在夹心板生产中，泡沫表面的情况可以是验证配方好坏的一个依据，因此我们对不同发泡剂的各个
0 100 200 300 400
时间/d
导热
系数
/ [
m
W
/(
m
·K
)]
HCFC141b
HFC245fa
HFC365mfc
245fa/365mfc
c-pentane
18
19
20
21
22
23
24
25
26
-10 10 30 50
平均温度/℃
导热
系数
/[
m
W
/(
m
·K
)]
HCFC141b
HFC245fa
HFC365mfc
245fa/365mfc
c-pentane
Initial value
配方生产的夹心板的表面进行了观察拍照，具体的情况见图 3～图 7。
图 3 用 141b 发泡的泡沫表面现象
图 4 用 245fa 发泡的泡沫表面现象
图 5 用 365mfc 发泡的泡沫表面现象
图 6 用 245fa/365mfc 发泡的泡沫表面现象
图 7 用环戊烷发泡的泡沫表面现象
4 结论
a 从以上图表的数据及试验的结果可以看出，用 HFC 或 HC 替代 HCFC-141b 后，泡沫的物理性能没
有很大的差异，所以不用担心用 HFC 或 HC 替代 141b 后对泡沫性能的影响。
b 对最普遍的使用温度、应用场合，以及对成本的综合考虑，有不同的替代发泡剂可供选择。
c 通过优化配方的组成，无论采用何种发泡剂都可以得到更佳的泡沫性能，满足不同的需要。
拜耳公司作为全球最大的聚氨酯供应商，很早就致力于 HCFC-141b 的替代研究工作，并为不同地区、
不同领域、不同要求的各种客户开发了各种的替代配方。可以为客户提供 HCFC 替代工作的全过程、全
方位的技术支持。
特别应该说明的是，在 2001 年 11 月正式对外服务的拜耳(中国)有限公司上海聚合物科研开发中心，
将为广大中国聚氨酯客户提供更为及时、快捷和周到的技术支持和服务。将更好地根据中国的实际情况，
开发各种适应不同客户的配方和产品，也将为中国客户 CFC-11 及 HCFC-141b 的替代工作,，尤其在建筑
业提供强有力的支持。
New Generation of Blowing Agent for PU Rigid Foam in Construction Industry
----Discontinuous Panel Application
Zhang Jie (Bayer Polymers, Asia Pacific, Business Development, Insulation China)
Zhang Peng (Bayer Polymers, Asia Pacific, Business Development, Insulation China)
Inazawa Yasuo (Bayer Polymers, Asia Pacific, Business Development, Insulation Japan)
Abstract：While Montreal Protocol has been implemented worldwide and CFC has been phased out in
most of industry countries, phasing out of HCFC becomes a more and more important issue for PU industry. In
NAFTA, Europe and Japan, HCFC has been phased out or has been limited in usage with schedule. Choosing a
suitable substitute of HCFC is one of the most important tasks for PU research work. Different countries,
different area may need different substitutes of HCFC. To meet the various needs of our customers, Bayer has
worked out a series systems using different substitute material of HCFC in PU industry. This paper will
introduce the application of new generation of blowing agent, such as Pentane, 245fa, 356mfc, 245fa/356mfc
mixture etc. in construction industry, especially in discontinuous panel production. The advantages,
disadvantages, as well as the physical properties of different systems using different blowing agent will be also
discussed in this paper.
Keywords: polyurethane; rigid foam; HCFC replacement; insulation of construction material
致谢：作者在此向为此论文提供无私帮助的 Busch 博士，和田康一先生，潘少杰先生及李立强先生致以
深深的谢意。
作者简介：
Biographies
张杰 博士，1994 年在德国汉堡大学获得化学博士学位，毕业后进入 Bayer AG，
在聚氨酯应用-隔热绝缘体部工作。1997 年，调至 Bayer 东南亚私人有限公司新
加坡技术中心，从事于亚洲市场聚氨酯硬泡系统的开发工作。1999 年 3 月至
2001 年 12 月，调至中国南京金陵拜耳聚氨酯有限公司，主管质量保证、配方
开发和技术服务工作。从 2002 年 1 月，她是拜耳中国有限公司上海聚合物研发中
心聚氨酯部的技术主管。2003 年 1 月开始，成为拜耳聚合物/亚太区中国（隔热绝
缘体）业务拓展部的主管。
Dr. Jie Zhang obtained Ph. D of chemistry from University of Hamburg in Germany
in early 1994, then she joined Bayer AG and worked in insulation department of
PU-Marketing for application. She was transferred to Singapore Technical Center of Bayer Southeast Asia Pte.
Ltd in 1997, focused on development of rigid foam system for Asia market. From Mar 1999 to Dec 2001, she
was sent to Bayer Jinling Polyurethane Co. Ltd in China, in charge of quality assurance, formulation
development and technical service. From Jan 2002, she is the head of the PU technical group of Bayer China
Shanghai R&D Center. From Jan 2003, she became the head of Business Development –Insulation China- of
Bayer Polymers / Asia Pacific.
稻泽康生 先生，1983 年从德岛大学获硕士学位后，进入住友化学（日本）和拜
耳公司（德国）的合资公司---住友拜耳聚氨酯工作。1983 年到 1985 年 3 月，他
在聚氨酯/分析研究部主管分析工作。1985 年 4 月至 1989 年 9 月，从事于家电
行业的聚氨酯硬泡系统的开发工作。1989 年 10 月至 1994 年 3 月，被派到住友
拜耳涂料部工作。从 1994 年 4 月开始，在住友拜耳聚氨酯隔热绝缘体部任高级
项目经理，主管聚氨酯建材的开发工作。2003 年 1 月起，成为拜耳聚合物/亚太区
日本（隔热绝缘体-建材）业务拓展部的高级项目经理。
Mr. Yasuo Inazawa joined Sumika Bayer Urethane, joint venture between Sumitomo
Chem. (Japan ) and Bayer ( Germany ), after receiving the Master’s of Engineering from Tokushima
University in 1983. From 1983 to Mar. 1985, he worked in PU/ARD in charge of analysis. From April 1985 to
, he has engaged in the system development of PU rigid foam for appliance industries. From Oct. 1989
to Mar1994, he was assigned in coating department of SBU. Starting April 1994, he worked as senior project
manager in Insulation Group of SBU, in charge of development of PU construction material. From , he
is the senior project manager of Insulation-Construction of Business Development of Japan. Bayer
Polymers/Asia Pacific.
张鹏 先生，1996 年毕业于上海交通大学高分子材料专业，获学士学位。同年进入杭州西泠制冷电器有限
公司工作，任聚氨酯发泡管理工程师。2000 年 1 月至 2002 年 7 月，在上海紫旭聚氨酯有限公司工作，从
事于聚氨酯硬泡系统的开发和技术服务工作。2002 年 8 月开始，在拜耳中国有限公司上海聚合物研发中
心任技术服务工程师。2003 年 1 月起，成为拜耳聚合物/亚太区中国（隔热绝缘体）业务拓展部的技术服
务工程师。
Mr. Peng Zhang graduated from Shanghai Jiaotong University as bachelor degree in Polymer Science in 1996.
In the same year, he joined Hangzhou Xiling Refrigeration Appliance Co., Ltd, worked as an engineer for PU
foaming management. From January 2000 to July 2002, he worked in Shanghai Zijiang Asahi Urethane Co., Ltd,
engaged in the system development of PU rigid foam & technical service for customers. From August 2002, he
worked as technical service engineer in Bayer China Shanghai Polymer R&D Center. From January 2003, he
became the technical engineer of Business Development – Insulation China - of Bayer Polymers/Asia Pacific.
