发泡剂

? （1）热分解温度尽可能的窄 ? （2）热分解的反应速度可控，有足够的气速 ? （3）所产生的气体无腐蚀性，易分散和溶解在聚合物体系中 ? （4）分解的放热量不是很大 ? （5）分解残渣不应有不良气味、并且低毒、无色，不污染聚合
材料，不影响聚合物材料的物化性能。最好，还能与聚合物材料 相溶，不发生残渣的喷霜现象 ? （6）贮存稳定，价格便宜，来源充足
第十五章 发泡剂
2011-9-19
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泡沫塑料是以塑料为基 本组分，含有大量气泡 的材料。因此，泡沫塑 料也可以说是以气体为 填料的复合材料。
密度低、隔热性优良、隔音效果好、比强度高
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Market for polymeric foam in the USA by resin family (million kg). AAGR (average annual grow rate)
? （2）放热量较高时，会在发泡体系内外产生较大的温度剃 度，造成内部温度过高而损坏聚合物的物化性能。
? （3）多为一些抑燃物，在贮存和使用的过程当中不是很方 便。
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发泡助剂
?定义 在发泡过程中，凡能与发泡剂并用并能调节发泡 剂分解温度和分解速度，或能改进发泡工艺，稳定泡沫 结构和提高发泡体质量的物质，均可以称作发泡助剂。 其中用于改变发泡剂分解温度的助剂可称为助发泡剂， 或发泡促进剂，或发泡抑制剂。其多数品种是用来降低 发泡剂分解温度的。
? 发气量 单位重量的发泡剂所产生的气体的体积。是衡量发泡剂 效率的指标，发气量高，发泡剂用量可以相对少一些，残渣也较 少。
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有机发泡剂相比较的优势
? （1）有机发泡剂的分解反应放热，达到一定的温度即可急剧分 解，且发气量比较稳定，发泡剂用量和发泡率的关系可以预测。
? 而无机发泡剂的分解多为吸热反应，分解速度缓慢，发炮率难以 控制。
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应用领域
关键性能
缓冲包装
能量吸收性、表 面柔软
实例
计算机、高级医疗器具、精密仪器、声像材料、照相机、 玻璃陶瓷、工艺品、各种家用电器包装用的角垫、衬垫、 鞍垫、封装物、装箱插入物、覆盖片、衬料
食品包装
卫生无毒、耐食 用油、化 学稳定性、 耐热性
盘、碟、碗、盒、盆、饮料杯、瓶用密封垫、肉品包装、 微波炉餐具、一次性餐具
? 气体透过率较高，易造成泡孔塌陷，使发泡过程中气体逃逸， 泡沫不能稳定
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交联和发泡的关系
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发泡剂的应用历史
? （1）1864年Hancock在天然橡胶制造开孔海绵中利用碳酸 胺和挥发性液体作为发泡剂。
? （3）1940年，杜邦公司将二偶氮氨基苯用作了发泡剂。 ? （2）20世纪30~50年代，开发了压缩氮气在高压下膨胀制
造闭孔海绵的 Rubatex法。
?无机发泡剂
有机发泡剂
物理发泡剂
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常用的无机发泡剂
? （1）碳酸盐 ——碳酸胺、碳酸氢铵和碳酸氢钠 ? 碳酸胺： 便宜 发气量大 不稳定 分散困难 氨味 ? 碳酸氢铵：分解温度高 稳定 分解可逆 速度可控 孔均匀 氨
味 ? 碳酸氢钠：无氨味 发气量低 残渣有碱性 ? ? （2）亚硝酸盐 ——NH4Cl 和NaNO2 ? 分解反应不可逆 加压发泡 含氮气或氮的氧化物 橡胶硫化 ? ? （3）碱金属的硼氢化物 ? 价格昂贵 易燃易爆 ?
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知识点
?发泡现象 ?发泡剂 ?泡沫塑料 ?无机发泡剂和有机发泡剂的主要优缺点是什
么？
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Biblioteka Baidu
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XPE 应用
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?材料进行发泡过程包括气泡生成、气泡成长 和气泡稳定三步骤。气泡的生成与发泡剂有 关，而气泡的成长和稳定与聚合物粘度、气 泡内外压有关。
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聚乙烯和聚丙烯发泡中的问题
? 在未达到熔点前树脂几乎不流动，而熔融后，粘度直线下降， 这种状况很难保住发泡气体；
? 泡沫体从熔融态到结晶态要放出大量的热，再加上熔融体比热 大，因此从熔融态到定型固化时闻长，不利于气体在发泡过程 中保持；
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发泡聚丙烯的优点
? 优良的耐热性 ? 优良的力学性能 ? 显著的隔热性 ? 耐化学腐蚀性好 ? 可回收再利用 ? 良好的耐应力开裂性能 ? 良好的回弹性，并有高冲击能吸收能力 ? 降解性能明显优于发泡PS和发泡PE
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发泡聚丙烯应用范围广泛
? 食品包装材料 ? 缓冲包装材料 ? 热绝缘材料 ? 汽车的内部件 ? 合成木材 ? 建筑材料 ? 体育用品 ? 工业
制品照片
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发泡聚乙烯的特点
? 冲击吸收性优良、缓冲减震性和回弹性优异、 ? 耐低温，热导率低，隔热保温性能优异，尺寸稳 ? 定性高 ? 耐化学性优于PS ? 耐水性和耐候性优于PU ? 优良的二次加工性能，能加热层压或黏合剂复合 ? 生产、使用和回收处理过程中都不使用和不产生 ? 有毒、有害物质，环境友好
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常用的有机发泡剂
? （1）芳香族的偶氮化合物——二偶氮氨基苯
?
相溶性、分散性良好 变色 刺激
? （2）N-亚硝基化合物——N,N-二亚硝基五次甲基四胺
?
发气量最大 分解热大 在酸性介质中不稳定
? （3）酰肼类化合物——芳香族的磺酰肼类
?
分解温度放热量适中 残渣无污染
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发泡剂评价的技术指标
? 分解温度 发泡剂产生气泡的温度。在聚合物一定黏度范围内进 行发泡才能得到性能优良的发泡体。温度太高或太低都会影响发 泡效率。所以，分解温度一定意义上决定了发泡的效率。
建筑
低热导率、低水 蒸汽透过 性、吸音
体育休闲
漂浮性、低吸水 性、能量 吸收性
工业应用
可压缩性、耐油 性、漂浮 性
密封剂支持物、伸缩缝填料、密封条、固化毯、铺地材料、 屋顶衬料、建筑模板、合成木材
救生衣、滑水带、冲浪板、游泳救护品、水池罩、体操毯、 壁垫和运动垫、野营毯
垫圈、封油环、防震垫、浮筒、油栅、环状浮袋、护舷材、 体操垫
热绝缘
低热导率、耐热 性
热水管、暖房、储藏室的绝缘，太阳能水加热器、空调保 温管，高温蓄电池的隔热材料，发动机室和车间的隔热 材料，暖器保温套、汽车顶棚，冷却器的隔热材料，液 态气体的保温材
汽车
轻质、热成型性、 能量吸收 性、耐热 性、吸音
头枕、仪表板、门衬、方向盘、轮胎罩、行李仓内衬、座 位靠背装饰、遮阳板、保险杠芯材、空调阻隔板、地毯 支撑材料、顶板、侧护板、门内板吸能保护垫、缓冲垫、 消音内插件、后置发动机分隔间、发动机护罩
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有机发泡剂自身优点
? （1）聚合物中的分散性好 ? （2）热分解温度窄，易于控制 ? （3）所产生的氮气不燃烧、不爆炸、不易液化、扩散速度小，
并且发泡效率高。 ? （4）粒子小，发泡体的泡孔小 ? （5）品种繁多
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有机发泡剂自身缺点
? （1）发泡后残渣较多，残渣有时会引起异臭，污染聚合材 料。
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工业上常用的发泡助剂
? 尿素衍生物和氨基化合物：尿素、二乙基胍、乙醇胺和氨水等 ? 有机酸：硬酯酸、月桂酸、苯甲酸和水杨酸等 ? 有机酸或无机酸的盐：硬酯酸锌、月桂酸钡、三盐基硫酸铅、
硫酸钾铝等 ? 碱土金属的氧化物：氧化锌、氧化铝等 ? 多元醇：甘油、山梨醇等 ? 有机硅化合物
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发泡剂的选择原则
? （2）有机发泡剂所产生的气体主要是N2。而无机发泡剂可以产 生CO2 、CO、 NH3 、H2O 、H2 和O2等许多种气体。而因为N2 对聚合物的透过率最小，所以有机发泡剂的发泡效率比较高。
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有机发泡剂所产生的气体主要是氮气，而无机发泡剂所产生的气体则有 CO2、CO、NH3、H2O、H2、O2等多种气体。气体对聚合物的透过率以 氮气为小，因此氮气作为有效的发泡气体效果高。