發(fā)泡劑定義及分類(lèi)和常見(jiàn)發(fā)泡劑品種大全

發(fā)布時(shí)間：2019-10-12 10-12 10:33 作者：阻燃材料

一、發(fā)泡劑的定義及分類(lèi)

1.1. 發(fā)泡劑定義

發(fā)泡劑是指能在塑料中形成泡孔結構，即制造泡沫塑料而添加的一類(lèi)助劑。它們能在特定的條件下產(chǎn)生大量氣體，在形成的這些含有連續或不連續氣孔（即開(kāi)孔或閉孔），使塑料形成氣固相結合的多孔結構材料，可降低塑料的密度和硬度，或增強其隔音性和隔熱性。

1.2 發(fā)泡劑種類(lèi)

按產(chǎn)生氣體方式的不同，發(fā)泡劑可分為物理發(fā)泡劑和化學(xué)發(fā)泡劑兩大類(lèi)。

二、物理發(fā)泡劑

物理發(fā)泡劑主要是通過(guò)發(fā)泡劑物理狀態(tài)的變化來(lái)形成塑料中的泡孔。

2.1. 理想物理發(fā)泡劑應具備的條件為：

①惰性、無(wú)毒；

②和樹(shù)脂相容；

③在樹(shù)脂基體中的擴散速度??；

④當樹(shù)脂反應放出熱量，或當置到外部加熱時(shí)應易于揮發(fā)。

2.2. 物理發(fā)泡劑的分類(lèi)

通常，物理發(fā)泡劑分為三類(lèi)：① 壓縮氣體；② 可溶性固體；③ 在沸點(diǎn)低于0℃的揮發(fā)性液體。

在加工過(guò)程中，當壓力消除時(shí)，壓縮氣體膨脹，或液體受熱蒸發(fā)膨脹，或溶解的可溶性固體物質(zhì)升華而產(chǎn)生氣體。

2.3. 常用物理發(fā)泡劑品種

常用的揮發(fā)性發(fā)泡劑品種有：含5～7個(gè)碳的脂肪烴；鹵代烴；低沸點(diǎn)的醇，醚、酮和芳烴。通常應用物理發(fā)泡劑的工程塑料主要有ABS和酚醛樹(shù)脂等。

2.3.1. 二氧化碳發(fā)泡劑

一種是異氰酸酯和水反應生成二氧化碳（水發(fā)泡）作為發(fā)泡劑，另一種是液體二氧化碳。

目前主要用于對絕熱性要求不高的供熱管道保溫、包裝泡沫塑料和農用泡沫塑料等領(lǐng)域；液體二氧化碳發(fā)泡優(yōu)缺點(diǎn)與水發(fā)泡相同，目前主要用于聚氨酯軟泡。

2.3.2. 氫化氟氯烴（HCFC）發(fā)泡劑

分子中含有氫，化學(xué)特性不穩定，比較容易分解。

目前商業(yè)上可以替代CFC-11最成熟的產(chǎn)品為HCFC-14LB，它與多元醇和異氰酸酯的相溶性好，在不增加設備的條件下可以直接用HCFC-14LB代替CFC-11，在達到同樣密度和相近的物理特性泡沫體時(shí)用量要少于CFC-11。HCFC-141B的缺陷在于原料價(jià)格較高，對某些ABS和高抗沖擊性聚苯乙烯具有溶解性，且其導熱系數比CFC-11高，因此需要得到的泡沫體密度較高，才可以達到隔熱效果。

2.3.3. 烴類(lèi)發(fā)泡劑

用于聚氨酯發(fā)泡劑的烴類(lèi)化合物主要是環(huán)戊烷，特別是環(huán)戊烷的硬泡體系具有導熱系數較低和抗老化性能，ODP值為零等優(yōu)點(diǎn)，常被用于冰箱、冷庫和建筑的隔熱保溫等領(lǐng)域，已經(jīng)成為我國硬泡CFC-11替代品的首選。

2.3.4. 氫化氟烷烴（HFC）發(fā)泡劑

HFC類(lèi)化合物ODP值為零，在軟質(zhì)PU泡沫生產(chǎn)中是CFC-11理想的替代產(chǎn)品，早期的HFC類(lèi)發(fā)泡劑主要是HFC-134A和HFC-152A，這兩種發(fā)泡劑具有低分子量和低沸點(diǎn)，達到相同密度和相近物理特性泡沫體時(shí)，用量比CFC-11用量少，并且性能比較穩定，但是它們的缺陷在于導熱系數比較高，且在一般多元醇中的溶解度較低，加工含有HFC-134A和HFC-152A的組合聚醚相對比較困難，另外需要發(fā)泡設備以滿(mǎn)足加工要求。

三、化學(xué)發(fā)泡劑

化學(xué)發(fā)泡劑又稱(chēng)分解性發(fā)泡劑。它們能均勻地分散于樹(shù)脂中，受熱分解，可產(chǎn)生至少一種氣體。

3.1. 化學(xué)發(fā)泡劑分類(lèi)

可分為無(wú)機發(fā)泡劑和有機發(fā)泡劑兩類(lèi)。有機發(fā)泡劑是塑料中使用的主要發(fā)泡劑，主要是偶氮類(lèi)、亞硝基類(lèi)和磺酰肼類(lèi)。另外還有一些發(fā)泡劑組成物，其發(fā)泡氣體是通過(guò)兩個(gè)組分間的吸熱反應而釋放出來(lái)的。

有機發(fā)泡劑存在的問(wèn)題：

3.1.1. 有機發(fā)泡劑發(fā)氣量一般僅是無(wú)機發(fā)泡發(fā)泡劑的15%-30%，殘渣量大，其中包括水和揮發(fā)性物質(zhì)，有時(shí)會(huì )有臭味和表面噴霜；

3.1.2. 發(fā)泡的分解發(fā)熱量大，難以去除，尤其在制品壁厚度大的情況下，會(huì )使內部塑料過(guò)熱而分解，降低性能；

3.1.3. 發(fā)泡劑幾乎都是易燃品，分解溫度低，儲存和使用都必須小心。

3.2. 常用化學(xué)發(fā)泡劑品種

主要有偶氮類(lèi)、亞硝基化合物類(lèi)、磺酰肼類(lèi)

3.2.1. 偶氮二甲酰胺

發(fā)泡劑AC，桔黃色結晶粉末，相對分子質(zhì)量116.1，相對密度1.65，細度（200 目通過(guò)）≥99.5%，水分≤0.1%，灰分≤0.1%。溶于堿，不溶于醇、汽油、苯、吡啶等一般有機溶劑，難溶于水。分解溫度190～205℃，不易燃。發(fā)氣量為200～300ml/g，主要是氮氣、一氧化碳和少量二氧化碳。室溫貯存穩定，有自熄性，但在120℃以上時(shí)因分解產(chǎn)生大量氣體，在密閉容器中易發(fā)生爆炸。

用途：適用于PE、PVC、PS、PP、ABS 等。其分解產(chǎn)物無(wú)毒、無(wú)臭、不污染，可以制得純白的泡沫體。本品分解溫度高，產(chǎn)生的氣泡均勻、致密。適用于閉孔泡沫體、常壓或加壓發(fā)泡體，厚的或薄的發(fā)泡體等各種發(fā)泡制品。如PVC和增塑糊發(fā)泡體，聚烯烴的壓延和模塑發(fā)泡體，發(fā)泡人造革等。

韌小編注：約在15年前，有一個(gè)客戶(hù)注塑阻燃級TPV，發(fā)覺(jué)收縮厲害（產(chǎn)品厚度有5mm），他自己加了一點(diǎn)AC發(fā)泡劑，收縮痕沒(méi)有了，不過(guò)表面有點(diǎn)花，這是我第一次知道，原來(lái)發(fā)泡劑還可以防收縮用。

3.2.2. 2，2'-偶氮二異丁腈

白色結晶粉末，相對密度1.1，揮發(fā)分1%，甲醇不溶物0.1%，熔點(diǎn)>99℃。溶于甲醇、乙醇、丙醇、乙醚、石油醚等有機溶劑，不溶于水。分解溫度98～110℃，放出氮氣，發(fā)氣量130～155ml/g。室溫下緩慢分解，30℃下貯存數月后顯著(zhù)變質(zhì)，故本品應在10℃以下存放。

用途：特別適用于PVC，還可用于環(huán)氧樹(shù)脂、PS、酚醛樹(shù)脂及橡膠等。分解發(fā)熱量低，約125.6～167.5J/mol，故使用量高達40%也不致使制品燒焦，可制得潔白制品。本品分解溫度低，可用于普通的PVC 糊。毒性較大，這大大限制了其應用。近年來(lái)，其作為發(fā)泡劑應用已日漸縮小，主要用作聚合引發(fā)劑。

3.2.3. 偶氮二甲酸二異丙酯

橙色油狀液體，相對分子質(zhì)量202，凝固點(diǎn)2.4℃，沸點(diǎn)75.5℃(33.31Pa)，單獨加熱時(shí)，240℃下仍然穩定。使用鉛鹽、有機錫化合物、鎘皂和鋅皂等熱穩定劑可以使其活化，降低分解溫度。在100～200℃內的發(fā)氣量為200～350ml/g。溶于常見(jiàn)的增塑劑。

用途：液體發(fā)泡劑，適用于PE、PP、PVC 等。在塑料中易分散，泡孔結構均勻致密，分解產(chǎn)物無(wú)臭、無(wú)毒、無(wú)色、不污染，可以制造色澤極淺的泡沫塑料。調整配方和加工條件，可制得閉孔或開(kāi)孔泡沫體。

3.2.4. 偶氮二甲酸鋇

亮黃色粉末，相對分子質(zhì)量253.37，相對密度1.67，分解溫度240～250℃。發(fā)氣量170～175ml/g，分解產(chǎn)生氮氣、一氧化碳、二氧化碳、碳酸鋇等。在普通溶劑中不溶。

用途：高溫發(fā)泡劑。分解溫度高，加工安全性好。適用于軟化點(diǎn)高的聚合物，特別是PP。作為尼龍樹(shù)脂的注塑成型和擠塑成型用發(fā)泡劑也有良好的效果。還可用于硬質(zhì)和半硬質(zhì)PVC、ABS 等。

3.2.5. 偶氮二甲酸二乙酯

紅色無(wú)氣味的油狀液體。相對分子質(zhì)量174.16。分解溫度110～120℃。發(fā)氣量190ml/g。溶于增塑劑。貯存穩定。對硫化促進(jìn)劑無(wú)反應。對水分和pH 變化敏感。金屬鹽（Cu、Fe、Co、Pb、Al、Sn 等金屬）可促進(jìn)分解。

用途：PVC及其共聚物、PE、聚酯、環(huán)氧樹(shù)脂、PS、橡膠的發(fā)泡劑。用量為0.5～10%。

3.2.6. 偶氮胺基苯

黃棕色結晶，有特殊氣味。相對分子質(zhì)量197.24。熔點(diǎn)96～98℃，分解溫度150℃。發(fā)氣量113ml/g。貯存穩定。易從制品表面析出結晶，在酸性介質(zhì)中會(huì )在較低溫度下分解，屬于污染性發(fā)泡劑。

用途：可作為PVC 及其共聚物、PS、PE、酚醛樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、生膠和橡膠、硅酮聚合物的發(fā)泡劑。用量0.1～5%。

3.2.7. N,N'-二亞硝基五次甲基四胺，發(fā)泡劑H

淡黃色結晶粉末，本身無(wú)臭，在潮濕狀態(tài)下有甲醛味。相對分子質(zhì)量186.18。相對密度：1.45。溶解度（室溫，g/100g 溶劑）：甲乙酮1.6、吡啶1.8、乙酰乙酸乙酯2.6、乙腈5.6、嗎啉2.0、1-硝基丙烷1.4、二甲基甲酰胺14.7。在水、乙醇、苯、乙醚、丙酮中的溶解度約為1。分解溫度190～205℃（空氣中）、130～190℃（樹(shù)脂中或使用分解助劑）。發(fā)氣量260～270ml/g。分解氣體主要是氮氣，有少量一氧化碳和二氧化碳等。本品易燃，與酸或酸霧接觸會(huì )迅速起火燃燒，故不能與這些物質(zhì)共同存放，并應嚴禁明火。

用途：作為發(fā)泡劑多用于PVC。發(fā)氣量大，發(fā)泡效率高。使用水楊酸、己二酸、鄰苯二甲酸等有機酸或尿素為發(fā)泡助劑，可以降低分解溫度（通常調節在90～130℃）。分解時(shí)發(fā)熱量大，易造成厚制品的“芯燒”，且分解產(chǎn)物有惡臭。并用尿素后可消除臭味。本品在PVC中的用量約為7～15%。

3.2.8. N,N'-二甲基-N,N'-二亞硝基對苯二甲酰胺

商品化產(chǎn)品中有效成分為70%。黃色粉末，相對分子質(zhì)量250.21，相對密度1.2?？諝庵蟹纸鉁囟葹?05℃，樹(shù)脂中為90～105℃，發(fā)氣量為126ml/g，分解氣體主要是氮氣。純品為爆炸物，對沖擊和摩擦敏感，故商品中充入惰性填料以增加安全性。

用途：可用作PVC 發(fā)泡劑，特別適用于PVC 糊，不使用發(fā)泡助劑即可制得開(kāi)孔和閉孔的泡沫體。分解生熱小，可用于厚制品，分解殘余物無(wú)污染，但在塑料中會(huì )噴霜。

3.2.9. 苯磺酰肼

淡黃色或白色細微粉末，相對分子質(zhì)量172.20。相對密度1.43～1.48，熔點(diǎn)99℃?？諝庵蟹纸鉁囟?gt;95℃，塑料中分解溫度為95～100℃。發(fā)氣量為130ml/g，分解氣體中主要是氮氣，有少量水蒸氣。

用途：可用于PVC、酚醛樹(shù)脂、聚酯發(fā)泡劑。分解過(guò)程伴有發(fā)熱，使制品內部溫度升高，故最好與碳酸氫鈉混合使用。本品分解后產(chǎn)生的含硫化合物具有臭味。

3.2.10. 對甲苯磺酰肼

白色結晶細微粉末。相對分子質(zhì)量186。相對密度1.40～1.42。熔點(diǎn)100～110℃。易溶于堿，溶于甲醇、乙醇、甲乙酮，微溶于水、醛類(lèi)，不溶于苯和甲苯。分解溫度100～110℃，放出氮氣和少量水，發(fā)氣量為110～125ml/g。在熱水中水解產(chǎn)生磺酸，并放出氮氣。常溫下無(wú)吸濕潮解現象，化學(xué)性質(zhì)穩定。本品為可燃性物質(zhì)，但遇酸不著(zhù)火。

用途：本品為低溫發(fā)泡劑，適用于PVC 等多種塑料和橡膠。發(fā)生的氣體和分解殘渣無(wú)毒、無(wú)臭、不污染。本品產(chǎn)生的泡孔結構細密均勻，制品收縮率小，撕裂強度大，特別適合于制造閉孔泡沫塑料和海綿膠。本品用于PVC 可制得白色泡沫體，但在此場(chǎng)合模具表面必須鍍鉻。由于本品分解溫度較低，捏煉加工時(shí)應避免溫度過(guò)高（一般低于80℃），以防提前發(fā)泡。使用本品時(shí)可不用發(fā)泡助劑。本品不能與發(fā)泡劑H 并用，因這兩種發(fā)泡劑反應產(chǎn)生大量熱量，可導致制品內部燒焦。本品也不宜與鉛鹽并用，以免產(chǎn)生黑色硫化鉛沉淀。

3.2.11. 4，4’-氧化雙苯磺酰肼

白色或淡黃色結晶粉末。相對分子質(zhì)量358.39。相對密度1.52。分解溫度140～160℃，放出氮氣和水蒸氣，發(fā)氣量約為120ml/g。溶于環(huán)己酮、乙二醇、乙醚，微溶于乙醇和溫水，不溶于苯和汽油。

用途：本品為適應性極廣的發(fā)泡劑，有萬(wàn)能發(fā)泡劑之稱(chēng)?？捎糜赑VC、PE、PP、ABS 樹(shù)脂等，也可作為塑料與橡膠的共混物及各種合成橡膠的發(fā)泡劑。其結構中雖然含有醚鍵，但非常穩定。在樹(shù)脂中的分解溫度為120～140℃。使用碳酸氫鈉可使其活化，降低分解溫度。泡孔結構細微均勻，分解氣體和殘余物無(wú)毒、無(wú)臭、不污染制品。適用于制造PE發(fā)泡電線(xiàn)電纜絕緣材料，微孔PVC 糊泡沫體等各種泡沫塑料。本品加工安全性高，在100℃以?xún)葻o(wú)提前發(fā)泡之虞。但本品在分解發(fā)泡時(shí)放出水，故對于忌水場(chǎng)合不適用。

3.2.12. 3，3’-二磺酰肼二苯砜

灰白色粉末。相對分子質(zhì)量406.45。相對密度1.60。在空氣中的分解溫度為148℃，在乙烯基塑料中的分解溫度為135～145℃。發(fā)氣量110ml/g。無(wú)毒。

用途：本品主要作為軟質(zhì)PVC 發(fā)泡劑，也可用于硬質(zhì)PVC 和PE。發(fā)泡時(shí)分解生成的氣體無(wú)惡臭，無(wú)毒，但殘余物有污染性，可使制品帶色。

3.2.13. 1，3-苯二磺酰肼

商品形式為50%本品與50%氯化石蠟的混合物，是含有灰白色細微粒子的膏狀物，相對分子質(zhì)量266.29，相對密度1.5。在空氣中的分解溫度約為150℃，在塑料中的分解溫度為115～130℃，發(fā)氣量300ml/g。

用途：本品可作為橡膠和塑料用發(fā)泡劑，主要用于橡膠。加工安全性高，提前發(fā)泡的危險性小。堿性物質(zhì)可降低其分解溫度。分解產(chǎn)生的氣體主要是氮氣。

3.2.14. 對甲苯磺酰氨基脲 p-Toluenesulfonyl semicarbazide

白色細微粉末。相對分子質(zhì)量229.25。溶于二甲基亞砜、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、濃氫氧化銨和堿水，不溶于乙酸、丙酮、四氯化碳、乙二醇、異丙醇、石油醚、甲苯和水。在空氣中的分解溫度為230℃，在塑料中的分解溫度為213～225℃。放出的氣體主要是氮氣和二氧化碳（約2:1）。分解后的固體殘余物主要是對二甲苯二硫化物和對甲苯磺酸銨，前者可溶于苯，后者可溶于水。本品在室溫下有良好的貯存穩定性，但應避免靠近蒸汽管道、火源和陽(yáng)光直曬。

用途：本品為高溫氮氣發(fā)泡劑，特別適用于高溫加工的塑料，如ABS 樹(shù)脂、尼龍、硬質(zhì)PVC、HDPE、PP、PC 等。加工安全性好，無(wú)提前發(fā)泡的危險。本品也可用于天然橡膠和合成橡膠的發(fā)泡。

3.2.15. 4，4’-氧代雙（苯磺酰氨基脲）

本品為高溫發(fā)泡劑，分解溫度為210～220℃，發(fā)氣量約為145ml/g。放出的氣體主要是氮氣和二氧化碳。

用途：適用于硬質(zhì)PVC、HDPE、高軟化點(diǎn)PP、PC、ABS 樹(shù)脂等加工溫度高的塑料。

3.2.16. 三肼基三嗪

白色或灰白色粉末。相對分子質(zhì)量171.61。分解溫度235～275℃。發(fā)氣量約為247ml/g。放出的氣體主要是氮氣和二氧化碳。

用途：本品為高溫發(fā)泡劑，適用于硬質(zhì)和半硬質(zhì)PVC、PP、PC、ABS 樹(shù)脂、聚酰胺等加工溫度高的塑料。加工安全性好。

3.2.17. 5-苯基四唑 5-Phenyltetrazole

液體狀物。相對密度1.105（50℃）。

用途：本品為高溫發(fā)泡劑，適用于PC、聚酰胺等熔融溫度高的聚合物。

3.2.18. 聚硅氧烷-聚烷氧基醚共聚物（發(fā)泡靈）

黃色或棕黃色油狀粘稠透明液體。酸值<0.2mgKOH/g。相對密度1.04～1.08。粘度0.15～0.5Pa· s（50℃）。

用途：本品是聚醚型聚氨酯泡沫塑料一步法生產(chǎn)中用的泡沫穩定劑。也可作為聚氨酯類(lèi)、丙烯酸酯類(lèi)涂料的流平劑。在彩色膠片防光暈層的涂布方面也有應用。

3.3. 對化學(xué)發(fā)泡劑的要求

3.3.1. 分解產(chǎn)生氣體的溫度范圍應當狹窄；

3.3.2. 釋放氣體的速度應快，發(fā)氣率應能控制；

3.3.3. 釋放出來(lái)的氣體應無(wú)毒，無(wú)腐蝕，不燃燒，以氮氣最好二氧化碳也可以，還可以試二氧化氮，但二氧化氮氣體有腐蝕性，最好不用；

3.3.4. 化學(xué)發(fā)泡劑應容易分散均勻，能同塑料混熔者為最佳；

3.3.5. 價(jià)廉，存儲穩定，無(wú)毒；

3.3.6. 分解后的殘渣應無(wú)毒，無(wú)色，無(wú)嗅，也不會(huì )影響塑料的物理，化學(xué)性能以及力學(xué)性能，且呈化學(xué)惰性，不影響塑料的熔融速率和固化；

3.3.7. 分解時(shí)不應大量放熱，不影響塑料熔融及固化；

3.3.8. 分解后的殘渣同樹(shù)脂相容性好，不發(fā)生殘渣噴霜或滲析現象；

3.3.9. 發(fā)泡劑的分解溫度同樹(shù)脂的熔融溫度應一致。

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