第十三章 化学发泡剂
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发泡剂名称 戊烷 异戊烷 己烷 异己烷 丙烷 丁烷 二氯甲烷
二氯四氟乙烷（F114） 三氯一氟甲烷（F11） 三氯三氟乙烷（F112）
相对分 子质量 72.15 72.15 86.17 86.17 44 58 84.94 170.90 137.38 187.39 120.90
密度 /(g/cm3(25℃）
过滤材料。
1.
泡沫塑料的特点：
（1）容重低，可减轻包装重量，降低运输费用。
（2）优良的抗冲、抗震性。
（3）对温、湿度适应性强，能满足一般包装要求。 （4）吸水率、吸湿性小，化学稳定性好，本身不会对 内装物产生腐蚀，对化学药品有较强的耐受性。 （5）导热率低，可用于保温隔热包装。 （6）成型加工方便，容易进行二次成型加工。
（二）泡沫的增长
气泡形成之后，由于气泡内气体压力与半径成反比，气泡越 小，内部的压力越大。当两个大小不同的气泡接近时，由于 气体从小气泡扩散到大气泡，造成气泡合并，通过成核剂的 作用增加了气泡的数量，加上气泡的膨胀扩大了泡孔的直径，
从而泡沫得到增长。
促使气泡增长的因素：溶解气体的增加；温度的升高；气体的 膨胀；气泡的合并。
（4）按机械性能不同：（23º C，相对湿度50％）
软质：E<68.6MPa 半硬质：E=68.6~686MPa 硬质：E>686MPa
常见泡沫塑料分类
硬质 开孔 酚醛塑料 脲醛塑料 聚氯乙烯薄片 闭孔 聚氯乙烯 聚苯乙烯 聚氨酯 开孔 聚氯乙烯 聚氨酯 聚乙烯醇缩甲醛 软质 闭孔 聚氯乙烯 有机硅塑料
泡沫的稳定.
（一）泡沫的形成
当气体在溶液中达饱和限度而形成过饱和溶液时，气 体又从溶液中逸出形成气泡，形成气泡的过程就是成核作 用。这时，除聚合物液相外，产生了新相——气相，分散 在聚合物中，成为泡沫。如果同时还存在很小的固体粒子 或很小的气泡，即所谓的第二分散相，就会有利于这一过 程的形成。这种加入第二相的物质叫做“成核剂”。
生产方法：
一、是悬浮聚合的的聚苯乙烯颗粒中渗入低沸点的液体, 使其成为可发性珠粒，然后经过预发泡、熟化和发泡成 型而制成制品； 二、是将高分子量的乳液法聚合的粉状聚苯乙烯树脂、 发泡剂及其它添加剂的混合物，通过挤出机挤出发泡， 再经冷却定型而成泡沫制品。
（一）可发性珠粒法
1、可发性聚苯乙烯珠粒的制造
2. 泡沫塑料的分类： （1）按化学成分：PE、PS、PVC、PU、PP。 （2）按密度不同： 高发泡：＜0.1g/cm3 中发泡：0.1g/cm3 ~ 0.4g/cm3 低发泡：＞0.4g/cm3
（3）按泡沫结构不同：开孔型、闭孔型。 开孔泡沫塑料：孔与孔是相通的，具有良好的吸 音性能和缓冲性能； 闭孔泡沫塑料：每一孔是独立的，具有较低 的导热性能和较小的吸水性。
沸点 /℃ 30~38 9.5 65~70 55~62 -42.5 -0.5 40 3.6 23.8 47.6 -29.8
蒸发热/ （J/g) 360 ------------137 182 147 167
0.616 0.613 0.658 0.655 0.531 0.599 1.325 1.440 1.476 1.565 1.311
h.分解的残余物应无色、无味、无毒，应能与塑料混溶，并 且对制品性能无影响。
目前工业上常用的发泡剂:
无机发泡剂：常用的有碱金属的碳酸盐和碳酸氢盐，如：碳
酸铵和碳酸氢钠等，它们的优点是价廉，不会降低塑料的 耐热性，对聚合物无增塑作用。缺点是不与塑料混溶，很 难在塑料中均匀分布，且分解气体的速率受压力影响。 有机发泡剂：常用的是一些加热后分解放出氮气一些物质, 如:偶氮二甲酰氨（AC）、偶氮二异丁腈等，氮气的化学 性质稳定，对大多数聚合物的渗透性比氧气、二氧化碳、 氨气小，在有机聚合物中有较大的分散性。 但是，绝大多数发泡剂都是易燃和可能发生爆炸的物 质，甚至还可能放出有毒气体，因此必须保存于阴冷、干 燥、通风好的场所。
1、化学发泡剂发泡法
发泡气体是由特意加入的热分解物质(称为化学发 泡剂)在受热时产生的。
这种方法的特点是：所用设备通常都不很特殊和复杂，且
适用于大部分热塑性塑料的发泡，因此应用广泛。
发泡剂Байду номын сангаас具备要求
a.逸出气体的温度范围应比较狭窄而固定； b.逸出气体速率能控制，且不受压力影响和相当快； c.逸出气体没有腐蚀性，最好是氮气，其次是二氧化碳； d.发泡剂能均匀地分散在原料中； e.发泡剂和分解后的残余物无毒性，并且对塑料的熔融和硬 化都无影响； f.发泡剂在分解时不应大量放热； g.价格便宜，运输和储藏中稳定；
0－21不同磷酸酯阻燃的软PVC①的阻燃参数(锥形量热计法测定)②CONE的释热速率为40kW
第十二章 化学发泡剂
化学工程学院
发泡材料
泡沫塑料箱
PE发泡垫片卷材
PE 发泡垫片
发泡材料
密封材料
密封材料
密封海棉条
泡沫塑料：
是以树脂为基础内部具有无数微孔性气体的 塑料制品，又称为多孔性塑料。由于气孔的存在， 它具有密度低（10～500Kg/m3）、隔音、隔热、 防震等特点。广泛用于包装、防震、漂浮、运动、
举例
泡沫塑料的成型工艺
一、聚苯乙烯泡沫塑料
聚苯乙烯泡沫塑料具有吸水性小，隔音、保湿、介 电性优良等特点。 密度在0.015～0.02g/cm3用于包装材料； 密度为0.02～0.05 g/cm3用于防水隔热材料；
密度为0.03～0.10g/cm3用于救生圈漂浮材料。
聚苯乙烯泡沫塑料常用物理发泡法进行发泡。有两种
低沸点液体在高压下，压入熔态聚合物中，或掺入聚 合物颗粒中，而后再减压或加热，使其在聚合物中汽化 和发泡。 目前作为发泡剂使用的低沸点液体有： 脂肪族碳氢化合物：如丙烷、丁烷等； 含氯和含氟的脂肪族的碳氢化合物：如一氯甲烷、二
氯甲烷、三氯氟甲烷（氟里昂）等
它们的沸点大都在100℃以下。
常用作为发泡剂的低沸点液体
乙酸纤维素
聚乙烯 脲醛塑料 环氧塑料
8-2泡沫塑料的发泡方法及原理
一、泡沫塑料的发泡方法 （一）物理发泡法 1、惰性气体发泡法
利用氮气、二氧化碳等无色无臭、化学活性较弱，很难
与其它元素化合的惰性气体，在较高压力下，使其溶于 熔融状态聚合物或糊状复合物中，而后在减压下使溶解 气体释放出而发泡。
2、低沸点的液体发泡法
它是用强烈的搅拌使空气卷入树脂的溶液、乳液或悬 浮体中，使其形成均匀的泡沫物，而后再通过物理和 化学变化使其稳定。而成为泡沫塑料。 为缩短时间，可同时通入空气和加入乳化剂或表面 活性剂。这种方法可生产软PVC和脲甲醛泡沫塑料等。
二、泡沫塑料的发泡原理
气发泡沫塑料的形成：是把气体溶解在液态聚合物中形成 饱和溶液，然后通过成核作用生产泡沫。发泡剂可预先溶 解在液态聚合物中，当温度升高、压力降低时，就会放出 气体，形成泡沫。其泡沫的形成大体上分三个阶段： 泡沫的形成 泡沫的增长
阻碍气泡增长的因素：表面张力和塑料的黏度。降低塑料熔体
的表面张力和黏度对泡沫增长有利。但是如果熔体的黏度过 低，会使泡孔壁膜减薄，使泡孔易破裂。
（三）泡沫的稳定
泡沫物是热力学不稳定体，它不会持续很长时间，所 以必须保证泡沫稳定。
稳定泡沫的方法 ：
一是利用表面活性剂，以降低其表面张力，有利于形成 细泡，减少气体的扩散作用，使泡孔稳定； 二是提高塑料熔体的黏度，防止泡壁进一步减薄来稳定 泡沫。在发泡过程中，通过对物料的冷却或塑料的交 联作用，都能提高塑料的熔体黏度。
二氯二氟甲烷（F12)
3、溶出发泡法
先将细小颗粒的物质（如食盐和淀粉等）混入聚合物中，而 后用溶剂或伴以化学的方法使其溶出而成为泡沫物。（如混 在PVC中的淀粉，可先用水浸泡使其溶胀，而后再用热的稀 硫酸处理，使其水解为糖，溶出成为PVC发泡物）。 4、交联发泡法（组合泡沫塑料）：
先将微型（直径20～250μm，壁厚2～3μm）的空心玻 璃球、陶瓷球、空心塑料（如酚醛树脂）微球埋入熔融的聚 合物或液态的热固性塑料中，而后通过冷却或交联作用固化 成为泡沫体。
2、发泡组分间相互作用析出气体发泡法
发泡气体是形成聚合物的组分相互作用所产生的副产物， 或者是形成聚合物的组分与其它物质作用的生成物。
工业上用这种方法生产的主要有聚氨基甲酸酯泡沫塑料， 它是由异氰酸酯与聚酯或聚醚反应所析出的二氧化碳，还 有用苯酚与甲醛缩聚反应所生成的水泡来制造酚醛泡沫塑 料.
（三）机械发泡法
5、烧结发泡法： 将疏松的粉状热塑性塑料烧结在一起，使其分解放出气 体成为泡状物。
物理发泡法的优点：操作中毒性小；发泡剂的原 料成本低；没有发泡剂留下的残渣；对泡沫塑料 性能无严重影响。 物理发泡法的缺点：设备投资较大。 工业上常用的是惰性气体发泡法和低沸点的液体 发泡法。
（二）化学发泡法
用于发泡的气体是由混合原料中的某些组分在成型过 程中通过化学作用产生的。
量有所提高。
●两步法：聚合反应形成PS珠粒后，在加温加压下，将低沸点的 液体渗入到PS中，使其溶胀，经冷却后留在珠粒中。操作工序 较多，发泡剂渗透时间较长，颗粒度已经过筛选，不合格的已 事先剔除，有助于提高泡沫制品的质量。
原料规格及配方：
原料 PS珠粒 丁烷 水 肥皂粉 DCP 规格 相对分子质量55000，挥发物<0.5％ 工业级 自来水 工业级 工业级 配比/份 100 10 160 5 0.8 作用 主原料 发泡剂 溶剂 表面活性剂 交联剂
采用的液体发泡剂大多是脂肪烃类化合物：有丁烷、 正戊烷、异丁烷、石油醚等。其珠粒的制造方法有一步法、 一步半法和两步法。 ●一步法：是发泡剂在聚合时加入。发泡剂有阻聚作用，所 以制得的可发性聚苯乙烯珠粒分子量偏低，在 40000~50000，反应后有部分粉状物，需处理。 ●一步半法：发泡剂在反应中期加入，减少了阻聚作用分子
264 二苯甲酮
四溴乙烷
工业级 工业级
相对密度2.7～2.9
0.3 0.2
105
抗氧剂 紫外线吸收剂
阻燃性发泡剂
二氯四氟乙烷（F114） 三氯一氟甲烷（F11） 三氯三氟乙烷（F112）
相对分 子质量 72.15 72.15 86.17 86.17 44 58 84.94 170.90 137.38 187.39 120.90
密度 /(g/cm3(25℃）
过滤材料。
1.
泡沫塑料的特点：
（1）容重低，可减轻包装重量，降低运输费用。
（2）优良的抗冲、抗震性。
（3）对温、湿度适应性强，能满足一般包装要求。 （4）吸水率、吸湿性小，化学稳定性好，本身不会对 内装物产生腐蚀，对化学药品有较强的耐受性。 （5）导热率低，可用于保温隔热包装。 （6）成型加工方便，容易进行二次成型加工。
（二）泡沫的增长
气泡形成之后，由于气泡内气体压力与半径成反比，气泡越 小，内部的压力越大。当两个大小不同的气泡接近时，由于 气体从小气泡扩散到大气泡，造成气泡合并，通过成核剂的 作用增加了气泡的数量，加上气泡的膨胀扩大了泡孔的直径，
从而泡沫得到增长。
促使气泡增长的因素：溶解气体的增加；温度的升高；气体的 膨胀；气泡的合并。
（4）按机械性能不同：（23º C，相对湿度50％）
软质：E<68.6MPa 半硬质：E=68.6~686MPa 硬质：E>686MPa
常见泡沫塑料分类
硬质 开孔 酚醛塑料 脲醛塑料 聚氯乙烯薄片 闭孔 聚氯乙烯 聚苯乙烯 聚氨酯 开孔 聚氯乙烯 聚氨酯 聚乙烯醇缩甲醛 软质 闭孔 聚氯乙烯 有机硅塑料
泡沫的稳定.
（一）泡沫的形成
当气体在溶液中达饱和限度而形成过饱和溶液时，气 体又从溶液中逸出形成气泡，形成气泡的过程就是成核作 用。这时，除聚合物液相外，产生了新相——气相，分散 在聚合物中，成为泡沫。如果同时还存在很小的固体粒子 或很小的气泡，即所谓的第二分散相，就会有利于这一过 程的形成。这种加入第二相的物质叫做“成核剂”。
生产方法：
一、是悬浮聚合的的聚苯乙烯颗粒中渗入低沸点的液体, 使其成为可发性珠粒，然后经过预发泡、熟化和发泡成 型而制成制品； 二、是将高分子量的乳液法聚合的粉状聚苯乙烯树脂、 发泡剂及其它添加剂的混合物，通过挤出机挤出发泡， 再经冷却定型而成泡沫制品。
（一）可发性珠粒法
1、可发性聚苯乙烯珠粒的制造
2. 泡沫塑料的分类： （1）按化学成分：PE、PS、PVC、PU、PP。 （2）按密度不同： 高发泡：＜0.1g/cm3 中发泡：0.1g/cm3 ~ 0.4g/cm3 低发泡：＞0.4g/cm3
（3）按泡沫结构不同：开孔型、闭孔型。 开孔泡沫塑料：孔与孔是相通的，具有良好的吸 音性能和缓冲性能； 闭孔泡沫塑料：每一孔是独立的，具有较低 的导热性能和较小的吸水性。
沸点 /℃ 30~38 9.5 65~70 55~62 -42.5 -0.5 40 3.6 23.8 47.6 -29.8
蒸发热/ （J/g) 360 ------------137 182 147 167
0.616 0.613 0.658 0.655 0.531 0.599 1.325 1.440 1.476 1.565 1.311
h.分解的残余物应无色、无味、无毒，应能与塑料混溶，并 且对制品性能无影响。
目前工业上常用的发泡剂:
无机发泡剂：常用的有碱金属的碳酸盐和碳酸氢盐，如：碳
酸铵和碳酸氢钠等，它们的优点是价廉，不会降低塑料的 耐热性，对聚合物无增塑作用。缺点是不与塑料混溶，很 难在塑料中均匀分布，且分解气体的速率受压力影响。 有机发泡剂：常用的是一些加热后分解放出氮气一些物质, 如:偶氮二甲酰氨（AC）、偶氮二异丁腈等，氮气的化学 性质稳定，对大多数聚合物的渗透性比氧气、二氧化碳、 氨气小，在有机聚合物中有较大的分散性。 但是，绝大多数发泡剂都是易燃和可能发生爆炸的物 质，甚至还可能放出有毒气体，因此必须保存于阴冷、干 燥、通风好的场所。
1、化学发泡剂发泡法
发泡气体是由特意加入的热分解物质(称为化学发 泡剂)在受热时产生的。
这种方法的特点是：所用设备通常都不很特殊和复杂，且
适用于大部分热塑性塑料的发泡，因此应用广泛。
发泡剂Байду номын сангаас具备要求
a.逸出气体的温度范围应比较狭窄而固定； b.逸出气体速率能控制，且不受压力影响和相当快； c.逸出气体没有腐蚀性，最好是氮气，其次是二氧化碳； d.发泡剂能均匀地分散在原料中； e.发泡剂和分解后的残余物无毒性，并且对塑料的熔融和硬 化都无影响； f.发泡剂在分解时不应大量放热； g.价格便宜，运输和储藏中稳定；
0－21不同磷酸酯阻燃的软PVC①的阻燃参数(锥形量热计法测定)②CONE的释热速率为40kW
第十二章 化学发泡剂
化学工程学院
发泡材料
泡沫塑料箱
PE发泡垫片卷材
PE 发泡垫片
发泡材料
密封材料
密封材料
密封海棉条
泡沫塑料：
是以树脂为基础内部具有无数微孔性气体的 塑料制品，又称为多孔性塑料。由于气孔的存在， 它具有密度低（10～500Kg/m3）、隔音、隔热、 防震等特点。广泛用于包装、防震、漂浮、运动、
举例
泡沫塑料的成型工艺
一、聚苯乙烯泡沫塑料
聚苯乙烯泡沫塑料具有吸水性小，隔音、保湿、介 电性优良等特点。 密度在0.015～0.02g/cm3用于包装材料； 密度为0.02～0.05 g/cm3用于防水隔热材料；
密度为0.03～0.10g/cm3用于救生圈漂浮材料。
聚苯乙烯泡沫塑料常用物理发泡法进行发泡。有两种
低沸点液体在高压下，压入熔态聚合物中，或掺入聚 合物颗粒中，而后再减压或加热，使其在聚合物中汽化 和发泡。 目前作为发泡剂使用的低沸点液体有： 脂肪族碳氢化合物：如丙烷、丁烷等； 含氯和含氟的脂肪族的碳氢化合物：如一氯甲烷、二
氯甲烷、三氯氟甲烷（氟里昂）等
它们的沸点大都在100℃以下。
常用作为发泡剂的低沸点液体
乙酸纤维素
聚乙烯 脲醛塑料 环氧塑料
8-2泡沫塑料的发泡方法及原理
一、泡沫塑料的发泡方法 （一）物理发泡法 1、惰性气体发泡法
利用氮气、二氧化碳等无色无臭、化学活性较弱，很难
与其它元素化合的惰性气体，在较高压力下，使其溶于 熔融状态聚合物或糊状复合物中，而后在减压下使溶解 气体释放出而发泡。
2、低沸点的液体发泡法
它是用强烈的搅拌使空气卷入树脂的溶液、乳液或悬 浮体中，使其形成均匀的泡沫物，而后再通过物理和 化学变化使其稳定。而成为泡沫塑料。 为缩短时间，可同时通入空气和加入乳化剂或表面 活性剂。这种方法可生产软PVC和脲甲醛泡沫塑料等。
二、泡沫塑料的发泡原理
气发泡沫塑料的形成：是把气体溶解在液态聚合物中形成 饱和溶液，然后通过成核作用生产泡沫。发泡剂可预先溶 解在液态聚合物中，当温度升高、压力降低时，就会放出 气体，形成泡沫。其泡沫的形成大体上分三个阶段： 泡沫的形成 泡沫的增长
阻碍气泡增长的因素：表面张力和塑料的黏度。降低塑料熔体
的表面张力和黏度对泡沫增长有利。但是如果熔体的黏度过 低，会使泡孔壁膜减薄，使泡孔易破裂。
（三）泡沫的稳定
泡沫物是热力学不稳定体，它不会持续很长时间，所 以必须保证泡沫稳定。
稳定泡沫的方法 ：
一是利用表面活性剂，以降低其表面张力，有利于形成 细泡，减少气体的扩散作用，使泡孔稳定； 二是提高塑料熔体的黏度，防止泡壁进一步减薄来稳定 泡沫。在发泡过程中，通过对物料的冷却或塑料的交 联作用，都能提高塑料的熔体黏度。
二氯二氟甲烷（F12)
3、溶出发泡法
先将细小颗粒的物质（如食盐和淀粉等）混入聚合物中，而 后用溶剂或伴以化学的方法使其溶出而成为泡沫物。（如混 在PVC中的淀粉，可先用水浸泡使其溶胀，而后再用热的稀 硫酸处理，使其水解为糖，溶出成为PVC发泡物）。 4、交联发泡法（组合泡沫塑料）：
先将微型（直径20～250μm，壁厚2～3μm）的空心玻 璃球、陶瓷球、空心塑料（如酚醛树脂）微球埋入熔融的聚 合物或液态的热固性塑料中，而后通过冷却或交联作用固化 成为泡沫体。
2、发泡组分间相互作用析出气体发泡法
发泡气体是形成聚合物的组分相互作用所产生的副产物， 或者是形成聚合物的组分与其它物质作用的生成物。
工业上用这种方法生产的主要有聚氨基甲酸酯泡沫塑料， 它是由异氰酸酯与聚酯或聚醚反应所析出的二氧化碳，还 有用苯酚与甲醛缩聚反应所生成的水泡来制造酚醛泡沫塑 料.
（三）机械发泡法
5、烧结发泡法： 将疏松的粉状热塑性塑料烧结在一起，使其分解放出气 体成为泡状物。
物理发泡法的优点：操作中毒性小；发泡剂的原 料成本低；没有发泡剂留下的残渣；对泡沫塑料 性能无严重影响。 物理发泡法的缺点：设备投资较大。 工业上常用的是惰性气体发泡法和低沸点的液体 发泡法。
（二）化学发泡法
用于发泡的气体是由混合原料中的某些组分在成型过 程中通过化学作用产生的。
量有所提高。
●两步法：聚合反应形成PS珠粒后，在加温加压下，将低沸点的 液体渗入到PS中，使其溶胀，经冷却后留在珠粒中。操作工序 较多，发泡剂渗透时间较长，颗粒度已经过筛选，不合格的已 事先剔除，有助于提高泡沫制品的质量。
原料规格及配方：
原料 PS珠粒 丁烷 水 肥皂粉 DCP 规格 相对分子质量55000，挥发物<0.5％ 工业级 自来水 工业级 工业级 配比/份 100 10 160 5 0.8 作用 主原料 发泡剂 溶剂 表面活性剂 交联剂
采用的液体发泡剂大多是脂肪烃类化合物：有丁烷、 正戊烷、异丁烷、石油醚等。其珠粒的制造方法有一步法、 一步半法和两步法。 ●一步法：是发泡剂在聚合时加入。发泡剂有阻聚作用，所 以制得的可发性聚苯乙烯珠粒分子量偏低，在 40000~50000，反应后有部分粉状物，需处理。 ●一步半法：发泡剂在反应中期加入，减少了阻聚作用分子
264 二苯甲酮
四溴乙烷
工业级 工业级
相对密度2.7～2.9
0.3 0.2
105
抗氧剂 紫外线吸收剂
阻燃性发泡剂