第八章发泡剂与消泡剂原理

碳酸氢钠
分解温度：100℃开始，140℃迅速 发气量：267 ml/g 特点：碳酸氢钠不产生刺激性的氨气，
但其发气量较碳酸氢铵低，而且分解残渣 Na2CO3具有强碱性。
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亚硝酸盐： 主要是亚硝酸铵
组成：NH4Cl + NaNO2
NH4Cl +NaNO 2
N2+2H2O+NaCl
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化学发泡剂的分类：
碳酸盐
亚硝酸盐
无机化学发泡剂 硼氢化物
过氧化氢
有机化学发泡剂
N-亚硝基化合物 偶氮化合物 酰肼类化合物 尿素化合物 其他
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无机化学发泡剂
碳酸盐
碳酸铵 碳酸氢铵 碳酸氢钠
第八章发泡剂与消泡剂原理
碳酸铵 组成：NH4HCO3 ·NH2COONH4 分解温度：30℃开始，55-66℃剧烈 发气量：700-980 ml/g 特点：便宜，发气量高，但贮存稳定性差，在聚
特点: 亚硝酸铵的热分解是不可逆的，因此它可
以作为加压发泡过程中的发泡剂。亚硝酸
铵分解产生的气体是氮气，也含有少量氮
的氧化物，因此对橡胶的硫化有促进作用
但会腐蚀模具和设备。
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硼氢化钾与硼氢化钠
MBH4+ 2H2O H+ MBO2+4H2
发气量： KBH4 1660 ml/g NaBH4 2370 ml/g
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重力作用，液体沿泡壁流下，变薄而易于破裂
增加粘度 降低挥发性
影响泡沫稳定性的因素 表面弹性 表面粘度
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§8.2.2 泡沫的破裂
泡沫不稳定，大小、分布改变，泡壁减薄时易破 裂。
R↘P↗， ∴大小气泡内气压不等 ∴气体总是从小气泡的高压侧向大气泡的低压侧
特点：碱金属氢硼化物的价格昂贵，而且易燃易爆。
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过氧化氢
2H2O2
2H2O+ O2
特点：发气量较低，且具有强腐蚀性
无机发泡剂的缺点： 特点：吸热反应，分解速率缓慢，发泡率难控制，
分散性差
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有机化学发泡剂
优点： ①在聚合物中分散性好； ②分解温度范围较窄，易于控制； ③所产生的N2气，不易从发泡体中逸出．因而发泡率高； ④粒子小，发泡体的泡孔小；
Ross公式：渗入系数：E= rF + rDF - rD>O 散布系数：S= rF – rDF – rD >O
E、S>O，消泡剂才具有消泡能力。
第八章发泡剂与消泡剂原理
§8.3 发泡剂
§8.3.1 概述 定义: 发泡剂是一类能使处于一定粘度范围内的
液态或塑性状态的橡胶、塑料形成微孔结 构的物质。
合物中分散困难，而且有一定的氨味，碱 性对橡胶硫化有促进作用
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碳酸氢铵
分解温度：60℃ 发气量：850 ml/g 特点：热分解温度比碳酸铵高，比碳酸铵稳定，
便于贮存；分解反应是可逆的，分解速度 可控，能得到均匀的微孔泡沫制品。 在聚合物中分散困难且具有氨味
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第八章发泡剂与消泡剂原理
∵ dG = -SdT + Vdp + r·dA P、T一定，dG=r·dA △G =r·△A
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∵ dG = -SdT + Vdp + r·dA P、T一定，dG = r·dA △G = r·△A
∴ 产生泡沫，△A 增加，△G增加 表面活性剂 r ↓ 纯液体， r不变
∴加入表面活性剂有利于泡沫的生成，但产生的 泡沫仍是热力学不稳定的，部分抵消由于△A 造成的△G 。
分类: 根据产生气泡的方式 物理发泡剂 化学发泡剂
第八章发泡剂与消泡剂原理
物理发泡剂: 依靠一定温度范围内物理状态的改变 达到发泡的目的.
性能要求: ①无毒、无味、无腐蚀性； ②不易燃易爆； ③不损坏聚合物的性能； ④气态时必须是化学惰性的； ⑤常温下具有低的蒸气分压； ⑥分子量小相对密度大，
缺点：
①发泡后残渣较多，污染聚合材料或产生表面喷霜现象；
通过界膜进行扩散，小气泡↘，大气泡↗， 破裂。
第八章发泡剂与消泡剂原理
消泡机理: 消泡剂常以微粒的形式，渗入到泡沫的体系中。 泡沫体系要产生泡沫时，存在于体系中的消泡剂 立刻破坏气泡的弹性膜，抑制气泡的产生。若气 泡已产生，添加的消泡剂接触泡沫后，进一步扩 展，层状侵入，取代原泡沫的膜壁。 ∵低表面张力的液体总是要流向高表面张力的液 体 ∴消泡剂本身低表面张力使膜壁逐渐变薄，从而 导致气泡的破裂
第八章发泡剂与消泡剂原理
第八章发泡剂与消泡剂原理
化学发泡剂的性能要求： ①热分解温度是一定的，分解时不应大量放热 ②热分解反应的速度必须是可控的，而且必须有 足够的产生气体的速度， ③所产生的气体必须是无腐蚀性的，易分散或溶 解在聚合物体系中； ④分解残渣与聚合材料相容，无不良气味，低 毒，无色；不影响聚合材料的物化性能。
第八章 发泡剂与消泡剂
第八章发泡剂与消泡剂原理
§8.1 概述
泡沫现象 发泡剂 消泡剂
第八章发泡剂与消泡剂原理
§8.2 发泡与消泡原理
§8.2.1 泡沫的形成 泡沫类似于乳ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ，乳液形成大量的水油界面，泡 沫则形成大量的气液界面，但都需在机械力的作 用下产生
泡沫：就是不溶性气体在外力作用下进入液体之 中，并被液体相互隔离的非均相体系。
第八章发泡剂与消泡剂原理
消泡剂： 低的表面张力，低HLB值，不溶于发泡介质中， 但又能均匀分散于泡沫介质中，产生持续、均衡 的消泡能力。 要起泡时，阻止气泡的产生；已起泡沫，迅速地 散步，破坏气泡的弹性膜，使之破裂。
第八章发泡剂与消泡剂原理
消泡剂要起作用，首先必须渗透到泡沫间的液膜 上，渗入能力用E表示（E>0），消泡剂渗入到 液膜上，又要能很快地散布开，散布能力可用散 布系数S表示。
第八章发泡剂与消泡剂原理
发展： 早期：压缩气体(空气、CO2，N2等) 挥发性的液体(b.p<110℃) 最佳：氟代烃
特点：自身价格低廉但所需设备昂贵
第八章发泡剂与消泡剂原理
化学发泡剂： 定义：通过化学变化产生气体进而发泡的物质。
发泡效果的影响因素： 分解温度：必须与聚合物的熔融温度相适应 发气量：衡量化学发泡剂发泡效率的指标 分解速度： 分解热：