发泡剂类型

另外一类常用的物理发泡剂，即烃类，相对来说对臭氧层没有什么影响。然而它们的使用也不是没有法规限制的。烃类的释放也和其它挥发性有机化合物（VOCS）一样，要受到法律的限制，因为它们的释放物会危害低层大气层，特别是生成了臭氧。法规的严厉性在各地区是有区别的，这要根据当地空气质量而定。此外还应考虑到烃的易燃性。在作任何采用烃类为发泡剂的工厂设计时，这一点应为重要考虑因素。最广泛用作发泡剂的烃类是丁烷和正戊烷。
高温发泡剂对于高温塑料来说，例如耐热ABS、硬聚氯乙烯类、一些低熔融指数的聚丙烯类和工程塑料，如聚碳酸酯和尼龙，采用较高分解温度的发泡剂比较合适。甲苯磺酞氨基崛（TSS或TSSC）是一种很细的白色粉末，分解温度约445°F，一克发气量为140cc，主要为氮气和CO2的混合物，并有少量CO和氨。这种发泡剂常用于聚丙烯和某些ABS。但由于其分解温度之故，所以它在聚碳酸酯的应用是有限的。另外一种高温发泡剂——5一本基四唑（5－PT）一直成功地用在聚碳酸酯中。它在约425°F开始缓慢分解，但产气量不大．直到温度达到465一480°F，才会大量放气，而这一温度范围很适于聚碳酸酯的加工过程。产气量大约是 175cc／g，主要是氮气。另外还有一些正在开发中的四唑衍生物，它们具有较高的分解温度，而且放出的气体比5—PT还多。
偶氮二碳酸胺大多数主要工业用热塑性塑料的加工温度，其范围如上所述。大部分聚烯烃类、聚氯乙烯类和苯乙烯类热塑性塑料的加工温度范围在300－410°F 。对于这类塑料，有一种发泡剂使用可靠，就是偶氮二碳酸胺，又称偶氮双甲酸胺，或简称AZO或AZ。在纯净状态时，它是一种黄色／橙色粉末，大约在390°F 开始分解，分解时产气量为 220cc／g，所产气体主要为氮气和CO，并带有少量CO2，在某些条件下也含有氨。其固体分解产物是米色的，它不仅可作为表明完全分解的指示剂，而且对发泡的塑料的颜色也无不良影响。
尽管发泡剂具有固有的优点，但使用起来并不是没有问题的。大部分这类发泡剂都会污染自然环境，而且正在继续严重化。特别是氯氟烃类。而烃类也有这一问题，仅是程度稍轻。
使用最广泛的氯氟烃类发泡剂，都是一些全卤代品种，通常叫作CFCS。CFC－11和CFC－12就是典型代表。近年来，人们已经确认，这类化学品的使用与大气上层臭氧层变薄有关。因此，通过法律约束与自愿行动的结合，这类发泡剂正迅速地被淘汰，目前它们正在被部分卤化的氯氟烃类（HCFCS）和氟烃类（HFCS）所代用。但是取代品最后是否能普遍使用，这一问题目前还不能肯定。其它与上述不同的取代途径目前也正在探讨之中。DOW公司最近宣称，他们开发了一种采用CO2制造特低密度聚苯乙烯泡沫塑料的新工艺。
化学发泡剂化学发泡剂也可以分成二个主要类型：有机化学品和无机化学品。有机化学发泡剂品种非常多，而无机化学发泡剂则种类有限。最早的化学发泡剂（大约在1850年）是简单的无机碳酸盐和碳酸氢盐。这类化学品加热后会放出CO2，它们最后被碳酸氢盐和柠檬酸的混配物取代了，因为后者的预后效果要好得多。当今更优秀的无机发泡剂，其化学机理基本与上述相同，是聚碳酸类（原文为Poly－carbonic acids）和碳酸盐类混用。聚碳酸的分解是吸热反应，在320°F 左右，每克酸可放出100cc．左右的CO2，进一步加热至390°F左右时，将会放出更多的气体。这一分解反应的吸热性质可能带来某种程度的好处，因为在发泡过程中散除热量是个大问题。除了作为发泡的气体来源，这类物质时常还用作物理发泡剂的核化剂。据信，这类化学发泡剂分解时形成的最初的泡孔，为随后物理发泡剂放出的气体提供了迁移的场所。
AZ成为广泛使用的泡沫塑料发泡剂，其原因有多个，从产气量来说，AZ是最有效的发泡剂之一，它释放的气体产生泡沫的效率高。而且气体放出速度快，又不失控。AZ及其固体产物均是毒性低的物质（AZ被FDA批准为可加入到与食品接触的塑料的添加剂，其用量为5%，甚至还可直接用作食品添加剂，虽然其用量更低）。AZ也是价格最低的化学发泡剂之一，不仅从每克产气效率，而且从每美元的产气量来看都相当便宜。
与无机发泡剂相反，可供选择的有机化学发泡剂品种繁多，物理形态也各自不同。过去一些年来曾评价过数百种可能用作发泡剂的有机化学品。用来评判的准则也很多。最重要的几条是：在可控制速度和可预计温度的条件下，所释放的气体不仅量大，而且再现性好；反应产生的气体和固体均为无毒者，而且对于发泡的聚合物不能有任何不良影响，例如，产生颜色或不良气味；最后，是成本问题，这也是相当重要的一条准则。当今工业上使用的那些发泡剂，是最符合上述这些准则的。
为制成特低密度泡沫塑料（密度低至 10lb/cu.ft.左右）采用氯氟烃和烃类发泡剂效果极佳。其主要原因有两个。一是由于所需发泡剂之量极大（有时达到基质树脂重量的20%或更多），而这类发泡剂要比化学发泡剂便宜，这就补偿了设备上的较高费用；二是与泡沫稳定化的热力学相关。正如本文前面谈到的，要使一个泡沫稳定化，必须在出现塌陷之前就得改变聚合物熔体的粘度。使用最广泛的烃类和氯氟烃类发泡剂，实际上可以降低它们所用于的聚合物的熔体粘度。当它们发生汽化而脱离聚合物溶液时，熔体的粘度升高了，就可减少为稳定泡沫所需的冷却费用。对于特低密度的泡沫塑料来说，这一点尤其剂中进行选择，主要应考虑的问题是：发泡剂的分解温度应与塑料的加工温度相适应。有两种有机化学发泡剂已为低温聚氯乙烯、低密度聚乙烯和某些环氧所广泛接受。第一种是甲苯磺酰肼（TSH）。这是一种乳黄色粉末，分解温度为240°F左右。每克约产生115cc氮气和一些水分。第二种是氧化双（苯磺酷）肋，或称OBSH。这种发泡剂或许在低温用途中使用更为普遍，这种材料为白色细粉状，其正常分解温度是320°F。如果采用活化剂，如尿素或三乙醇胺，则可将这一温度下降到265°F左右。每克可放出125cc气体，主要是氮气。OBSH分解后的固体产物是聚合物，如果它与TSH共同使用，则可减轻臭味。
物理发泡剂从理论上讲，在加工过程中，任何能与聚合物混合，并随之能汽化的材料，都可用来作为发泡剂。但实际上，物理发泡剂最好是在适当的条件能液化，并在正常的塑料加工温度（或低于这一温度）下，能够汽化，使塑料发泡。这类发泡剂必须在适当条件下能溶于聚合物，但溶解度不能过大。发泡剂气体在聚合物内的渗透能力非常重要，每单位重量发泡剂所释放的出的气体的体积也同样重要。后者即称作发泡剂的效率，对于所有各种类型的发泡剂来说，这都是一种重要的检测指标，高效发泡剂标准为：每克至少释放150－200cc.气体（按标准状态计）。
AZ颗粒的大小也会影响分解过程，一般来说，在给定温度下，平均粒径越大者，释放气体越慢。这种现象在加有活化剂的系统尤为明显。为此，商品AZ的粒径范围为2—20微米或更大，采用者可随意选择。许多加工者研制了他们自己的活化系统，也有些厂商选AZ制造厂家提供的各种不同的预活化混合物。有许多稳定剂，特别是用于聚氯乙烯类者，以及某些颜料都会对AZ起到活化剂作用。所以，当改变配方时必须谨慎从事，因为AZ的分解特性可能随之也有变化。
还有一种改性的AZ，是不积垢型的。AZ发泡剂的不多的缺点之一，就是它在分解时产生一种挥发性固体，在一定环境条件下，它会挥发，然后凝积在较冷的金属表面，如模具或挤出机模头上。这一现象叫作积垢。这一缺点也可改正，即在AZ中加入一种添加剂，改变其分解方式，以阻止某种特殊分解产物的形成。这类不积垢型AZ广泛使用在注塑和电线电缆的应用中。
AZ所以能普遍应用，除上述原因外，还在于它的分解特性。它释放气体的温度及速度都能改变，可适应300一410°F 范围内的几乎所有使用目的。活化，或叫作用添加剂改变化学发泡剂的分解特点，这一问题在前文OBSH的使用中已谈到。AZ比其它任何化学发泡剂的活化都要好得多。有多种添加剂，首先是金属盐类，就能降低AZ的分解温度，其下降的度数主要看所选用的添加剂的种类和用量而定。另外，这类添加剂还具有其它作用，比如，改变气体释放速度；或者在分解反应开始前产生一个延迟期或诱导期。因此，几乎所有工艺过程中气体的释放方式，都可以人为设计。
工业上可用的AZ，其品级很多，不仅在粒径大小、活化系统上可供选择，而且在流动性上也有可选择的余地。例如，有一种添加剂加到AZ中，就可以增加AZ粉末的流动性和可分散性。这类品级的AZ，对于聚氯乙烯增塑糊，非常适用。因为发泡剂可充分分散到增塑糊中，这对于泡沫塑料的最终制品的质量是关键问题。除了采用流动性好的品级外，还可将AZ分散在邻苯二甲酸酯或其它载体系统中。处理时就会像液体那样容易。
为了制取特低密度的聚烯烃泡沫塑料（约为2lb/ft3），目前开发了一些高度专门化的工艺方法。其中，交联被用于泡沫稳定化（粘度增加）技术。有一种品级的AZ，是专为上述工艺而设计，并经特别改性的。采用这种品级的AZ，能使聚烯烃泡沫塑料中泡孔的大小、结构，以及均匀度均达到最佳程度。
如果使用的是AZ干粉，直接将AZ粉倾入树脂粒料中，采用桶混法掺和即可。此时，如果AZ用量在1％或以下，则掺混后树脂粒料的表面上即粘敷了一层AZ粉，H者不致分离。大部分配方中发泡用的AZ用量在1％或更少些。如果用量需要超过1％时，则应加人一些润湿剂，以防止二者分离。一旦上述掺混料制成，输送时就必须避免使用气力输送机，否则可能发生分离的问题。在有的连续操作，如挤塑作业中，发泡剂粉沫可直接加入进料料斗，就像加入颜料或其它添加剂那样。但是这种情况下，控制起来较困难。对于那些不希望用粉末操作的用户，AZ的液体分散剂也可即刻买到。还有一种可供选用的剂型是固体母粒。生产颜料母粒的技术也可用来生产发泡剂固体母粒。所以二者的供货者往往是相同的商家。
发泡剂类型
2007-07-20 10:11:07
根据发泡气体的来源，可将发泡剂主要分成以下两类：即物理发泡剂和化学发泡剂。仅从名称上就可得知，物理发泡剂产生气体是通过状态的物理变化——一般是从液态到气态；而化学发泡剂产生气体则是通过化学反应。后者是热敏性化学品，当加热时，发泡剂发生分解反应，产生气态和固态两种分解产物，上述两类发泡剂又可各自分成许多小类。
还有一种特殊品级的AZ是用于硬聚氯乙烯的。这一改性的AZ，能够被硬脂酸钙所活化。而硬脂酸钙是硬聚氯乙烯配方中常用的组份。未经改性的AZ则不能被硬脂酸钙所活化。因此，采用了这种品级的AZ，硬聚氯乙烯就可以在正常加工温度下加工，而不必再加用其它活化剂了。况且，有许多活化剂对于聚氯乙烯的稳定性还可能有不良影响。