定義:發泡劑是指能在塑料中形成泡孔結構,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生大量氣體,在形成的這些含有連續或不連續氣孔(即開孔或閉孔),使塑料形成氣固相結合的多孔結構材料,可降低塑料的密度和硬度,或增強其隔音性和隔熱性。
分類:按產生氣體方式的不同,發泡劑可分為物理發泡劑和化學發泡劑兩大類。
物理發泡劑
物理發泡劑主要是通過發泡劑物理狀態的變化來形成塑料中的泡孔,物理發泡劑產生氣體是通過狀態的物理變化—— 物理發泡劑一般是從液態到氣態。理想物理發泡劑應具備的條件為:①惰性、無毒;②和樹脂相容;③在樹脂基體中的擴散速度??;④當樹脂反應放出熱量,或當置到外部加熱時應易于揮發。
綜上所述:物理發泡劑大致可分為氯氟烴類、低沸點烴類和壓縮氣體(如氮氣和CO2)。
物理發泡劑的種類:
一、氯氟烴(CFC)三氯氟甲烷(CFC-11)用于生產剛性聚氨酯PU泡沫,氟氯烴-12(CFC-12)用于生產擠塑聚苯乙烯泡沫板XPS,CFC-114用于生產LDPE(低密度聚乙烯)和酚醛泡沫。優勢:低分子量、沸點接近室溫、低毒性、不易燃和低導熱率。優異的化學和熱穩定性,成本低,在許多熱塑性塑料中具有很高的溶解度。但是《蒙特利爾協議》對于損耗臭氧的物質要逐步淘汰。
二、烴類化合物(HC)優點:成本低、高比體積、零ODP、近零GWP、無鹵素等。缺點:易著火。如環戊烷、正戊烷、異戊烷、正丁烷、異丁烷、丙烷等。戊烷是PU和EPS預發泡的主要發泡劑。
三、壓縮氣體如二氧化碳和氮氣,便宜且資源豐富。二氧化碳當溫度超過31℃,壓力超過7.38MPA時,就會處于超臨界狀態。在聚合物中的溶解度會增加,降低聚合物玻璃轉化溫度,使聚合物在快速降壓時氣體會超飽和。所以可以用二氧化碳制造小泡孔、微泡孔(1-100μm)甚至是超微泡孔(<1μm)。二氧化碳還可以作為化學發泡劑使用。正常工業生產中經常使用兩種甚至多種PBA共混來發泡塑料。
化學發泡劑
化學發泡劑又稱分解性發泡劑。能在發泡過程中通過化學變化釋放氣體導致高分子材料膨化并形成泡沫結構的物質。產生的氣體一般為氮氣和二氧化碳。可分為無機發泡劑和有機發泡劑兩類。
有機發泡劑是塑料中使用的主要發泡劑,主要是偶氮類、亞硝基類和磺酰肼類。另外還有一些發泡劑組成物,其發泡氣體是通過兩個組分間的吸熱反應而釋放出來的。
無機發泡劑主要有:碳酸鹽,水玻璃,碳化硅等。下面以有機發泡劑進行詳細解析:
1、偶氮類
(偶氮二甲酰胺、2,2'-偶氮二異丁腈,偶氮二甲酸二異丙酯,偶氮二甲酸鋇,偶氮二甲酸二甲酯,偶氮胺基苯)
以偶氮二甲酰(ADC)為例:
桔黃色結晶粉末,相對分子質量116.1,相對密度1.65,細度(200 目通過)≥99.5%,水分≤0.1%,灰分≤0.1%。溶于堿,不溶于醇、汽油、苯、吡啶等一般有機溶劑,難溶于水。分解溫度190~205℃,不易燃。發氣量為200~300ml/g,主要是氮氣、一氧化碳和少量二氧化碳。室溫貯存穩定,有自熄性,但在120℃以上時因分解產生大量氣體,在密閉容器中易發生爆炸。
用途:適用于PE、PVC、PS、PP、ABS 等。其分解產物無毒、無臭、不污染,可以制得純白的泡沫體。本品分解溫度高,產生的氣泡均勻、致密。適用于閉孔泡沫體、常壓或加壓發泡體,厚的或薄的發泡體等各種發泡制品。如PVC和增塑糊發泡體,聚烯烴的壓延和模塑發泡體,發泡人造革等。 2、亞硝基類 (N,N'-二亞硝基五次甲基四胺,N,N'-二甲基-N,N'-二亞硝基對苯二甲酰胺)以N,N'-二亞硝基五次甲基四胺為例: 淡黃色結晶粉末,本身無臭,在潮濕狀態下有甲醛味。相對分子質量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)。發氣量260~270ml/g。分解氣體主要是氮氣,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,故不能與這些物質共同存放,并應嚴禁明火。 用途:作為發泡劑多用于PVC。發氣量大,發泡效率高。使用水楊酸、己二酸、鄰苯二甲酸等有機酸或尿素為發泡助劑,可以降低分解溫度(通常調節在90~130℃)。分解時發熱量大,易造成厚制品的“芯燒”,且分解產物有惡臭。并用尿素后可消除臭味。本品在PVC中的用量約為7~15%。 3、磺酰肼類 (苯磺酰肼,對甲苯磺酰肼,4,4’-氧化雙苯磺酰肼,3,3’-二磺酰肼二苯砜,1,3-苯二磺酰肼,對甲苯磺酰氨基脲,4,4’-氧代雙(苯磺酰氨基脲))以4,4’-氧化雙苯磺酰肼(OBSH)為例:白色或淡黃色結晶粉末。相對分子質量358.39。相對密度1.52。分解溫度140~160℃,放出氮氣和水蒸氣,發氣量約為120ml/g。溶于環己酮、乙二醇、乙醚,微溶于乙醇和溫水,不溶于苯和汽油。 用途:本品為適應性極廣的發泡劑,有萬能發泡劑之稱??捎糜赑VC、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泡劑。其結構中雖然含有醚鍵,但非常穩定。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。泡孔結構細微均勻,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℃以內無提前發泡之虞。但本品在分解發泡時放出水,故對于忌水場合不適用。 4、聚硅氧烷-聚烷氧基醚共聚物(發泡靈) 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中用的泡沫穩定劑。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用。