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。

發(fā)泡塑料

    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??；

    ④當(dāng)樹脂反應(yīng)放出熱量，或當(dāng)置到外部加熱時(shí)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(shí)，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(gè)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(duì)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(shí)用量要少于CFC-11。HCFC-141B的缺陷在于原料價(jià)格較高，對(duì)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(shí)，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(duì)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?？煞譃闊o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(gè)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(duì)分子質(zhì)量116.1，相對(duì)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?/p>

二氧化碳。室溫貯存穩(wěn)定，有自熄性，但在120℃以上時(shí)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-偶氮二異丁腈

    白色結(jié)晶粉末，相對(duì)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(duì)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(shí)，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(duì)分子質(zhì)量253.37，相對(duì)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(duì)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(duì)硫化促進(jìn)劑無反應(yīng)。對(duì)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(duì)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(huì)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(duì)分子質(zhì)量186.18。相對(duì)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)猓猩倭恳谎趸己投趸嫉取１酒芬兹?，與酸或酸霧接觸會(huì)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(shí)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%。

    8N,N’-二甲基-N,N’-二亞硝基對(duì)苯二甲酰胺

    商品化產(chǎn)品中有效成分為70%。黃色粉末，相對(duì)分子質(zhì)量250.21，相對(duì)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)狻＜兤窞楸ㄎ?，?duì)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(huì)噴霜。

    9磺酰肼類——苯磺酰肼

    淡黃色或白色細(xì)微粉末，相對(duì)分子質(zhì)量172.20。相對(duì)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)猓猩倭克魵狻?/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(duì)甲苯磺酰肼

    白色結(jié)晶細(xì)微粉末。相對(duì)分子質(zhì)量186。相對(duì)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?，發(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(shí)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(shí)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。

    114，4’-氧化雙苯磺酰肼

    白色或淡黃色結(jié)晶粉末。相對(duì)分子質(zhì)量358.39。相對(duì)密度1.52。分解溫度140～160℃，放出氮?dú)夂退魵猓l(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(shí)放出水，故對(duì)于忌水場合不適用。

    123，3’-二磺酰肼二苯砜

    灰白色粉末。相對(duì)分子質(zhì)量406.45。相對(duì)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(shí)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。

    131，3-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(duì)分子質(zhì)量266.29，相對(duì)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(xiǎn)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(duì)甲苯磺酰氨基脲

    白色細(xì)微粉末。相對(duì)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迹s2:1）。分解后的固體殘余物主要是對(duì)二甲苯二硫化物和對(duì)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(xiǎn)。本品也可用于天然橡膠和合成橡膠的發(fā)泡。

    154，4’-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(duì)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。

    175-苯基四唑

    液體狀物。相對(duì)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(duì)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(shí)會(huì)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(huì)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(chǔ)存和使用都必須小心。

    對(duì)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(jià)廉，存儲(chǔ)穩(wěn)定，無毒。

    6、分解后的殘?jiān)鼞?yīng)無毒，無色，無嗅，也不會(huì)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(shí)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?，不發(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。