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1、第八章 发泡剂与消泡剂,8.1 概述,泡沫现象发泡剂消泡剂,8.2 发泡与消泡原理,8.2.1 泡沫的形成 泡沫类似于乳液，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。dG=-SdT+Vdp+rdA P、T一定，dG=rdA G=rA,dG=-SdT+Vdp+rdA P、T一定，dG=rdA G=rA 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。,重力作用，液体沿泡壁流下，变薄
2、而易于破裂 影响泡沫稳定性的因素 表面弹性 表面粘度,增加粘度降低挥发性,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。RP，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通过界膜进行扩散，小气泡，大气泡，破裂。,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,消泡剂：低的表面张力，低HLB值，不溶
3、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。,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（E0），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。Ross公式：渗入系数：E=rF+rDF-rDO 散布系数：S=rF rDF rD O E、SO，消泡剂才具有消泡能力。,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。分类:根据产生气泡的方式 物理发泡剂 化学发泡剂,物理发泡剂:依靠一
4、定温度范围内物理状态的改变 达到发泡的目的.性能要求:无毒、无味、无腐蚀性；不易燃易爆；不损坏聚合物的性能；气态时必须是化学惰性的；常温下具有低的蒸气分压；分子量小相对密度大，,发展：早期：压缩气体(空气、CO2，N2等)挥发性的液体(b.p110)最佳：氟代烃特点：自身价格低廉但所需设备昂贵,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：,化学发泡剂的性能要求：热分解温度是一定的，分解时不应大量放热 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，所产生
5、的气体必须是无腐蚀性的，易分散或溶 解在聚合物体系中；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。,化学发泡剂的分类：无机化学发泡剂 有机化学发泡剂,碳酸盐亚硝酸盐硼氢化物过氧化氢,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,无机化学发泡剂,碳酸盐,碳酸铵碳酸氢铵碳酸氢钠,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 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,返回,碳酸氢铵分解温度：60发气量：850 ml/g特点：热分解温
6、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,返回,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。,返回,亚硝酸盐：主要是亚硝酸铵组成：NH4Cl+NaNO2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。,返回,硼氢化钾与硼氢化钠发气量：KBH4 1660 ml/g Na
7、BH4 2370 ml/g特点：碱金属氢硼化物的价格昂贵，而且易燃易爆。返回,过氧化氢特点：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,有机化学发泡剂,优点：在聚合物中分散性好；分解温度范围较窄，易于控制；所产生的N2气，不易从发泡体中逸出因而发泡率高；粒子小，发泡体的泡孔小；缺点：发泡后残渣较多，污染聚合材料或产生表面喷霜现象；分解放热过大造成内部焦烧现象；有机发泡剂多为易燃物，在贮存和使用时都应注意防火。,返回,N-亚硝基化合物分解温度：190-205发气量：理论 240 ml/g 实际 260-275 ml/g 特点：分解温度稳定，
8、分解热大 避免与酸接触,DPT（发泡剂H）,发气量：180 ml/g特点：分解热低（厚制品），残渣喷霜 易燃易爆略有毒,NTA:,返回,偶氮化合物：发泡剂AC-偶氮二甲酰胺分解温度：195(空气）170-210发气量：理论 193 ml/g 实际 250-300 ml/g 是常用的有机发泡剂中最高的特点：具有自熄性，不助燃，无毒，无臭味，不变色，不污染，不溶于一般的溶剂和增塑剂，是商品发泡剂中最稳定的品种之一。而且粒子细小，易分散，得到均匀的微孔发泡体。其发气量大，对常压和加压发泡工艺均适用，所以发泡剂AC是性能优良的有机发泡剂,偶氮二异丁腈-AIBN分解温度：95-105发气量：理论 136
9、 ml/g特点：分解温度低，分解热小，对制品无污染，发气量低，添加量多，分解残渣有毒。,偶氮二甲酸酯类分解温度：105-110 发气量：258 ml/g特点：液体发泡剂，储存稳定，用于制造白色或 浅色制品,返回,酰肼类化合物 芳香族磺酰肼化合物,制备：,分解：,特点：分解温度 80-245 分解热适中，残渣无色无毒，与聚合物有足够的相容性,苯磺酰肼（BSH)分解温度：104，90（胶料）发气量：115 ml/g特点：分散性差，分解温度低 分解温度：110 发气量：110-125 ml/g特点：分解缓慢，使橡胶的硫化与发泡同时进行,对甲苯磺酰肼(TSH),4,4-氧代双苯磺酰肼（OBSH）分解温
10、度：130 开始，150-160 迅速发气量：15 ml/g特点：应用最为广泛的有机发泡剂之一。贮存稳定无毒不易燃，气孔结构细微均一，分解残渣不影响制品的电器绝缘性能，价格高,返回,尿素衍生物 N-硝基脲分解温度：158-159，129（石蜡烃）发气量：380 ml/g特点：有机碱促进其热分解 分解温度：235-240 发气量：280-310 ml/g,N-硝基胍,磺酰氨基脲特点：分解温度及发气量均较相应的磺酰肼高 高温发泡剂,返回,叠氮化合物特点：热分解产生氮气，分解残渣是白色无污染物。热分解时的热效应大，不适宜用作厚制品的发泡剂。对振动敏感且是可燃性的，因此贮存和使用时要小心。,对甲苯磺酰
11、叠氮,联苯-4，4-二磺酰叠氮,8.3.2 发泡助剂,定义：与发泡剂并用并能调节发泡剂分解温度和分解速度 的物质，或能改进发泡工艺，稳定泡沫结构或提高 发泡体质量的物质，均可以称作发泡助剂，或辅助 发泡剂。分类：尿素衍生物和氨基化合物，有机酸 有机酸或无机酸的盐 碱土金属的氧化物，多元醇 有机硅化合物,尿素 主要用于发泡剂H，尿素的用量可调节发泡剂H的分解温度，还可作硫化促进剂,尿素-硬脂酸复合物 可改善尿素分散性差的缺点 有N型、A型、M型 N型：氨水、硬脂酸、甘油 尿素水溶液 尿素：硬脂酸=2：1 A型：成分相同 M型：以油酸代替甘油,有机酸：硬脂酸 月桂酸 发泡剂H的发泡助剂 水杨酸 特
12、点：能降低发泡剂H的分解温度，但不能消除臭 味；对硫化有抑制作用,金属皂与金属氧化物 降低AC的分解温度，改变AC分解速度发泡灵 聚硅氧烷聚烷氧基醚共聚物 用于聚醚型、聚氨酯泡沫体进一步发泡工艺的泡沫稳定剂。,8.4 消泡剂,分类：硅氧烷类消泡剂 有机消泡剂 原理：通过置换气液界面的泡沫稳定剂而达到消泡作用。,硅氧烷类消泡剂,特点：低表面张力与低挥发性 化学惰性，无毒或低毒结构：聚二甲基硅氧烷+憎水基硅胶应用：水基体系：水包油型硅氧烷乳液 非水体系：硅氧烷液剂,为什么硅氧烷类乳剂的的粒度控制在250um？原因：胶乳的颗粒度-抗泡能力 直径 50um 控制方法：恰当的表面活性剂（低泡）恰当的乳化设备,高HLB低HLB,有机消泡剂,特点：具有专用性种类：硬脂酸或油酸的铝皂，聚丙二醇，丙二醇 与乙二醇的共聚物，脂肪酸及其甘油酯或 乙氧基化合物，高碳醇，分散于矿物油中 的高沸点的石蜡与憎水性硅胶的复配物等使用：油包水型乳剂，水包油型乳剂优点：生产成本低,理想消泡剂的物化性能：(1)具有比泡沫介质更低的表面张力；(2)不溶于泡沫介质，(3)不与泡沫介质起反应，不能被泡沫介质分解降解(4)具有正的扩散系数以便其扩散到气液界面上(5)低毒或无毒；(6)具有低的BOD,COD与TOD值；(7)贮存稳定；(8)具有良好的消泡能力与泡沫控制能力；(9)成本低。,
