مقدمة إلى عوامل رغوة البولي يوريثان: عوامل رغوة مركبات الكربون الهيدروكلورية فلورية

من بين المركبات التي يمكن أن تحل محل مركبات الكربون الكلورية فلورية، تحتوي مركبات الهيدروكلوروفلوروكربون (HCFCs) على عدد أقل من ذرات الكلور وتتضمن الهيدروجين في تركيبها الجزيئي. وهذا يجعلها أقل استقرارًا كيميائيًا، وغالبًا ما تتحلل في الغلاف الجوي السفلي. تتمتع مركبات الكربون الهيدروكلورية فلورية بإمكانية استنفاد الأوزون (ODP) وإمكانات الاحتباس الحراري (GWP) أقل بكثير مقارنة بمركبات الكربون الكلورية فلورية، مما يؤدي إلى تأثير بيئي أقل.

مركبات الكربون الهيدروكلورية فلورية-141ب  يعتبر أقرب بديل أداء لـ CFC-11 كعامل رغوة. نقطة غليانه أعلى قليلاً من مركب الكربون الكلوروفلوري-11، وخصائص عملية الرغوة الخاصة به متشابهة، مع كفاءة رغوة أعلى قليلاً. بالمقارنة مع مركبات الكربون الهيدروفلورية الغازية (على سبيل المثال، HFC-134a) أو عوامل الرغوة القائمة على البنتان السائلة القابلة للاشتعال، فإن HCFC-141b يوفر راحة تشغيلية أكبر ويمكن استخدامه مع المعدات الموجودة المصممة لرغوة CFC-11. علاوة على ذلك، يتمتع مركب HCFC-141b بموصلية حرارية منخفضة نسبيًا كغاز وتوافق جيد مع البوليولات والإيزوسيانات، مما يؤدي إلى أداء رغوي قريب من أداء رغاوي مركب الكربون الكلوروفلوري-11.

منذ منتصف التسعينات وحتى عام 2002 تقريبًا، تم استخدام مركب HCFC-141b (1,1-ثنائي كلورو-1-فلوروإيثان) على نطاق واسع كعامل رغوة في أمريكا الشمالية لرغوة البولي يوريثان الصلبة في الثلاجات والمجمدات وعوازل المباني وخطوط الأنابيب. كما تم اعتماده جزئيًا في بعض الدول الأوروبية واليابان. ويستخدم مركب HCFC-141b بشكل رئيسي في رغاوي البولي يوريثان الصلبة في الصين. تعد الموصلية الحرارية لرغوة البولي يوريثان الصلبة المصنوعة من مركب HCFC-141b أعلى قليلاً من تلك الموجودة في أنظمة CFC-11، ولكن مع تحسينات الصياغة وزيادة كثافة الرغوة بنسبة 10%، يمكن تحقيق أداء عزل حراري مماثل لأنظمة CFC-11. ومع ذلك، يمكن أن يكون لـ HCFC-141b تأثير إذابة طويل المدى على مواد بطانة الثلاجة مثل ABS وHIPS، مما يتطلب اتخاذ تدابير وقائية. بالإضافة إلى ذلك، يتطلب تحقيق نفس تأثير العزل الذي تتمتع به رغوة CFC-11 زيادة طفيفة في كثافة الرغوة (حوالي 10%).

HCFC-123  وهو مركب سائل ذو قدرة استنفاد الأوزون وقدرته على إحداث الاحترار العالمي أقل من مركب الكربون الهيدروكلوري فلوري-141ب. إنه يتمتع بتوافق جيد مع البوليولات، كما أن عملية الرغوة والتوصيل الحراري للرغوة بنفس الكثافة تشبه تلك الموجودة في HCFC-141b. في حين تمت دراسته على نطاق واسع لاستخدامه في الرغوة خلال المرحلة المبكرة من استبدال مركبات الكربون الكلورية فلورية واعتباره عامل رغوة بديل إلى جانب مركب الكربون الهيدروكلوري فلوري-141ب، إلا أن سميته المرتفعة قليلاً قد حدت من استخدامه.

مركبات الكربون الهيدروكلورية فلورية-22 (كلور ثنائي فلورو الميثان) هو مبرد راسخ منخفض التكلفة، وغير قابل للاشتعال، ومنخفض السمية، مما يجعله عامل رغوة تنافسيًا من حيث التكلفة. ونظرًا لوزنه الجزيئي الأصغر، فإن هناك حاجة إلى كمية أقل من مركب الكربون الهيدروكلوري فلوري-22 مقارنةً بمركب الكربون الكلوروفلوري-11. في درجة حرارة الغرفة، يكون مركب الكربون الهيدروكلوري فلوري-22 غازيًا وعادةً ما يذوب في مكونات البوليول عند استخدامه كعامل رغوة البولي يوريثان. يمكن أن يؤدي ضغط البخار العالي إلى تطايره من المزيج، مما يؤدي إلى تراكم ضغط الغاز، الأمر الذي يتطلب تعديلات على المعدات مثل الخلاطات الثابتة لتحسين الخلط والأوعية المقاومة للضغط للخلط المسبق. يمكن استخدام أنظمة HCFC-22 مع كل من آلات الرغوة ذات الضغط العالي والضغط المنخفض، وتكون الرغوة الصلبة الناتجة ذات موصلية حرارية مماثلة لنظام CFC-11 المخفض بنسبة 50%.

مساوئ استخدام HCFC-22 النقي:

1  تؤدي نقطة الغليان المنخفضة إلى تكوين رغوة زائدة، مما يؤدي إلى خلق فراغات في الرغوة الصلبة.

2  تعتبر خصائص التصلب السطحي والقولبة أقل مثالية.

3  تتغير الموصلية الحرارية للرغوة بسرعة أكبر أثناء الشيخوخة ذات درجات الحرارة المرتفعة.

ويمكن التخفيف من هذه المشكلات عن طريق خلط مركب HCFC-22 مع مركب HCFC-142b، الذي يتمتع بنقطة غليان أعلى ويحسن استقرار الرغوة.

مركبات الكربون الهيدروكلورية فلورية-142ب (كلورو ثنائي فلورو الإيثان)  لديه قدرة استنفاد الأوزون أقل من مركب الكربون الهيدروكلوري فلوري-141ب ولكنه أعلى قليلاً من القدرة على إحداث الاحترار العالمي والموصلية الحرارية. وعادةً ما يتم مزجه مع HCFC-22 للاستخدام.

تعمل عوامل الرغوة المخلوطة، مثل HCFC-141b/HCFC-22، وHCFC-123/HCFC-22، وHCFC-22/HCFC-142b، على تقليل ضغط الغاز في مزيج البوليول وتقليل تكاليف عوامل الرغوة. تستخدم هذه الخلائط مذيبات أو مبردات صناعية متاحة بسهولة مع تكنولوجيا إنتاج ناضجة وأسعار معقولة.

وبما أن مركبات الكربون الهيدروكلورية فلورية لا تزال تحتوي على الكلور، فإن قدرة استنفاد الأوزون الخاصة بها أعلى من الصفر، مما يعني أنها لا تزال تضر بطبقة الأوزون. وينص اتفاق كوبنهاجن على إجراء تخفيضات تدريجية في إنتاج واستخدام مركبات الكربون الهيدروكلورية فلورية: تخفيض بنسبة 85% بحلول عام 2004، و35% بحلول عام 2010، و10% بحلول عام 2015، و0.5% بحلول عام 2020، والحظر الكامل بحلول عام 2030. وقد بدأت البلدان المتقدمة بالفعل في تقييد عوامل رغوة مركبات الكربون الهيدروكلورية فلورية. سيتم في نهاية المطاف حظر مركب HCFC-141b، وهو عامل رغوة "انتقالي" في صناعة رغوة البولي يوريثان. حظرت الولايات المتحدة عوامل رغوة مركبات الكربون الهيدروكلورية فلورية في عام 2003.

يقدم هذا المقال عوامل رغوة مركبات الكربون الهيدروكلورية فلورية كبدائل انتقالية لمركبات الكربون الكلورية فلورية في رغاوي البولي يوريثان، مع تسليط الضوء على خصائصها وتطبيقاتها وتأثيراتها البيئية والقيود، إلى جانب الجهود العالمية للتخلص التدريجي من مركبات الكربون الهيدروكلورية فلورية بسبب قدرتها على استنفاد الأوزون.