一文读懂发泡剂的种类、问题、要求

    物理发泡剂

    物理发泡剂主要是通过发泡剂物理状态的变化来形成塑料中的泡孔。

    理想物理发泡剂应具备的条件为：

    ①惰性、无毒；

    ②和树脂相容；

    ③在树脂基体中的扩散速度小；

    ④当树脂反应放出热量，或当置到外部加热时应易于挥发。

    通常，物理发泡剂分为三类：①压缩气体；②可溶性固体；③在沸点低于0℃的挥发性液体。

    在加工过程中，当压力消除时，压缩气体膨胀，或液体受热蒸发膨胀，或溶解的可溶性固体物质升华而产生气体。

    常用的挥发性发泡剂品种有：含5～7个碳的脂肪烃；卤代烃；低沸点的醇，醚、酮和芳烃。通常应用物理发泡剂的工程塑料主要有ABS和酚醛树脂等。

    （1）二氧化碳发泡剂

    一种是异氰酸酯和水反应生成二氧化碳（水发泡）作为发泡剂，另一种是液体二氧化碳。

    目前主要用于对绝热性要求不高的供热管道保温、包装泡沫塑料和农用泡沫塑料等领域；液体二氧化碳发泡优缺点与水发泡相同，目前主要用于聚氨酯软泡。

    （2）氢化氟氯烃（HCFC）发泡剂

    分子中含有氢，化学特性不稳定，比较容易分解。

    目前商业上可以替代CFC-11最成熟的产品为HCFC-14LB，它与多元醇和异氰酸酯的相溶性好，在不增加设备的条件下可以直接用HCFC-14LB代替CFC-11，在达到同样密度和相近的物理特性泡沫体时用量要少于CFC-11。HCFC-141B的缺陷在于原料价格较高，对某些ABS和高抗冲击性聚苯乙烯具有溶解性，且其导热系数比CFC-11高，因此需要得到的泡沫体密度较高，才可以达到隔热效果。

    （3）烃类发泡剂

    用于聚氨酯发泡剂的烃类化合物主要是环戊烷，特别是环戊烷的硬泡体系具有导热系数较低和抗老化性能，ODP值为零等优点，常被用于冰箱、冷库和建筑的隔热保温等领域，已经成为我国硬泡CFC-11替代品的首选。

    （4）氢化氟烷烃（HFC）发泡剂

    HFC类化合物ODP值为零，在软质PU泡沫生产中是CFC-11理想的替代产品，早期的HFC类发泡剂主要是HFC-134A和HFC-152A，这两种发泡剂具有低分子量和低沸点，达到相同密度和相近物理特性泡沫体时，用量比CFC-11用量少，并且性能比较稳定，但是它们的缺陷在于导热系数比较高，且在一般多元醇中的溶解度较低，加工含有HFC-134A和HFC-152A的组合聚醚相对比较困难，另外需要发泡设备以满足加工要求。

    化学发泡剂

    化学发泡剂又称分解性发泡剂。它们能均匀地分散于树脂中，受热分解，可产生至少一种气体。可分为无机发泡剂和有机发泡剂两类。有机发泡剂是塑料中使用的主要发泡剂，主要是偶氮类、亚硝基类和磺酰肼类。另外还有一些发泡剂组成物，其发泡气体是通过两个组分间的吸热反应而释放出来的。

    1.偶氮类

    桔黄色结晶粉末，相对分子质量116.1，相对密度1.65，细度（200目通过）≥99.5%，水分≤0.1%，灰分≤0.1%。溶于碱，不溶于醇、汽油、苯、吡啶等一般有机溶剂，难溶于水。分解温度190～205℃，不易燃。发气量为200～300ml/g，主要是氮气、一氧化碳和少量二氧化碳。室温贮存稳定，有自熄性，但在120℃以上时因分解产生大量气体，在密闭容器中易发生爆炸。

    用途：适用于PE、PVC、PS、PP、ABS等。其分解产物无毒、无臭、不污染，可以制得纯白的泡沫体。本品分解温度高，产生的气泡均匀、致密。适用于闭孔泡沫体、常压或加压发泡体，厚的或薄的发泡体等各种发泡制品。如PVC和增塑糊发泡体，聚烯烃的压延和模塑发泡体，发泡人造革等。

   2.偶氮二异

    白色结晶粉末，相对密度1.1，挥发分1%，甲醇不溶物0.1%，熔点>99℃。溶于甲醇、乙醇、丙醇、、石油醚等有机溶剂，不溶于水。分解温度98～110℃，放出氮气，发气量130～155ml/g。室温下缓慢分解，30℃下贮存数月后显著变质，故本品应在10℃以下存放。

    用途：特别适用于PVC，还可用于环氧树脂、PS、酚醛树脂及橡胶等。分解发热量低，约125.6～167.5J/mol，故使用量高达40%也不致使制品烧焦，可制得洁白制品。本品分解温度低，可用于普通的PVC糊。毒性较大，这大大限制了其应用。近年来，其作为发泡剂应用已日渐缩小，主要用作聚合引发剂。

    3.偶氮二甲酸二异丙酯

    橙色油状液体，相对分子质量202，凝固点2.4℃，沸点75.5℃(33.31Pa)，单独加热时，240℃下仍然稳定。使用铅盐、有机锡化合物、镉皂和锌皂等热稳定剂可以使其活化，降低分解温度。在100～200℃内的发气量为200～350ml/g。溶于常见的增塑剂。

    用途：液体发泡剂，适用于PE、PP、PVC等。在塑料中易分散，泡孔结构均匀致密，分解产物无臭、无毒、无色、不污染，可以制造色泽极浅的泡沫塑料。调整配方和加工条件，可制得闭孔或开孔泡沫体。

    4.偶氮二甲酸钡

    亮黄色粉末，相对分子质量253.37，相对密度1.67，分解温度240～250℃。发气量170～175ml/g，分解产生氮气、一氧化碳、二氧化碳、碳酸钡等。在普通溶剂中不溶。

    用途：高温发泡剂。分解温度高，加工安全性好。适用于软化点高的聚合物，特别是PP。作为尼龙树脂的注塑成型和挤塑成型用发泡剂也有良好的效果。还可用于硬质和半硬质PVC、ABS等。

    5.偶氮二甲酸二乙酯

    红色无气味的油状液体。相对分子质量174.16。分解温度110～120℃。发气量190ml/g。溶于增塑剂。贮存稳定。对硫化促进剂无反应。对水分和pH变化敏感。金属盐（Cu、Fe、Co、Pb、Al、Sn等金属）可促进分解。

    用途：PVC及其共聚物、PE、聚酯、环氧树脂、PS、橡胶的发泡剂。用量为0.5～10%。

    6.偶氮胺基苯

    黄棕色结晶，有特殊气味。相对分子质量197.24。熔点96～98℃，分解温度150℃。发气量113ml/g。贮存稳定。易从制品表面析出结晶，在酸性介质中会在较低温度下分解，属于污染性发泡剂。

    用途：可作为PVC及其共聚物、PS、PE、酚醛树脂、环氧树脂、生胶和橡胶、硅酮聚合物的发泡剂。用量0.1～5%。

    7.亚硝基化合物类

    淡黄色结晶粉末，本身无臭，在潮湿状态下有甲醛味。相对分子质量186.18。相对密度：1.45。溶解度（室温，g/100g溶剂）：甲乙酮1.6、吡啶1.8、乙酰乙酸乙酯2.6、乙腈5.6、吗啉2.0、1-硝基丙烷1.4、二甲基甲酰胺14.7。在水、乙醇、苯、、丙酮中的溶解度约为1。分解温度190～205℃（空气中）、130～190℃（树脂中或使用分解助剂）。发气量260～270ml/g。分解气体主要是氮气，有少量一氧化碳和二氧化碳等。本品易燃，与酸或酸雾接触会迅速起火燃烧，故不能与这些物质共同存放，并应严禁明火。

    用途：作为发泡剂多用于PVC。发气量大，发泡效率高。使用水杨酸、己二酸、邻苯二甲酸等有机酸或尿素为发泡助剂，可以降低分解温度（通常调节在90～130℃）。分解时发热量大，易造成厚制品的“芯烧”，且分解产物有恶臭。并用尿素后可消除臭味。本品在PVC中的用量约为7～15%。

    8.N,N’-二甲基-N,N’-二亚硝基对苯二甲酰胺

    商品化产品中有效成分为70%。黄色粉末，相对分子质量250.21，相对密度1.2。空气中分解温度为105℃，树脂中为90～105℃，发气量为126ml/g，分解气体主要是氮气。纯品为爆炸物，对冲击和摩擦敏感，故商品中充入惰性填料以增加安全性。

    用途：可用作PVC发泡剂，特别适用于PVC糊，不使用发泡助剂即可制得开孔和闭孔的泡沫体。分解生热小，可用于厚制品，分解残余物无污染，但在塑料中会喷霜。

    9.磺酰肼类——苯磺酰肼

    淡黄色或白色细微粉末，相对分子质量172.20。相对密度1.43～1.48，熔点99℃。空气中分解温度>95℃，塑料中分解温度为95～100℃。发气量为130ml/g，分解气体中主要是氮气，有少量水蒸气。

    用途：可用于PVC、酚醛树脂、聚酯发泡剂。分解过程伴有发热，使制品内部温度升高，故最好与碳酸氢钠混合使用。本品分解后产生的含硫化合物具有臭味。

    10.对甲苯磺酰肼

    白色结晶细微粉末。相对分子质量186。相对密度1.40～1.42。熔点100～110℃。易溶于碱，溶于甲醇、乙醇、甲乙酮，微溶于水、醛类，不溶于苯和甲苯。分解温度100～110℃，放出氮气和少量水，发气量为110～125ml/g。在热水中水解产生磺酸，并放出氮气。常温下无吸湿潮解现象，化学性质稳定。本品为可燃性物质，但遇酸不着火。

    用途：本品为低温发泡剂，适用于PVC等多种塑料和橡胶。发生的气体和分解残渣无毒、无臭、不污染。本品产生的泡孔结构细密均匀，制品收缩率小，撕裂强度大，特别适合于制造闭孔泡沫塑料和海绵胶。本品用于PVC可制得白色泡沫体，但在此场合模具表面必须镀铬。由于本品分解温度较低，捏炼加工时应避免温度过高（一般低于80℃），以防提前发泡。使用本品时可不用发泡助剂。本品不能与发泡剂H并用，因这两种发泡剂反应产生大量热量，可导致制品内部烧焦。本品也不宜与铅盐并用，以免产生黑色硫化铅沉淀。

    11.4，4’-氧化双苯磺酰肼

    白色或淡黄色结晶粉末。相对分子质量358.39。相对密度1.52。分解温度140～160℃，放出氮气和水蒸气，发气量约为120ml/g。溶于环己酮、乙二醇、，微溶于乙醇和温水，不溶于苯和汽油。

    用途：本品为适应性极广的发泡剂，有万能发泡剂之称。可用于PVC、PE、PP、ABS树脂等，也可作为塑料与橡胶的共混物及各种合成橡胶的发泡剂。其结构中虽然含有醚键，但非常稳定。在树脂中的分解温度为120～140℃。使用碳酸氢钠可使其活化，降低分解温度。泡孔结构细微均匀，分解气体和残余物无毒、无臭、不污染制品。适用于制造PE发泡电线电缆绝缘材料，微孔PVC糊泡沫体等各种泡沫塑料。本品加工安全性高，在100℃以内无提前发泡之虞。但本品在分解发泡时放出水，故对于忌水场合不适用。

    12.3，3’-二磺酰肼二苯砜

    灰白色粉末。相对分子质量406.45。相对密度1.60。在空气中的分解温度为148℃，在乙烯基塑料中的分解温度为135～145℃。发气量110ml/g。无毒。

    用途：本品主要作为软质PVC发泡剂，也可用于硬质PVC和PE。发泡时分解生成的气体无恶臭，无毒，但残余物有污染性，可使制品带色。

    13.1，3-苯二磺酰肼

    商品形式为50%本品与50%氯化石蜡的混合物，是含有灰白色细微粒子的膏状物，相对分子质量266.29，相对密度1.5。在空气中的分解温度约为150℃，在塑料中的分解温度为115～130℃，发气量300ml/g。

    用途：本品可作为橡胶和塑料用发泡剂，主要用于橡胶。加工安全性高，提前发泡的危险性小。碱性物质可降低其分解温度。分解产生的气体主要是氮气。

    14.对甲苯磺酰氨基脲

    白色细微粉末。相对分子质量229.25。溶于二甲基亚砜、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、浓氢氧化铵和碱水，不溶于乙酸、丙酮、四氯化碳、乙二醇、异丙醇、石油醚、甲苯和水。在空气中的分解温度为230℃，在塑料中的分解温度为213～225℃。放出的气体主要是氮气和二氧化碳（约2:1）。分解后的固体残余物主要是对二甲苯二硫化物和对甲苯磺酸铵，前者可溶于苯，后者可溶于水。本品在室温下有良好的贮存稳定性，但应避免靠近蒸汽管道、火源和阳光直晒。

    用途：本品为高温氮气发泡剂，特别适用于高温加工的塑料，如ABS树脂、尼龙、硬质PVC、HDPE、PP、PC等。加工安全性好，无提前发泡的危险。本品也可用于天然橡胶和合成橡胶的发泡。

    15.4，4’-氧代双（苯磺酰氨基脲）

    本品为高温发泡剂，分解温度为210～220℃，发气量约为145ml/g。放出的气体主要是氮气和二氧化碳。

    用途：适用于硬质PVC、HDPE、高软化点PP、PC、ABS树脂等加工温度高的塑料。

    16.三肼基三嗪

    白色或灰白色粉末。相对分子质量171.61。分解温度235～275℃。发气量约为247ml/g。放出的气体主要是氮气和二氧化碳。

    用途：本品为高温发泡剂，适用于硬质和半硬质PVC、PP、PC、ABS树脂、聚酰胺等加工温度高的塑料。加工安全性好。

    17.5-苯基四唑

    液体状物。相对密度1.105（50℃）。

    用途：本品为高温发泡剂，适用于PC、聚酰胺等熔融温度高的聚合物。

    18.聚硅氧烷-聚烷氧基醚共聚物（发泡灵）

    黄色或棕黄色油状粘稠透明液体。酸值<0.2mgKOH/g。相对密度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产中用的泡沫稳定剂。也可作为聚氨酯类、丙烯酸酯类涂料的流平剂。在彩色胶片防光晕层的涂布方面也有应用。

    有机发泡剂存在的问题

    1、有机发泡剂发气量一般仅是无机发泡发泡剂的15%-30%，残渣量大，其中包括水和挥发性物质，有时会有臭味和表面喷霜；

    2、发泡的分解发热量大，难以去除，尤其在制品壁厚度大的情况下，会使内部塑料过热而分解，降低性能;

    3，发泡剂几乎都是易燃品，分解温度低，储存和使用都必须小心。

    对化学发泡剂的要求

    1、分解产生气体的温度范围应当狭窄

    2、释放气体的速度应快，发气率应能控制

    3、释放出来的气体应无毒，无腐蚀，不燃烧，以氮气最好二氧化碳也可以，还可以试二氧化氮，但二氧化氮气体有腐蚀性，最好不用

    4、化学发泡剂应容易分散均匀，能同塑料混熔者为最佳。

    5、价廉，存储稳定，无毒。

    6、分解后的残渣应无毒，无色，无嗅，也不会影响塑料的物理，化学性能以及力学性能，且呈化学惰性，不影响塑料的熔融速率和固化。

    7、分解时不应大量放热，不影响塑料熔融及固化。

    8、分解后的残渣同树脂相容性好，不发生残渣喷霜或渗析现象。

    9、发泡剂的分解温度同树脂的熔融温度应一致。