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一文讀懂發(fā)泡劑
????????發(fā)泡劑是指能在塑料中形成泡孔結(jié)構(gòu)，即制造泡沫塑料而添加的一類助劑。它們能在特定的條件下產(chǎn)生大量氣體，在形成的這些含有連續(xù)或不連續(xù)氣孔(即開孔或閉孔)，使塑料形成氣固相結(jié)合的多孔結(jié)構(gòu)材料，可降低塑料的密度和硬度，或增強(qiáng)其隔音性和隔熱性。
????????發(fā)泡劑種類
????????按產(chǎn)生氣體方式的不同，發(fā)泡劑可分為物理發(fā)泡劑和化學(xué)發(fā)泡劑兩大類。
????????物理發(fā)泡劑
????????物理發(fā)泡劑主要是通過發(fā)泡劑物理狀態(tài)的變化來形成塑料中的泡孔。
????????理想物理發(fā)泡劑應(yīng)具備的條件為：
????????①惰性、無毒;
????????②和樹脂相容;
????????③在樹脂基體中的擴(kuò)散速度小;
????????④當(dāng)樹脂反應(yīng)放出熱量，或當(dāng)置到外部加熱時應(yīng)易于揮發(fā)。
????????通常，物理發(fā)泡劑分為三類：① 壓縮氣體;② 可溶性固體;③ 在沸點(diǎn)低于0℃的揮發(fā)性液體。
????????在加工過程中，當(dāng)壓力消除時，壓縮氣體膨脹，或液體受熱蒸發(fā)膨脹，或溶解的可溶性固體物質(zhì)升華而產(chǎn)生氣體。
????????常用的揮發(fā)性發(fā)泡劑品種有：含5～7個碳的脂肪烴;鹵代烴;低沸點(diǎn)的醇，醚、酮和芳烴。通常應(yīng)用物理發(fā)泡劑的工程塑料主要有ABS和酚醛樹脂等。
????????(1)二氧化碳發(fā)泡劑
????????一種是異氰酸酯和水反應(yīng)生成二氧化碳(水發(fā)泡)作為發(fā)泡劑，另一種是液體二氧化碳。
????????目前主要用于對絕熱性要求不高的供熱管道保溫、包裝泡沫塑料和農(nóng)用泡沫塑料等領(lǐng)域;液體二氧化碳發(fā)泡優(yōu)缺點(diǎn)與水發(fā)泡相同，目前主要用于聚氨酯軟泡。
????????(2)氫化氟氯烴(HCFC)發(fā)泡劑
????????分子中含有氫，化學(xué)特性不穩(wěn)定，比較容易分解。
????????目前商業(yè)上可以替代CFC-11最成熟的產(chǎn)品為HCFC-14LB，它與多元醇和異氰酸酯的相溶性好，在不增加設(shè)備的條件下可以直接用HCFC-14LB代替CFC-11，在達(dá)到同樣密度和相近的物理特性泡沫體時用量要少于CFC-11。HCFC-141B的缺陷在于原料價格較高，對某些ABS和高抗沖擊性聚苯乙烯具有溶解性，且其導(dǎo)熱系數(shù)比CFC-11高，因此需要得到的泡沫體密度較高，才可以達(dá)到隔熱效果。
????????(3)烴類發(fā)泡劑
????????用于聚氨酯發(fā)泡劑的烴類化合物主要是環(huán)戊烷，特別是環(huán)戊烷的硬泡體系具有導(dǎo)熱系數(shù)較低和抗老化性能，ODP值為零等優(yōu)點(diǎn)，常被用于冰箱、冷庫和建筑的隔熱保溫等領(lǐng)域，已經(jīng)成為我國硬泡CFC-11替代品的首選。
????????(4)氫化氟烷烴(HFC)發(fā)泡劑
????????HFC類化合物ODP值為零，在軟質(zhì)PU泡沫生產(chǎn)中是CFC-11理想的替代產(chǎn)品，早期的HFC類發(fā)泡劑主要是HFC-134A和HFC-152A，這兩種發(fā)泡劑具有低分子量和低沸點(diǎn)，達(dá)到相同密度和相近物理特性泡沫體時，用量比CFC-11用量少，并且性能比較穩(wěn)定，但是它們的缺陷在于導(dǎo)熱系數(shù)比較高，且在一般多元醇中的溶解度較低，加工含有HFC-134A和HFC-152A的組合聚醚相對比較困難，另外需要發(fā)泡設(shè)備以滿足加工要求。
????????化學(xué)發(fā)泡劑
????????化學(xué)發(fā)泡劑又稱分解性發(fā)泡劑。它們能均勻地分散于樹脂中，受熱分解，可產(chǎn)生至少一種氣體。可分為無機(jī)發(fā)泡劑和有機(jī)發(fā)泡劑兩類。有機(jī)發(fā)泡劑是塑料中使用的主要發(fā)泡劑，主要是偶氮類、亞硝基類和磺酰肼類。另外還有一些發(fā)泡劑組成物，其發(fā)泡氣體是通過兩個組分間的吸熱反應(yīng)而釋放出來的。
????????1、偶氮類
????????桔黃色結(jié)晶粉末，相對分子質(zhì)量116.1，相對密度1.65，細(xì)度(200 目通過)≥99.5%，水分≤0.1%，灰分≤0.1%。溶于堿，不溶于醇、汽油、苯、吡啶等一般有機(jī)溶劑，難溶于水。分解溫度190～205℃，不易燃。發(fā)氣量為200～300ml/g，主要是氮?dú)?、一氧化碳和少量二氧化碳。室溫貯存穩(wěn)定，有自熄性，但在120℃以上時因分解產(chǎn)生大量氣體，在密閉容器中易發(fā)生爆炸。
????????用途：適用于PE、PVC、PS、PP、ABS 等。其分解產(chǎn)物無毒、無臭、不污染，可以制得純白的泡沫體。本品分解溫度高，產(chǎn)生的氣泡均勻、致密。適用于閉孔泡沫體、常壓或加壓發(fā)泡體，厚的或薄的發(fā)泡體等各種發(fā)泡制品。如PVC和增塑糊發(fā)泡體，聚烯烴的壓延和模塑發(fā)泡體，發(fā)泡人造革等。
????????2、2，2''-偶氮二異丁腈
????????白色結(jié)晶粉末，相對密度1.1，揮發(fā)分1%，甲醇不溶物0.1%，熔點(diǎn)>99℃。溶于甲醇、乙醇、丙醇、乙醚、石油醚等有機(jī)溶劑，不溶于水。分解溫度98～110℃，放出氮?dú)?，發(fā)氣量130～155ml/g。室溫下緩慢分解，30℃下貯存數(shù)月后顯著變質(zhì)，故本品應(yīng)在10℃以下存放。
????????用途：特別適用于PVC，還可用于環(huán)氧樹脂、PS、酚醛樹脂及橡膠等。分解發(fā)熱量低，約125.6～167.5J/mol，故使用量高達(dá)40%也不致使制品燒焦，可制得潔白制品。本品分解溫度低，可用于普通的PVC 糊。毒性較大，這大大限制了其應(yīng)用。近年來，其作為發(fā)泡劑應(yīng)用已日漸縮小，主要用作聚合引發(fā)劑。
????????3、偶氮二甲酸二異丙酯
????????橙色油狀液體，相對分子質(zhì)量202，凝固點(diǎn)2.4℃，沸點(diǎn)75.5℃(33.31Pa)，單獨(dú)加熱時，240℃下仍然穩(wěn)定。使用鉛鹽、有機(jī)錫化合物、鎘皂和鋅皂等熱穩(wěn)定劑可以使其活化，降低分解溫度。在100～200℃內(nèi)的發(fā)氣量為200～350ml/g。溶于常見的增塑劑。
????????用途：液體發(fā)泡劑，適用于PE、PP、PVC 等。在塑料中易分散，泡孔結(jié)構(gòu)均勻致密，分解產(chǎn)物無臭、無毒、無色、不污染，可以制造色澤極淺的泡沫塑料。調(diào)整配方和加工條件，可制得閉孔或開孔泡沫體。
????????4、偶氮二甲酸鋇
????????亮黃色粉末，相對分子質(zhì)量253.37，相對密度1.67，分解溫度240～250℃。發(fā)氣量170～175ml/g，分解產(chǎn)生氮?dú)?、一氧化碳、二氧化碳、碳酸鋇等。在普通溶劑中不溶。
????????用途：高溫發(fā)泡劑。分解溫度高，加工安全性好。適用于軟化點(diǎn)高的聚合物，特別是PP。作為尼龍樹脂的注塑成型和擠塑成型用發(fā)泡劑也有良好的效果。還可用于硬質(zhì)和半硬質(zhì)PVC、ABS 等。
????????5、偶氮二甲酸二乙酯
????????紅色無氣味的油狀液體。相對分子質(zhì)量174.16。分解溫度110～120℃。發(fā)氣量190ml/g。溶于增塑劑。貯存穩(wěn)定。對硫化促進(jìn)劑無反應(yīng)。對水分和pH 變化敏感。金屬鹽(Cu、Fe、Co、Pb、Al、Sn 等金屬)可促進(jìn)分解。
????????用途：PVC及其共聚物、PE、聚酯、環(huán)氧樹脂、PS、橡膠的發(fā)泡劑。用量為0.5～10%。
????????6、偶氮胺基苯
????????黃棕色結(jié)晶，有特殊氣味。相對分子質(zhì)量197.24。熔點(diǎn)96～98℃，分解溫度150℃。發(fā)氣量113ml/g。貯存穩(wěn)定。易從制品表面析出結(jié)晶，在酸性介質(zhì)中會在較低溫度下分解，屬于污染性發(fā)泡劑。
????????用途：可作為PVC 及其共聚物、PS、PE、酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、生膠和橡膠、硅酮聚合物的發(fā)泡劑。用量0.1～5%。
????????7、亞硝基化合物類
????????淡黃色結(jié)晶粉末，本身無臭，在潮濕狀態(tài)下有甲醛味。相對分子質(zhì)量186.18。相對密度：1.45。溶解度(室溫，g/100g 溶劑)：甲乙酮1.6、吡啶1.8、乙酰乙酸乙酯2.6、乙腈5.6、嗎啉2.0、1-硝基丙烷1.4、二甲基甲酰胺14.7。在水、乙醇、苯、乙醚、丙酮中的溶解度約為1。分解溫度190～205℃(空氣中)、130～190℃(樹脂中或使用分解助劑)。發(fā)氣量260～270ml/g。分解氣體主要是氮?dú)?，有少量一氧化碳和二氧化碳等。本品易燃，與酸或酸霧接觸會迅速起火燃燒，故不能與這些物質(zhì)共同存放，并應(yīng)嚴(yán)禁明火。
????????用途：作為發(fā)泡劑多用于PVC。發(fā)氣量大，發(fā)泡效率高。使用水楊酸、己二酸、鄰苯二甲酸等有機(jī)酸或尿素為發(fā)泡助劑，可以降低分解溫度(通常調(diào)節(jié)在90～130℃)。分解時發(fā)熱量大，易造成厚制品的“芯燒”，且分解產(chǎn)物有惡臭。并用尿素后可消除臭味。本品在PVC中的用量約為7～15%。
????????8、N,N''-二甲基-N,N''-二亞硝基對苯二甲酰胺
????????商品化產(chǎn)品中有效成分為70%。黃色粉末，相對分子質(zhì)量250.21，相對密度1.2?？諝庵蟹纸鉁囟葹?05℃，樹脂中為90～105℃，發(fā)氣量為126ml/g，分解氣體主要是氮?dú)?。純品為爆炸物，對沖擊和摩擦敏感，故商品中充入惰性填料以增加安全性。
????????用途：可用作PVC 發(fā)泡劑，特別適用于PVC 糊，不使用發(fā)泡助劑即可制得開孔和閉孔的泡沫體。分解生熱小，可用于厚制品，分解殘余物無污染，但在塑料中會噴霜。
????????9、磺酰肼類——苯磺酰肼
????????淡黃色或白色細(xì)微粉末，相對分子質(zhì)量172.20。相對密度1.43～1.48，熔點(diǎn)99℃。空氣中分解溫度>95℃，塑料中分解溫度為95～100℃。發(fā)氣量為130ml/g，分解氣體中主要是氮?dú)?，有少量水蒸氣?/p>
????????用途：可用于PVC、酚醛樹脂、聚酯發(fā)泡劑。分解過程伴有發(fā)熱，使制品內(nèi)部溫度升高，故最好與碳酸氫鈉混合使用。本品分解后產(chǎn)生的含硫化合物具有臭味。
????????10、對甲苯磺酰肼
????????白色結(jié)晶細(xì)微粉末。相對分子質(zhì)量186。相對密度1.40～1.42。熔點(diǎn)100～110℃。易溶于堿，溶于甲醇、乙醇、甲乙酮，微溶于水、醛類，不溶于苯和甲苯。分解溫度100～110℃，放出氮?dú)夂蜕倭克l(fā)氣量為110～125ml/g。在熱水中水解產(chǎn)生磺酸，并放出氮?dú)?。常溫下無吸濕潮解現(xiàn)象，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。本品為可燃性物質(zhì)，但遇酸不著火。
????????用途：本品為低溫發(fā)泡劑，適用于PVC 等多種塑料和橡膠。發(fā)生的氣體和分解殘?jiān)鼰o毒、無臭、不污染。本品產(chǎn)生的泡孔結(jié)構(gòu)細(xì)密均勻，制品收縮率小，撕裂強(qiáng)度大，特別適合于制造閉孔泡沫塑料和海綿膠。本品用于PVC 可制得白色泡沫體，但在此場合模具表面必須鍍鉻。由于本品分解溫度較低，捏煉加工時應(yīng)避免溫度過高(一般低于80℃)，以防提前發(fā)泡。使用本品時可不用發(fā)泡助劑。本品不能與發(fā)泡劑H 并用，因這兩種發(fā)泡劑反應(yīng)產(chǎn)生大量熱量，可導(dǎo)致制品內(nèi)部燒焦。本品也不宜與鉛鹽并用，以免產(chǎn)生黑色硫化鉛沉淀。
????????11、4，4’-氧化雙苯磺酰肼
????????白色或淡黃色結(jié)晶粉末。相對分子質(zhì)量358.39。相對密度1.52。分解溫度140～160℃，放出氮?dú)夂退魵?，發(fā)氣量約為120ml/g。溶于環(huán)己酮、乙二醇、乙醚，微溶于乙醇和溫水，不溶于苯和汽油。
????????用途：本品為適應(yīng)性極廣的發(fā)泡劑，有萬能發(fā)泡劑之稱。可用于PVC、PE、PP、ABS 樹脂等，也可作為塑料與橡膠的共混物及各種合成橡膠的發(fā)泡劑。其結(jié)構(gòu)中雖然含有醚鍵，但非常穩(wěn)定。在樹脂中的分解溫度為120～140℃。使用碳酸氫鈉可使其活化，降低分解溫度。泡孔結(jié)構(gòu)細(xì)微均勻，分解氣體和殘余物無毒、無臭、不污染制品。適用于制造PE發(fā)泡電線電纜絕緣材料，微孔PVC 糊泡沫體等各種泡沫塑料。本品加工安全性高，在100℃以內(nèi)無提前發(fā)泡之虞。但本品在分解發(fā)泡時放出水，故對于忌水場合不適用。
????????12、3，3’-二磺酰肼二苯砜
????????灰白色粉末。相對分子質(zhì)量406.45。相對密度1.60。在空氣中的分解溫度為148℃，在乙烯基塑料中的分解溫度為135～145℃。發(fā)氣量110ml/g。無毒。
????????用途：本品主要作為軟質(zhì)PVC 發(fā)泡劑，也可用于硬質(zhì)PVC 和PE。發(fā)泡時分解生成的氣體無惡臭，無毒，但殘余物有污染性，可使制品帶色。
????????13、1，3-苯二磺酰肼
????????商品形式為50%本品與50%氯化石蠟的混合物，是含有灰白色細(xì)微粒子的膏狀物，相對分子質(zhì)量266.29，相對密度1.5。在空氣中的分解溫度約為150℃，在塑料中的分解溫度為115～130℃，發(fā)氣量300ml/g。
????????用途：本品可作為橡膠和塑料用發(fā)泡劑，主要用于橡膠。加工安全性高，提前發(fā)泡的危險性小。堿性物質(zhì)可降低其分解溫度。分解產(chǎn)生的氣體主要是氮?dú)狻?/p>
????????14、對甲苯磺酰氨基脲
????????白色細(xì)微粉末。相對分子質(zhì)量229.25。溶于二甲基亞砜、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、濃氫氧化銨和堿水，不溶于乙酸、丙酮、四氯化碳、乙二醇、異丙醇、石油醚、甲苯和水。在空氣中的分解溫度為230℃，在塑料中的分解溫度為213～225℃。放出的氣體主要是氮?dú)夂投趸?約2:1)。分解后的固體殘余物主要是對二甲苯二硫化物和對甲苯磺酸銨，前者可溶于苯，后者可溶于水。本品在室溫下有良好的貯存穩(wěn)定性，但應(yīng)避免靠近蒸汽管道、火源和陽光直曬。
????????用途：本品為高溫氮?dú)獍l(fā)泡劑，特別適用于高溫加工的塑料，如ABS 樹脂、尼龍、硬質(zhì)PVC、HDPE、PP、PC 等。加工安全性好，無提前發(fā)泡的危險。本品也可用于天然橡膠和合成橡膠的發(fā)泡。
????????15、4，4’-氧代雙(苯磺酰氨基脲)
????????本品為高溫發(fā)泡劑，分解溫度為210～220℃，發(fā)氣量約為145ml/g。放出的氣體主要是氮?dú)夂投趸肌?/p>
????????用途：適用于硬質(zhì)PVC、HDPE、高軟化點(diǎn)PP、PC、ABS 樹脂等加工溫度高的塑料。
????????16、三肼基三嗪
????????白色或灰白色粉末。相對分子質(zhì)量171.61。分解溫度235～275℃。發(fā)氣量約為247ml/g。放出的氣體主要是氮?dú)夂投趸肌?/p>
????????用途：本品為高溫發(fā)泡劑，適用于硬質(zhì)和半硬質(zhì)PVC、PP、PC、ABS 樹脂、聚酰胺等加工溫度高的塑料。加工安全性好。
????????17、5-苯基四唑
????????液體狀物。相對密度1.105(50℃)。
????????用途：本品為高溫發(fā)泡劑，適用于PC、聚酰胺等熔融溫度高的聚合物。
????????18、聚硅氧烷-聚烷氧基醚共聚物(發(fā)泡靈)
????????黃色或棕黃色油狀粘稠透明液體。酸值<0.2mgKOH/g。相對密度1.04～1.08。粘度0.15～0.5Pa· s(50℃)。
????????用途：本品是聚醚型聚氨酯泡沫塑料一步法生產(chǎn)中用的泡沫穩(wěn)定劑。也可作為聚氨酯類、丙烯酸酯類涂料的流平劑。在彩色膠片防光暈層的涂布方面也有應(yīng)用。
????????有機(jī)發(fā)泡劑存在的問題
????????1、有機(jī)發(fā)泡劑發(fā)氣量一般僅是無機(jī)發(fā)泡發(fā)泡劑的15%-30%，殘?jiān)看?，其中包括水和揮發(fā)性物質(zhì)，有時會有臭味和表面噴霜;
????????2、發(fā)泡的分解發(fā)熱量大，難以去除，尤其在制品壁厚度大的情況下，會使內(nèi)部塑料過熱而分解，降低性能;
????????3，發(fā)泡劑幾乎都是易燃品，分解溫度低，儲存和使用都必須小心。
????????對化學(xué)發(fā)泡劑的要求
????????1、分解產(chǎn)生氣體的溫度范圍應(yīng)當(dāng)狹窄
????????2、釋放氣體的速度應(yīng)快，發(fā)氣率應(yīng)能控制
????????3、釋放出來的氣體應(yīng)無毒，無腐蝕，不燃燒，以氮?dú)庾詈枚趸家部梢?，還可以試二氧化氮，但二氧化氮?dú)怏w有腐蝕性，最好不用
????????4、化學(xué)發(fā)泡劑應(yīng)容易分散均勻，能同塑料混熔者為最佳。
????????5、價廉，存儲穩(wěn)定，無毒。
????????6、分解后的殘?jiān)鼞?yīng)無毒，無色，無嗅，也不會影響塑料的物理，化學(xué)性能以及力學(xué)性能，且呈化學(xué)惰性，不影響塑料的熔融速率和固化。
????????7、分解時不應(yīng)大量放熱，不影響塑料熔融及固化。
????????8、分解后的殘?jiān)瑯渲嗳菪院茫话l(fā)生殘?jiān)鼑娝驖B析現(xiàn)象。
????????9、發(fā)泡劑的分解溫度同樹脂的熔融溫度應(yīng)一致。
