مقدمة إلى عوامل رغوة البولي يوريثان – عوامل الرغوة القائمة على الألكان

لقد اكتسبت مركبات الألكان الاهتمام بسبب عدم استنفاذ الأوزون (ODP)، والحد الأدنى من تأثير الاحتباس الحراري، وعدم السمية، وتأثيرها البيئي الذي لا يكاد يذكر. لقد تم بالفعل اعتماد تقنية رغوة البنتان من قبل الشركات المصنعة في مناطق مثل أوروبا وآسيا. تلبي الألكانات التي لا تحتوي على مواد مستنفدة للأوزون متطلبات بروتوكول مونتريال للتخلص التدريجي من المواد المستنفدة للأوزون، على الرغم من أن قابليتها للاشتعال تشكل قيدًا.

في مسار HC (الهيدروكربون)، تعد المركبات المعتمدة على البنتان هي الأكثر قيمة من الناحية العملية لعمليات الرغوة. تشتمل عوامل الرغوة الرئيسية المعتمدة على الألكان في الاستخدام العملي على السيكلوبنتان السائل، والبنتان n، والأيزوبنتان، والتي يشار إليها مجتمعة باسم "عوامل رغوة البنتان".

بالمقارنة مع مركبات الكربون الكلورية فلورية-11 ومركبات الكربون الهيدروكلورية فلورية-141ب، فإن استخدام مركبات البنتان كعوامل نفخ لرغوة البولي يوريثان يتطلب معالجة العديد من القضايا:

1  القابلية للاشتعال:  الألكانات عبارة عن مركبات عضوية متطايرة (VOCs) وقابلة للاشتعال بشدة، مما يستلزم اتخاذ تدابير سلامة صارمة أثناء الإنتاج.

2  الذوبان: يتمتع البنتان بقابلية ذوبان ضعيفة نسبيًا في بوليولات البولي إيثر. تتراوح قابلية ذوبان السيكلوبنتان بشكل عام في بوليولات البولي إيثر الرغوية الصلبة من 10% إلى 20%، في حين أن ذوبان n-pentane وisopentane لديهما قابلية ذوبان أقل من 7%. عادةً ما تكون هناك حاجة إلى بوليولات وإضافات خاصة أو معدلة لتحقيق تركيز عامل الإرغاء المطلوب.

3  توصيل حراري: تتمتع الألكانات بموصلية حرارية عالية نسبيًا في الطور الغازي، مما يؤدي إلى رغاوي صلبة ذات أداء عزل أقل مقارنة بالرغاوي المعتمدة على HCFC-141b.

4  معامل الانتشار: ومعامل انتشار البنتان في رغاوي البولي يوريثان أعلى من معامل انتشار مركب الكربون الكلوروفلوري-11، مما يستلزم اتخاذ تدابير وقائية للرغاوي الصلبة للحفاظ على خصائصها.

5  قضايا التكثيف: يكون السيكلوبنتان، ذو نقطة الغليان الأعلى، عرضة للتكثيف، مما يقلل من كمية السيكلوبنتان في الخلايا الرغوية مع زيادة كمية ثاني أكسيد الكربون والهواء الداخلين إلى الخلايا. وهذا يؤدي إلى زيادة التوصيل الحراري للرغوة. يحدث التكثيف عادة عند درجات حرارة قريبة 25°C، مما يؤدي إلى انخفاض الضغط الداخلي والتأثير على ثبات أبعاد الرغوة. وللتخفيف من ذلك، يجب استخدام كثافة الرغوة (على سبيل المثال، 38 كجم/م³) غالبًا ما يتم زيادة أو تحسين المواد الخام والتركيبات لتعزيز كثافة الوصلات المتشابكة وبنية الخلية، وبالتالي تقوية مصفوفة الرغوة وتحسين الاستقرار. في حين أن البنتان n قد يتكثف أيضًا، إلا أن ضغط البخار العالي يجعل التكثيف أقل خطورة.

التقدم في المستحضرات والتكنولوجيا

في البداية، تم استخدام طرق النفخ المشترك للسيكلوبنتان أو السيكلوبنتان مع الماء بشكل شائع. وفي وقت لاحق، تم إدخال خليط من السيكلوبنتان مع ألكانات ذات نقطة غليان منخفضة مثل الأيزوبنتان أو البيوتان لمعالجة المشكلات الناجمة عن ارتفاع نقطة غليان السيكلوبنتان. وقد أسفرت التحسينات في المواد الخام والتركيبات عن رغاوي ذات خصائص أداء ممتازة.

من بين عوامل الإرغاء المعتمدة على الألكان، يتمتع السيكلوبنتين بأدنى موصلية حرارية في الطور الغازي وقابلية ذوبان عالية نسبيًا في بوليولات البولي إيثر، مما يجعله عامل رغوة الألكان الأكثر استخدامًا على نطاق واسع. لقد أصبحت تكنولوجيا الرغوة المعتمدة على السيكلوبنتان واحدة من البدائل العالمية لعوامل رغوة مركبات الكربون الكلورية فلورية، وخاصة في تطبيقات الرغوة الصلبة لعزل الثلاجة.

يقدم السيكلوبنتان العديد من المزايا:

● الفعالية من حيث التكلفة:  إنه البديل الأكثر اقتصادا بين بدائل الكلوروكربون.

● فوائد بيئية: يحتوي السيكلوبنتان على صفر من قدرات استنفاد الأوزون.

● تحسينات السلامة: تمت معالجة مشكلات السلامة المرتبطة باستخدام السيكلوبنتان بشكل فعال.

وفي الصين، تم اختيار السيكلوبنتين كبديل لعوامل رغوة الكلوروكربون، بدعم من الجمعية الصينية للأجهزة الكهربائية المنزلية. يتمتع السيكلوبنتان بإمكانيات سوقية واسعة وتوافر وفير. ويمكن الحصول عليه من خلال فصل ومعالجة أجزاء C5، وهو منتج ثانوي لتكسير الإيثيلين.

اتجاهات الصناعة

ومع الحظر المفروض على مركب HCFC-141b في البلدان المتقدمة وارتفاع تكلفة عوامل الرغوة المعتمدة على مركبات الكربون الهيدروفلورية، اعتمدت العديد من الشركات أنظمة رغوة البنتان كبديل لمركب HCFC-141b في إنتاج رغاوي البولي يوريثان الصلبة لعزل الثلاجات والتطبيقات الأخرى.