發泡劑就是使對象物質成孔的物質,它可分為化學發泡劑和物理發泡劑和表面活性劑三大類。化學發泡劑是那些經加熱分解后能釋放出二氧化碳和氮氣等氣體,并在聚合物組成中形成細孔的化合物;物理發泡劑就是泡沫細孔是通過某一種物質的物理形態的變化,即通過壓縮氣體的膨脹、液體的揮發或固體的溶解而形成的;發泡劑均具有較高的表面活性,能有效降低液體的表面張力,并在液膜表面雙電子層排列而包圍空氣,形成氣泡,再由單個氣泡組成泡沫。化學發泡劑又有無機發泡劑和有機發泡劑之分。
有機發泡劑主要有以下幾類:偶氮化合物、磺酰肼類化合物、亞硝基化合物。
無機發泡劑主要有以下類別:
碳酸鹽:主要是碳酸鈣、碳酸鎂、碳酸氫鈉。其中碳酸氫鈉是白色粉末,比重2.16。分解溫度約為100-140℃,并放出部分CO2,到270℃時失去全部CO2。
水玻璃:即硅酸鈉,與玻璃粉料混合并加熱到850℃左右時,與玻璃反應并放出大量氣體,同時能加強材料抗壓和抗拉強度,主要作為制備泡沫玻璃的發泡劑使用。
碳化硅:當前泡沫玻璃工業生產中所使用的主要發泡劑,800-900℃燒結時放出大量氣體。
碳黑:也是一種非常好用的發泡劑,加熱放出CO2,發泡效果好,但缺點是價格較高。
常用的物理發泡劑有低沸點的烷烴和氟碳化合物。物理發泡劑是復配型物理發泡劑,具有發泡倍數高、泡沫穩定性好、泌水量低等優點。物理發泡劑已廣泛應用于防火板、輕質隔墻板等發泡菱鎂制品的生產,并且在某些產品中具有事關成敗的關鍵性作用。
活性劑
陰離子表面活性劑水溶液在機械作用力引入空氣的情況下,產生大量泡沫,在紙面石膏板、發泡混凝土領域大量應用。發泡劑的實質就是它的表面活性作用。沒有表面活性作用,就不能發泡,也就不能成為發泡劑,表面活性是發泡的核心。
常用的表面活性劑類發泡劑有:十二烷基硫酸鈉(K12)、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉(AES)、松香皂類發泡劑、動植物蛋白類發泡劑、紙漿廢液等。
發泡劑選擇要點
有機發泡劑存在的問題是:(1)、發氣量小,一般僅是無機發泡發泡劑的15%-30%,殘渣量大,其中包括水和揮發性物質,有時會有臭味和表面噴霜;(2)、發泡的分解發熱量大,難以去除,尤其在制品壁厚度大的情況下,會使內部塑料過熱而分解,降低性能;(3)、發泡劑幾乎都是易燃品,分解溫度低,儲存和使用均應小心。
在塑料中加入一些填料,就可使塑料某些性能得到改進,由此更適合于某些專門用途。為了降低塑料的密度和硬度,或者增強它的隔熱性或隔音性,則最理想的填料就是空隙。含有空隙或泡孔的塑料,分類為泡沫塑料。隨著發泡的程度,也就是空隙造成的泡沫的體積份額的差異,泡沫塑料的性能與基礎塑料可能有相當大的差別。發泡劑是一種化學品,可加到塑料中,在加工過程的適當時間,它即會放出氣體,使塑料中形成泡孔。
塑料泡沫的形成一般可分為四個階段。第一階段,發泡劑必須完全均勻地分散在聚合物內,聚合物通常呈液體或熔融態。發泡劑此時在聚合物中可以形成真正的溶液,或者僅僅是均勻地分散在聚合物中,形成二相系統。
第二階段,大量單個的氣泡形成后,該系統即轉變成一個氣體分散在液體中的系統了。此時往往要加入核化劑,以促進大量小氣泡形成。核化劑一般是極細的惰性顆粒,它們為新氣相的形成提供部位。
第三階段,最初形成的泡孔在不斷漲大,這是因為有更多的氣體擴散并透過聚合物進入了泡孔。如果這段時間夠長,則單個的泡孔就將互相接觸。假如隔開單個泡孔的壁破裂,那么,通過這種聚結方式,就會形成更大些的泡孔。如果主要是通過泡孔互連而形成的泡沫,則稱之為開孔式泡沫。如果是由互不相連的泡孔形成的泡沫,就叫閉孔式泡沫。如果允許泡孔聚結無限制地進行下去,那么泡沫就會塌陷,這是因為氣體全部自動地與聚合物分離開了。
第四階段,當聚合物粘度增加,泡孔不能再增長時,泡沫就會穩定住。采用冷卻、交聯或其它方法都可以增加聚合物粘度。發泡過程的后三個階段,從時間來看,則可短至幾分之一秒,最長也不會超過幾秒鐘。泡沫的形成,要求聚合物呈液態。為此,可通過加熱溶解或塑化聚合物。泡沫塑料的生產過程幾乎與任何普通塑料生產過程一樣,通常經過擠塑、滾塑和注塑,以及增塑糊加工和熱成型等過程。出于同樣原因,基本上任何種類的塑料都能制成泡沫塑料。聚氯乙烯(硬質和軟質都可)、聚苯乙烯、聚丙烯、ABS和聚乙烯,都已工業規模地制成泡沫塑料。耐熱工程塑料和熱固性聚合物也是如此。
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