一文讀懂發(fā)泡劑的種類、問題、要求
發(fā)泡劑種類
按產生氣體方式的不同，發(fā)泡劑可分為物理發(fā)泡劑和化學發(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小；
④當樹脂反應放出熱量，或當置到外部加熱時應易于揮發(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在沸點低于0℃的揮發(fā)性液體。
在加工過程中，當壓力消除時，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升華而產生氣體。
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；低沸點的醇，醚、酮和芳烴。通常應用物理發(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、包裝泡沫塑料和農用泡沫塑料等領域；液體二氧化碳發(fā)泡優(yōu)缺點與水發(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最成熟的產品為HCFC-14LB，它與多元醇和異氰酸酯的相溶性好，在不增加設備的條件下可以直接用HCFC-14LB代替CFC-11，在達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熱系數(shù)較低和抗老化性能，ODP值為零等優(yōu)點，常被用于冰箱、冷庫和建筑的隔熱保溫等領域，已經成為我國硬泡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PU泡沫生產中是CFC-11理想的替代產品，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，達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)泡設備以滿足加工要求。
化學發(fā)泡劑
化學發(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，可產生至少一種氣體。可分為無機發(fā)泡劑和有機發(fā)泡劑兩類。有機發(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而釋放出來的。
1偶氮類
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(fā)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(wěn)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(fā)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(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
白色結晶粉末，相對密度1.1，揮發(fā)分1%，甲醇不溶物0.1%，熔點>99℃。溶于甲醇、乙醇、丙醇、乙醚、石油醚等有機溶劑，不溶于水。分解溫度98～110℃，放出氮氣，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，故本品應在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，這大大限制了其應用。近年來，其作為發(fā)泡劑應用已日漸縮小，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，相對分子質量202，凝固點2.4℃，沸點75.5℃(33.31Pa)，單獨加熱時，240℃下仍然穩(wěn)定。使用鉛鹽、有機錫化合物、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，泡孔結構均勻致密，分解產物無臭、無毒、無色、不污染，可以制造色澤極淺的泡沫塑料。調整配方和加工條件，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，分解產生氮氣、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。還可用于硬質和半硬質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。對硫化促進劑無反應。對水分和pH變化敏感。金屬鹽（Cu、Fe、Co、Pb、Al、Sn等金屬）可促進分解。
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
黃棕色結晶，有特殊氣味。相對分子質量197.24。熔點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晶，在酸性介質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
淡黃色結晶粉末，本身無臭，在潮濕狀態(tài)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(fā)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(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、鄰苯二甲酸等有機酸或尿素為發(fā)泡助劑，可以降低分解溫度（通常調節(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’-二亞硝基對苯二甲酰胺
商品化產品中有效成分為70%。黃色粉末，相對分子質量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，分解氣體主要是氮氣。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
淡黃色或白色細微粉末，相對分子質量172.20。相對密度1.43～1.48，熔點99℃?？諝庵蟹纸鉁囟?gt;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氣，有少量水蒸氣。
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，使制品內部溫度升高，故最好與碳酸氫鈉混合使用。本品分解后產生的含硫化合物具有臭味。
10對甲苯磺酰肼
白色結晶細微粉末。相對分子質量186。相對密度1.40～1.42。熔點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℃，放出氮氣和少量水，發(fā)氣量為110～125ml/g。在熱水中水解產生磺酸，并放出氮氣。常溫下無吸濕潮解現(xiàn)象，化學性質穩(wěn)定。本品為可燃性物質，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)生的氣體和分解殘渣無毒、無臭、不污染。本品產生的泡孔結構細密均勻，制品收縮率小，撕裂強度大，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)泡劑反應產生大量熱量，可導致制品內部燒焦。本品也不宜與鉛鹽并用，以免產生黑色硫化鉛沉淀。
114，4’-氧化雙苯磺酰肼
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(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。其結構中雖然含有醚鍵，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(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。
123，3’-二磺酰肼二苯砜
灰白色粉末。相對分子質量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PVC發(fā)泡劑，也可用于硬質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。
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，是含有灰白色細微粒子的膏狀物，相對分子質量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。堿性物質可降低其分解溫度。分解產生的氣體主要是氮氣。
14對甲苯磺酰氨基脲
白色細微粉末。相對分子質量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氣和二氧化碳（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，但應避免靠近蒸汽管道、火源和陽光直曬。
用途：本品為高溫氮氣發(fā)泡劑，特別適用于高溫加工的塑料，如ABS樹脂、尼龍、硬質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。
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氣和二氧化碳。
用途：適用于硬質PVC、HDPE、高軟化點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氣和二氧化碳。
用途：本品為高溫發(fā)泡劑，適用于硬質和半硬質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用。
有機發(fā)泡劑存在的問題
1、有機發(fā)泡劑發(fā)氣量一般僅是無機發(fā)泡發(fā)泡劑的15%-30%，殘渣量大，其中包括水和揮發(fā)性物質，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。
對化學發(fā)泡劑的要求
1、分解產生氣體的溫度范圍應當狹窄
2、釋放氣體的速度應快，發(fā)氣率應能控制
3、釋放出來的氣體應無毒，無腐蝕，不燃燒，以氮氣最好二氧化碳也可以，還可以試二氧化氮，但二氧化氮氣體有腐蝕性，最好不用
4、化學發(fā)泡劑應容易分散均勻，能同塑料混熔者為最佳。
5、價廉，存儲穩(wěn)定，無毒。
6、分解后的殘渣應無毒，無色，無嗅，也不會影響塑料的物理，化學性能以及力學性能，且呈化學惰性，不影響塑料的熔融速率和固化。
7、分解時不應大量放熱，不影響塑料熔融及固化。
8、分解后的殘渣同樹脂相容性好，不發(fā)生殘渣噴霜或滲析現(xiàn)象。
9、發(fā)泡劑的分解溫度同樹脂的熔融溫度應一致。