发泡剂与消泡剂原理

发泡剂与消泡剂原理第1页/共49页§8.1概述泡沫现象发泡剂消泡剂第2页/共49页§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+r·dAP、T一定，dG=r·dA△G=r·△A第3页/共49页∵dG=-SdT+Vdp+r·dAP、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。第4页/共49页重力作用，液体沿泡壁流下，变薄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

第5页/共49页§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通过界膜进行扩散，小气泡↘，大气泡↗，破裂。第6页/共49页消泡机理:

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7页/共49页消泡剂：

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8页/共49页

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。

Ross公式：渗入系数：E=rF+rDF-rD>O

散布系数：S=rF–rDF–rD>OE、S>O，消泡剂才具有消泡能力。第9页/共49页§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第10页/共49页

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，第11页/共49页发展：

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12页/共49页

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：第13页/共49页第14页/共49页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15页/共49页化学发泡剂的分类：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第16页/共49页

无机化学发泡剂

碳酸盐

碳酸铵碳酸氢铵碳酸氢钠第17页/共49页

碳酸铵组成：NH4HCO3·NH2COONH4分解温度：30℃开始，55-66℃剧烈发气量：700-980ml/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第18页/共49页

碳酸氢铵分解温度：60℃发气量：850ml/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返回第19页/共49页

碳酸氢钠分解温度：100℃开始，140℃迅速发气量：267ml/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。返回第20页/共49页

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。返回第21页/共49页

硼氢化钾与硼氢化钠发气量：KBH41660ml/gNaBH42370ml/g特点：碱金属氢硼化物的价格昂贵，而且易燃易爆。

返回第22页/共49页

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，

分散性差第23页/共49页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；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；②分解放热过大造成内部焦烧现象；③有机发泡剂多为易燃物，在贮存和使用时都应注意防火。返回第24页/共49页第25页/共49页N-亚硝基化合物分解温度：190-205℃发气量：理论240ml/g实际260-275ml/g特点：分解温度稳定，分解热大避免与酸接触DPT（发泡剂H）第26页/共49页第27页/共49页发气量：180ml/g特点：分解热低（厚制品），残渣喷霜易燃易爆略有毒NTA:返回第28页/共49页

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193ml/g实际250-300ml/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第29页/共49页第30页/共49页

偶氮二异丁腈---

AIBN分解温度：95-105℃发气量：理论136ml/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。第31页/共49页

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第32页/共49页

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第33页/共49页

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)第34页/共49页

4,4’-氧代双苯磺酰肼（OBSH）分解温度：130

℃开始，150-160℃迅速发气量：

1２5

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，价格高返回第35页/共49页

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/gN-硝基胍第36页/共49页

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第37页/共49页

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。对甲苯磺酰叠氮联苯-4，4’-二磺酰叠氮第38页/共49页§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第39页/共49页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，还可作硫化促进剂第40页/共49页尿素-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=2：1A型：成分相同

M型：以油酸代替甘油第41页/共49页有机酸：硬脂酸月桂酸发泡剂H的发泡助剂水杨酸

特点：能降低发泡剂H的分解温度，但不能消除臭味；对硫化有抑制作用第42页/共49页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。第43页/共49页§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。第44页/共49页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