发泡剂定义及分类和常见发泡剂品种大全

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所属分类:添加剂文章

一、发泡剂的定义及分类

1.1. 发泡剂定义

发泡剂是指能在塑料中形成泡孔结构,即制造泡沫塑料而添加的一类助剂。它们能在特定的条件下产生大量气体,在形成的这些含有连续或不连续气孔(即开孔或闭孔),使塑料形成气固相结合的多孔结构材料,可降低塑料的密度和硬度,或增强其隔音性和隔热性。

1.2 发泡剂种类

按产生气体方式的不同,发泡剂可分为物理发泡剂化学发泡剂两大类。

二、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。

2.1. 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。

2.2. 物理发泡剂的分类

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。

2.3. 常用物理发泡剂品种

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。

2.3.1. 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。

2.3.2. 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。

2.3.3. 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。

2.3.4. 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。

三、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。

3.1. 化学发泡剂分类

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。

有机发泡剂存在的问题:

3.1.1. 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;

3.1.2. 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;

3.1.3. 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。

3.2. 常用化学发泡剂品种

主要有偶氮类、亚硝基化合物类、磺酰肼类

3.2.1. 偶氮二甲酰胺

发泡剂AC,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。

韧小编注:约在15年前,有一个客户注塑阻燃级TPV,发觉收缩厉害(产品厚度有5mm),他自己加了一点AC发泡剂,收缩痕没有了,不过表面有点花,这是我第一次知道,原来发泡剂还可以防收缩用。

3.2.2. 2,2'-偶氮二异丁腈

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、乙醚、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。

3.2.3. 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。

3.2.4. 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。

3.2.5. 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%。

3.2.6. 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%。

3.2.7. N,N'-二亚硝基五次甲基四胺,发泡剂H

发泡剂定义及分类和常见发泡剂品种大全

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、乙醚、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%。

3.2.8. 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。

3.2.9. 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。

3.2.10. 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。

3.2.11. 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、乙醚,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。

3.2.12. 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。

3.2.13. 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。

3.2.14. 对甲苯磺酰氨基脲 p-Toluenesulfonyl semicarbazide

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。

3.2.15. 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。

3.2.16. 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。

3.2.17. 5-苯基四唑 5-Phenyltetrazole

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。

3.2.18. 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。

3.3. 对化学发泡剂的要求

3.3.1. 分解产生气体的温度范围应当狭窄;

3.3.2. 释放气体的速度应快,发气率应能控制;

3.3.3. 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;

3.3.4. 化学发泡剂应容易分散均匀,能同塑料混熔者为最佳;

3.3.5. 价廉,存储稳定,无毒;

3.3.6. 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;

3.3.7. 分解时不应大量放热,不影响塑料熔融及固化;

3.3.8. 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;

3.3.9. 发泡剂的分解温度同树脂的熔融温度应一致

附录:常用发泡剂性能及应用推荐(来自韩国锦洋)

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目前评论:2   其中:访客  1   博主  1

    • avatar highblue 1

      橡胶基本用化学发泡剂,我喜欢做发泡产品,比较有意思。

        • avatar 韧性哥 Admin

          @highblue 有推荐温度在230°C左右发泡比较好,味道较小的发泡剂吗?