2025年电热水器市场技术现状：硬质聚氨酯泡沫发泡技术的变革与展望

  随着人们对节能环保的追求以及对高效保温性能的需求，电热水器行业在2025年迎来了技术发展的关键节点。特别是硬质聚氨酯泡沫发泡技术的变革，不仅影响着电热水器的保温性能，也关乎着行业的可持续发展。本文将深入探讨电热水器用硬质聚氨酯泡沫的替代发泡技术现状，分析不同发泡技术的优缺点，并展望未来的发展方向。

  一、电热水器保温材料的发泡技术变革

  《2025-2030年中国电热水器行业重点企业发展分析及投资前景可行性评估报告》电热水器作为一种常见的家用电器，其保温性能直接影响产品的能效等级和使用寿命。硬质聚氨酯泡沫作为电热水器的关键保温材料，其发泡技术的变革一直是行业关注的焦点。早期，电热水器主要使用氯氟烃(CFC)类发泡剂，但由于其对臭氧层的严重破坏，已于2007年底全面禁止使用。随后，氢氯氟烃(HCFC-141b)作为过渡性发泡剂被广泛应用，但其臭氧消耗潜值(ODP)大于零，仍会对臭氧层产生损害，且具有较高的全球变暖潜值(GWP)。根据《蒙特利尔议定书》，HCFC-141b在发达国家的使用期限截止至2010年，而我国将在2026年实施HCFC-141b在聚氨酯泡沫行业的完全淘汰。因此，研发HCFC-141b的替代物已成为电热水器行业的重要发展方向。

  二、电热水器发泡剂性能对比分析

  电热水器市场技术现状分析提到在硬质聚氨酯泡沫生产和使用中，HCFC-141b作为一种过渡性发泡剂将被逐步淘汰。目前较为成熟且ODP值为零的替代发泡剂主要包括烷烃(HC)、氢氟碳烃(HFC)和氢氟烯烃(HFO)等。表1列出了不同类型发泡剂的性质对比分析。

  发泡剂类型化学名分子式相对分子质量沸点/℃饱和蒸气压(20℃)/kPa气相导热系数(25℃)/[mW·(m·K)⁻¹]爆炸极限(体积分数/%)ODP值GWP值寿命/年

  CFC-11三氯一氟甲烷CHClF₂86.4723.888.38.4无1475045

  HCFC-141b一氟二氯乙烷CH₃CCl₂F116.932.969.09.7无0.117259.4

  HC环戊烷C₅H₁₀70.149.334.012.01.4~8.0011几天

  HFC-245fa五氟丙烷CF₃CH₂CHF₂13415.3124.012.5无010307.4

  HFC-365mfc五氟丁烷CF₃CF₂CH₂CHF₂14840.247.010.53.8~13.3079410.8

  HFO-1233zd(E)一氯三氟丙烯CF₃CHCHCl130.519.0107.610.2无≈0526天

  HFO-1234ze六氟丁烯CF₃CHCHCF₃16433.059.610.7无09.4几天

  不同类型发泡剂在基本属性、安全属性和环保属性方面存在较大差异。第三代发泡剂的HC类发泡剂易燃易爆，使用过程中需特别关注安全问题，且其沸点较高、饱和蒸气压较低。第三代发泡剂的HFC类发泡剂的GWP值较高，属于强温室效应气体，对环境影响较大。第四代发泡剂的HFO类发泡剂的ODP值为0，GWP值很低，且在大气中的寿命很短，不存在爆炸极限，气相导热系数较低，是较为理想的环保型发泡剂。

  三、电热水器发泡体系的现状与分析

  (一)电热水器发泡体系的特点

  电热水器的内部结构、发泡生产相关工艺和对聚氨酯发泡材料的阻燃要求与冰箱、冷柜有所不同，因此电热水器和冰箱/冷柜用硬质聚氨酯泡沫的配方差异较大。不同电热水器生产厂家的发泡相关设备、产品结构也有较大差异，对硬质聚氨酯泡沫配方的技术要求也不同。

  (二)常见电热水器发泡体系对比分析

  纯环戊烷体系

  环戊烷作为一种发泡剂，因其ODP值为零、GWP值极低、无毒且对环境影响极小而被广泛应用。环戊烷发泡剂的分子量较小，在白料中的添加量比HCFC-141b更低，且单价较低。然而，环戊烷发泡剂的气相导热系数较高，导致普通纯环戊烷体系硬质聚氨酯泡沫的导热系数偏高，保温效果较差。为了达到与纯HCFC-141b发泡体系电热水器相同的能效等级，通常需要增加保温层厚度，从而导致电热水器体积增大，增加整体成本。此外，环戊烷的沸点较高(49℃)，发泡组合料的初始流动性和填充效果较差，特别是在低温环境下更为明显。环戊烷的饱和蒸气压较低(20℃时为34kPa)，为保证成型后的泡沫有足够的压缩强度和尺寸稳定性，需要增加泡沫密度，进一步增加单台产品的泡沫原料用量，提高整体成本。

  纯HFC-245fa体系

  与环戊烷发泡剂相比，HFC-245fa发泡剂具有ODP值为零、低毒、不易燃、不易爆、安全方便的特点。其沸点较低(15.3℃)，即使在较低温度下发泡，起发速度仍较快，能够快速产生大量气泡。HFC-245fa发泡剂具有成核效应，使得发泡更加均匀，有利于形成泡孔细腻均匀的泡沫，从而降低导热系数。此外，HFC-245fa发泡剂的气体扩散速度较低，使成型后的泡沫具有优异的耐老化性能。纯HFC-245fa体系发泡料的流动性好，饱和蒸气压较大，单台产品的泡沫原料用量低于纯环戊烷体系和纯HCFC-141b体系。然而，HFC-245fa的沸点较低，导致使用温度范围较窄，不适合在高温环境下发泡，对发泡原料的料温和发泡工件的温度控制要求较高，特别是在夏季高温环境下，料温和工件温度不能过高，否则会导致发泡料发泡过快，无法充分填充到底部，增加空泡出现的风险。

  HFC-245fa/环戊烷二元体系

  纯环戊烷体系和纯HFC-245fa体系均存在一定的缺点和局限性。采用HFC-245fa与环戊烷二元体系协同发泡，可以综合两者的优点，实现优势互补。环戊烷发泡剂的沸点高、分子量小、饱和蒸气压小，而HFC-245fa沸点低、分子量大、饱和蒸气压大。更重要的是，环戊烷与HFC-245fa具有共沸效应。因此，采用HFC-245fa/环戊烷二元体系协同发泡，既能达到与原有纯HCFC-141b体系相当的导热系数和保温性能，无需增加保温层厚度，又能利用环戊烷发泡剂单价低、用量少以及添加HFC-245fa后的发泡料流动性好、单台原料用量更低的优势，降低综合成本。同时，该二元发泡体系泡沫的环保性更好，GWP值低于纯HFC-245fa体系，在混合发泡剂中HFC-245fa占比较低时，可以满足产品出口欧盟时GWP值低于150的要求。

  HFO/环戊烷二元体系

  氢氟烯烃(HFO)发泡剂是一种新型环保发泡剂，具有ODP值为0、GWP值极低、大气存留时间短等优点。目前已经量产的HFO类发泡剂主要包括反式1-氯-3,3,3-三氟丙烯(LBA)和顺-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯(FEA-1100)。与传统的CFC、HCFC和HFC发泡剂相比，HFO发泡剂具有较低的气相导热系数，制备的硬质聚氨酯泡沫保温性能优异，能有效提高产品的保温性能和降低能耗。然而，HFO发泡剂也存在一些缺点，如全球只有几家公司具备产业化生产能力，且价格较高。此外，生产HFO发泡剂需要高端技术和专业设备，对生产厂家设备的要求更高。因此，通常通过掺加单价较低的发泡剂(如环戊烷)，实现多元协同发泡和优势互补。目前比较成熟的主要有LBA/环戊烷二元发泡体系，它具有与纯HCFC-141b体系相当的导热系数和保温性能，无需额外增加产品保温层厚度，综合成本较低，且GWP值非常低，完全可以满足欧盟国家的环保要求。

  四、电热水器发泡技术的未来展望

  综合上述分析，电热水器生产厂家需要根据不同产品的内部结构、生产工艺及发泡相关设备等，结合电热水器独有的技术要求，选择合适的硬质聚氨酯泡沫配方体系。随着硬质聚氨酯泡沫上下游各原料、发泡相关工艺、设备和技术的持续进步，电热水器用硬质聚氨酯泡沫发泡技术正在不断发展，未来的研究方向主要包括以下几个方面：

  提高保温性能和降低导热系数：随着全球“双碳”政策的全面推广和实施，高能效、超节能型电热水器成为发展趋势。电热水器的保温性能直接决定其能效等级，而电热水器的保温性能主要取决于硬质聚氨酯泡沫的导热系数。因此，超低导热发泡技术将是未来研究和开发的重点方向。

  提高发泡效率和降低发泡成本：硬质聚氨酯泡沫是电热水器的核心保温材料，发泡工艺也是生产制造过程中的关键环节。因此，需要研究开发出性价比更高的发泡材料和发泡技术。在确保产品保温性能和能效等级要求的前提下，进一步降低综合成本，提高竞争力。主要研究方向包括降低单价较高发泡剂的用量占比、降低单台产品中发泡原料的用量、缩短脱模时间和提高发泡生产效率。

  进一步提高材料的环保属性：随着人们环保意识的不断提高，未来的发展技术趋势还包括研究开发更加环保的发泡材料和技术，以进一步减少对环境的污染。选用零ODP值和超低GWP值的发泡剂，降低过渡型HFC类发泡剂的用量，直至全部被取代。同时，探索新型发泡剂(如碳酸醇胺盐类等新型化学发泡剂、全水发泡及超临界CO₂发泡等)的研究和应用。此外，还将探索更加环保的聚氨酯发泡材料(如生物质材料、可降解材料等)以及废弃泡沫回收技术，以进一步减少石化类原材料的使用，积极响应“双碳”政策。

  总结

  2025年，电热水器行业在硬质聚氨酯泡沫发泡技术方面取得了显著进展。随着HCFC-141b的逐步淘汰，多种替代发泡剂和技术应运而生，为电热水器的保温性能提升和环保目标的实现提供了新的解决方案。通过对比分析不同发泡体系的优缺点，电热水器生产厂家可以根据自身产品特点和技术要求，选择最适合的发泡技术。未来，随着技术的不断进步，电热水器发泡技术将朝着更高能效、更低导热系数、更高发泡效率和更低环保影响的方向发展，为实现可持续发展目标做出贡献。

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