必看干货!塑料常用发泡剂详细介绍

所谓发泡剂就是使对象物质成孔的物,它可分为化学发泡剂和物理发泡剂和表面活性剂三大类。今天我们就来简单介绍一下常用的几种物理发泡剂和化学发泡剂,以及塑料形成的四个阶段。

物理发泡剂

物理发泡剂就是泡沫细孔是通过某一种物质的物理形态的变化,即通过压缩气体的膨胀、液体的挥发或固体的溶解而形成的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。

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。
  • 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。

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。

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。

化学发泡剂是那些经加热分解后能释放出二氧化碳和氮气等气体,并在聚合物组成中形成细孔的化合物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。

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。
  • 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。

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,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。
  • 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。

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。

塑料泡沫的形成阶段

  • 第一阶段,发泡剂必须完全均匀地分散在聚合物内,聚合物通常呈液体或熔融态。发泡剂此时在聚合物中可以形成真正的溶液,或者仅仅是均匀地分散在聚合物中,形成二相系统。
  • 第二阶段,大量单个的气泡形成后,该系统即转变成一个气体分散在液体中的系统了。此时往往要加入核化剂,以促进大量小气泡形成。核化剂一般是极细的惰性颗粒,它们为新气相的形成提供部位。
  • 第三阶段,最初形成的泡孔在不断涨大,这是因为有更多的气体扩散并透过聚合物进入了泡孔。如果这段时间够长,则单个的泡孔就将互相接触。假如隔开单个泡孔的壁破裂,那么,通过这种聚结方式,就会形成更大些的泡孔。如果主要是通过泡孔互连而形成的泡沫,则称之为开孔式泡沫。如果是由互不相连的泡孔形成的泡沫,就叫闭孔式泡沫。如果允许泡孔聚结无限制地进行下去,那么泡沫就会塌陷,这是因为气体全部自动地与聚合物分离开了。
  • 第四阶段,当聚合物粘度增加,泡孔不能再增长时,泡沫就会稳定住。采用冷却、交联或其它方法都可以增加聚合物粘度。发泡过程的后三个阶段,从时间来看,则可短至几分之一秒,最长也不会超过几秒钟。泡沫的形成,要求聚合物呈液态。为此,可通过加热溶解或塑化聚合物。

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