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吸收并釋放二氧化碳的氣候友好型聚氨酯發泡劑

成果描述：傳統的聚氨酯發泡劑存在消耗臭氧和導致全球變暖等問題，承受著巨大的環保壓力。如目前使用的氫氟碳化合物地球變暖潛值是二氧化碳（CO2）的800多倍，長遠來看其使用必將受到限制。本項目（專利申請號：201410182221.5）在國家自然科學基金的支持下，開發了疏水改性的聚乙烯亞胺材料，該材料能夠可逆吸收二氧化碳，并在聚氨酯泡沫成型的過程中釋放出二氧化碳來參與聚氨酯泡沫的形成。這種新型的發泡劑不消耗臭氧、不產生額外的溫室效應、不燃，和聚氨酯泡沫的原料能均勻混合，可用于各種聚氨酯泡沫。利用該發泡劑我們已制備出聚氨酯硬泡材料，其力學強度和密度均能達到現有泡沫的要求。目前正在研發可應用的聚氨酯軟硬泡產品。該項目具有二氧化碳減排效應，將會受到國家產業政策的支持。市場前景分析：2013年我國氫氯氟碳發泡劑的用量為10萬噸，年增長率為15%，到2014年約為12萬噸。目前的氫氟碳發泡劑HFC-245fa和HFC-365mfc售價約為8萬/噸，如果我們的市場占有率為5%，即有6000噸/年，按同樣價格計算，市場年銷售額可達4.8億元。目前我們的氣候友好發泡劑實驗室成本為200元/kg（20萬/噸），產業化以后成本會大大降低，可以達到甚至低于HFC的水平。我們希望和企業一道，爭取國家產業政策的支持，完成本氣候友好發泡劑的產業化。與同類成果相比的優勢分析：聚氨酯的第一代發泡劑氯氟碳（CFC-11）由于嚴重破壞臭氧層和產生溫室效應（導致全球變暖），在我國已停止使用。第二代發泡劑氫氯氟碳（如HCFC-141b）臭氧消耗值已降至CFC-11的十分之一，仍有嚴重溫室效應，按照“蒙特利爾議定書”的要求，我國2015年要實現基線水平17.5%的淘汰。第三代發泡劑為氫氟碳，如HFC-245fa和HFC-365mfc，這是目前接受的環保型發泡劑，不消耗臭氧，但地球變暖潛值仍為CO2的800倍，受“京都議定書”的限制，目前歐美已禁止使用，我國禁止也是遲早的事。現在的環保型發泡劑還有烷烴，如環戊烷，不消耗臭氧，地球變暖潛值只有CO2的7倍，但存在可燃易爆的缺點。液體CO2發泡也是不錯的選擇，但這種發泡需要高壓和制冷設備（使CO2保持液態），使用很不方便。最近，美國霍尼韋爾公司公布第四代發泡劑（2015年美國專利US9,000,061 B2）1-氯-3,3,3-三氟丙烯（HCFO-1233zd）用于聚氨酯泡沫，據報道，這種發泡劑不燃，地球變暖潛值低，所得泡沫導熱系數比HFC-245fa低8%。這種發泡劑雖然對氣候影響小，但發泡劑最終仍會排放到大氣中（潛在影響未知），對于要求揮發性物含量低的泡沫（如汽車內飾）仍不合適。我們研制的氣候友好型發泡劑除CO2以外，不向大氣排放任何揮發性物質，不破壞臭氧，不產生額外的溫室效應（因CO2可來自于大氣），不燃燒，可以像現有的發泡劑一樣使用。根據目前的研究，所得泡沫除導熱系數較高以外，其他性能均和現有泡沫性能相當，因此可廣泛用于對絕熱效果要求不高的領域，比如汽車內飾、沙發、床墊等等領域。

四川大學 2021-04-10

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