第十五章 发泡剂
发泡剂 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。 物理发泡剂 是利用其在一定温度范围内物理状态的变化而产生气孔的物质。 化学发泡剂 指那些在发泡过程中通过化学变化产生一种或多种气体，从而使聚合物发泡的物质。
原理 对于一单元组分的体系，其表面能是总能量的一个重要的组成部分，而表面能是与体系的表面积成正比的，下述的Gibbs方程式给出了自由能的变化。 式中 ——液体的表面张力； A ——每摩尔物质的表面积。
当温度与压力为常数时，自由能的变化只与体系表面积的变化有关，以下式表示： 积分上式可得到如下结果： 这里 是恒温恒压下的自由能的变化。
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笨用作了发泡剂。 （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。 物理发泡剂 无机发泡剂 有机发泡剂
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。 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。
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
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 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
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。 （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。
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。
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
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。 （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。
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。
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
发泡剂的选择原则 （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