发泡剂

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挤出发泡制品所需的发泡剂有两种主要类型：化学发泡剂(缩写代号：CBA)和物理发泡剂。

第一类是化学发泡剂，它是一类复杂的化学物质，在适当的温度下可分解放出大量的气体(通常为N₂、CO₂、NH₃等)。挤出发泡常用性能优良的化学发泡剂见表16－4。通过对具有适宜分解温度发泡剂及改性剂的选择，许多塑料材料均可发泡。

表16－4 挤出发泡常用化学发泡剂

*表示在塑料中的分解温度。

第二类是低沸点液体发泡剂(即物理发泡剂，也有资料称为溶剂型发泡剂)。物理发泡剂在成型温度下为气体，可溶于塑料熔体或分散体中。采用物理发泡剂发泡时，需要特殊的经过改造的挤出设备，使物理发泡剂在压力下进入挤出机中。因此，物理发泡剂的使用正在逐渐减少，可以预计，含氟的物理发泡剂(典型产品如氟里昂)因环境污染问题而在不久将会被全面禁用。

(一)化学发泡剂

化学发泡剂是指在热作用下发生化学反应，分解放出气体的化学物质。化学发泡剂分为有机化学发泡剂和无机化学发泡剂。

1．化学发泡剂的主要性能指标

(1)分解温度

按化学发泡剂的分解温度可将其分为低温型(如4，4′－氧代二苯基磺酰肼：OBSH)和高温型(如三肼基均三嗪：THT)。

化学发泡剂的分解温度要达到以下三方面的要求：

①发泡剂的分解温度应与塑料的熔融温度相适应。

②发泡剂应能在一狭窄的温度范围内迅速分解。

③发泡剂的分解作用必须要在较短的时间内全部完成。

(2)分解速率

①在分解温度的范围内，有机化学发泡剂在某一时刻的较短时间内能快速分解；大多数有机发泡剂都具有这种特性。

②在不同的温度下，无机化学发泡剂的分解速率较慢。

(3)反应热

①有机化学发泡剂分解时是放热反应。有些有机发泡剂如发泡剂H在热分解时一直是放热反应(+2．4kJ／g，在218℃时)；而有些有机化学发泡剂如发泡剂AC在229℃分解时是放热反应(+0．7kJ／g)，而在246℃分解时又是吸热反应(－0．34kJ／g)，但总体上还是放热反应。

②无机化学发泡剂分解时是吸热反应。在发泡工艺过程中必须掌握反应热的量，以便采取相应的工艺参数。

(4)发泡剂分解的抑制和促进

有机化学发泡剂都有相应的抑制剂和促进剂。例如：H发泡剂的助剂有：硬脂酸、月桂酸、苯甲酸、水杨酸等。

(5)发泡效率

①发泡剂的价格应该是单位体积气体的价格来计算，而不应以发泡剂单位重量的价格来计算。

②制品的密度指标与发泡剂的加入量。

(6)发泡剂的并用

着重从发泡的反应热来考虑，尤其是厚制品。

2．AC发泡剂的促进剂

每一类CBA可适用于多种树脂。对每一类发泡剂而言，还有其它的组成成分。ZnO、PbSt(硬脂酸铅)、Ca－St(硬脂酸钙)、Cd－St(硬脂酸镉)和Zn－St(硬脂酸锌)对AC的分解温度有所降低，其中Ca－St对AC分解温度降低得相当大，可达135～160℃；

ZnO和Zn－St对AC发泡剂分解速率的提高幅度很大，对分解温度的降低也有益，而且还能提高AC发泡剂的发气量；

三盐基硫酸铅对AC发泡剂的分解速度无影响，也可稍稍降低其分解温度，但对发气量的降低非常大。

3．理想化学发泡剂的条件

①发气量大而迅速，分解放出气体的温度范围应稳定，能调节，又不宜太宽。

发泡剂的发气量是指每克发泡剂所能分解放出的气体量，一般用在标准状态下立方厘米的体积量表示。

②发泡剂的放气速度应能用改变成型工艺条件进行调节。

③发泡剂分解放出的气体和残余物应无毒、无味、无腐蚀性、无色，对塑料及其它助剂无不良影响。

④发泡剂在塑料中有良好的分散性。

⑤发泡剂分解时放热不能太大。

⑥化学性能稳定，便于贮存和运输，在贮存过程中不会分解。

⑦在发泡成型过程中能充分分解放出气体。

⑧价格便宜，来源广泛。

当然，在现实生产中要找到完全符合上述八条的化学发泡剂是不可能的，在实际应用时只能根据实际情况有所取舍。

(二)物理发泡剂

物理发泡剂是指在发泡过程中没有化学反应、只有物理状态变化的物质。按发泡成型特性，物理发泡剂可分为三类：低沸点液体、惰性气体和固体空心球。目前，国内使用得较多是第一种，故本章只阐述第一种。

1．理想物理发泡剂的条件

①无臭气、无毒性、无腐蚀性。

②不可燃。

③不影响塑料本身的物理、化学性能。

④具有对热和化学药品的稳定性。

⑤在室温下蒸汽压力低，呈液体，以便贮存、运输和操作。

⑥低比热容和低潜热，以利于快速气化。

⑦相对分子质量低，密度高。

⑧通过对塑料膜的扩散速度应比空气小。

⑨价格便宜，来源广泛。

与化学发泡剂类似，在现实生产中要找到完全符合上述九条的物理发泡剂是不可能的，在实际应用时也只能根据实际情况有所取舍。

2．常用性能优良的低沸点液体发泡剂

一般要求液体的沸点低于110℃，最好能使用在常温常压下呈气态的低沸点液体。

在压注入塑料熔体时呈液态。这样，便于发泡剂与塑料熔体混合均匀。然后，通过减压，使其在熔体中气化，聚集而成气泡。

将这种发泡剂在常温或低温下渗透到塑料颗粒内部，然后加热，使其迅速蒸发，在塑料颗粒中形成微孔，再经过二次发泡形成制品。PS泡沫塑料大多数采用此法。常用性能优良的低沸点液体发泡剂见表16－5。

表16－5 常用性能优良的低沸点液体发泡剂

表16－5中前六种价格不贵，毒性低，特别是戊烷具有很高的发泡效率，其主要缺点是易燃。二氯甲烷有毒，但具有阻燃性，多用于PVC、PS和EP等发泡成型中。表中最后四种俗称“氟里昂”(也有译为“氟利昂”)，是较理想的发泡剂，异戊烷或氟里昂－11(F－11)常用于PS，聚乙烯中最常用氟里昂－11。而氟里昂－12常用于高压发泡，另外F－11和F－12也经常混合使用。随着氟里昂的逐步退出，低沸液体发泡剂型泡沫塑料的生产亦会受到一定的影响。