發泡劑與消泡劑原理第1頁/共49頁§8.1概述泡沫現象發泡劑消泡劑第2頁/共49頁§8.2發泡與消泡原理§8.2.1泡沫的形成泡沫類似于乳液，乳液形成大量的水油界面，泡沫則形成大量的氣液界面，但都需在機械力的作用下產生泡沫：就是不溶性氣體在外力作用下進入液體之中，并被液體相互隔離的非均相體系。∵dG=-SdT+Vdp+r·dAP、T一定，dG=r·dA△G=r·△A第3頁/共49頁∵dG=-SdT+Vdp+r·dAP、T一定，dG=r·dA△G=r·△A∴產生泡沫，△A增加，△G增加表面活性劑r↓

純液體，r不變∴加入表面活性劑有利于泡沫的生成，但產生的泡沫仍是熱力學不穩定的，部分抵消由于△A

造成的△G。第4頁/共49頁重力作用，液體沿泡壁流下，變薄而易于破裂影響泡沫穩定性的因素

表面彈性

表面粘度

增加粘度降低揮發性

第5頁/共49頁§8.2.2泡沫的破裂泡沫不穩定，大小、分布改變，泡壁減薄時易破裂。R↘P↗，∴大小氣泡內氣壓不等∴氣體總是從小氣泡的高壓側向大氣泡的低壓側通過界膜進行擴散，小氣泡↘，大氣泡↗，破裂。第6頁/共49頁消泡機理:

消泡劑常以微粒的形式，滲入到泡沫的體系中。泡沫體系要產生泡沫時，存在于體系中的消泡劑立刻破壞氣泡的彈性膜，抑制氣泡的產生。若氣泡已產生，添加的消泡劑接觸泡沫后，進一步擴展，層狀侵入，取代原泡沫的膜壁。∵低表面張力的液體總是要流向高表面張力的液體∴消泡劑本身低表面張力使膜壁逐漸變薄，從而導致氣泡的破裂第7頁/共49頁消泡劑：

低的表面張力，低HLB值，不溶于發泡介質中，但又能均勻分散于泡沫介質中，產生持續、均衡的消泡能力。要起泡時，阻止氣泡的產生；已起泡沫，迅速地散步，破壞氣泡的彈性膜，使之破裂。第8頁/共49頁

消泡劑要起作用，首先必須滲透到泡沫間的液膜上，滲入能力用E表示（E>0），消泡劑滲入到液膜上，又要能很快地散布開，散布能力可用散布系數S表示。

Ross公式：滲入系數：E=rF+rDF-rD>O

散布系數：S=rF–rDF–rD>OE、S>O，消泡劑才具有消泡能力。第9頁/共49頁§8.3發泡劑§8.3.1概述定義:發泡劑是一類能使處于一定粘度范圍內的液態或塑性狀態的橡膠、塑料形成微孔結構的物質。分類:根據產生氣泡的方式物理發泡劑化學發泡劑第10頁/共49頁

物理發泡劑:依靠一定溫度范圍內物理狀態的改變達到發泡的目的.性能要求:①無毒、無味、無腐蝕性；②不易燃易爆；③不損壞聚合物的性能；④氣態時必須是化學惰性的；⑤常溫下具有低的蒸氣分壓；⑥分子量小相對密度大，第11頁/共49頁發展：

早期：壓縮氣體(空氣、CO2，N2等)

揮發性的液體(b.p<110℃)

最佳：氟代烴特點：自身價格低廉但所需設備昂貴第12頁/共49頁

化學發泡劑：定義：通過化學變化產生氣體進而發泡的物質。發泡效果的影響因素：分解溫度：必須與聚合物的熔融溫度相適應發氣量：衡量化學發泡劑發泡效率的指標分解速度：分解熱：第13頁/共49頁第14頁/共49頁化學發泡劑的性能要求：①熱分解溫度是一定的，分解時不應大量放熱②熱分解反應的速度必須是可控的，而且必須有足夠的產生氣體的速度，

③所產生的氣體必須是無腐蝕性的，易分散或溶解在聚合物體系中；④分解殘渣與聚合材料相容，無不良氣味，低毒，無色；不影響聚合材料的物化性能。第15頁/共49頁化學發泡劑的分類：無機化學發泡劑有機化學發泡劑碳酸鹽亞硝酸鹽硼氫化物過氧化氫N-亞硝基化合物偶氮化合物酰肼類化合物尿素化合物其他第16頁/共49頁

無機化學發泡劑

碳酸鹽

碳酸銨碳酸氫銨碳酸氫鈉第17頁/共49頁

碳酸銨組成：NH4HCO3·NH2COONH4分解溫度：30℃開始，55-66℃劇烈發氣量：700-980ml/g特點：便宜，發氣量高，但貯存穩定性差，在聚合物中分散困難，而且有一定的氨味，堿性對橡膠硫化有促進作用返回第18頁/共49頁

碳酸氫銨分解溫度：60℃發氣量：850ml/g特點：熱分解溫度比碳酸銨高，比碳酸銨穩定，便于貯存；分解反應是可逆的，分解速度可控，能得到均勻的微孔泡沫制品。在聚合物中分散困難且具有氨味返回第19頁/共49頁

碳酸氫鈉分解溫度：100℃開始，140℃迅速發氣量：267ml/g特點：碳酸氫鈉不產生刺激性的氨氣，但其發氣量較碳酸氫銨低，而且分解殘渣

Na2CO3具有強堿性。返回第20頁/共49頁

亞硝酸鹽：主要是亞硝酸銨組成：NH4Cl+NaNO2特點:亞硝酸銨的熱分解是不可逆的，因此它可以作為加壓發泡過程中的發泡劑。亞硝酸銨分解產生的氣體是氮氣，也含有少量氮的氧化物，因此對橡膠的硫化有促進作用但會腐蝕模具和設備。返回第21頁/共49頁

硼氫化鉀與硼氫化鈉發氣量：KBH41660ml/gNaBH42370ml/g特點：堿金屬氫硼化物的價格昂貴，而且易燃易爆。

返回第22頁/共49頁

過氧化氫特點：發氣量較低，且具有強腐蝕性無機發泡劑的缺點：特點：吸熱反應，分解速率緩慢，發泡率難控制，

分散性差第23頁/共49頁有機化學發泡劑優點：①在聚合物中分散性好；②分解溫度范圍較窄，易于控制；③所產生的N2氣，不易從發泡體中逸出．因而發泡率高；④粒子小，發泡體的泡孔小；缺點：①發泡后殘渣較多，污染聚合材料或產生表面噴霜現象；②分解放熱過大造成內部焦燒現象；③有機發泡劑多為易燃物，在貯存和使用時都應注意防火。返回第24頁/共49頁第25頁/共49頁N-亞硝基化合物分解溫度：190-205℃發氣量：理論240ml/g實際260-275ml/g特點：分解溫度穩定，分解熱大避免與酸接觸DPT（發泡劑H）第26頁/共49頁第27頁/共49頁發氣量：180ml/g特點：分解熱低（厚制品），殘渣噴霜易燃易爆略有毒NTA:返回第28頁/共49頁

偶氮化合物：

發泡劑AC---偶氮二甲酰胺分解溫度：195℃(空氣）170-210℃發氣量：理論193ml/g實際250-300ml/g

是常用的有機發泡劑中最高的特點：具有自熄性，不助燃，無毒，無臭味，不變色，不污染，不溶于一般的溶劑和增塑劑，是商品發泡劑中最穩定的品種之一。而且粒子細小，易分散，得到均勻的微孔發泡體。其發氣量大，對常壓和加壓發泡工藝均適用，所以發泡劑AC是性能優良的有機發泡劑第29頁/共49頁第30頁/共49頁

偶氮二異丁腈---

AIBN分解溫度：95-105℃發氣量：理論136ml/g特點：分解溫度低，分解熱小，對制品無污染，發氣量低，添加量多，分解殘渣有毒。第31頁/共49頁

偶氮二甲酸酯類分解溫度：105-110

℃發氣量：258

ml/g特點：液體發泡劑，儲存穩定，用于制造白色或淺色制品返回第32頁/共49頁

酰肼類化合物芳香族磺酰肼化合物制備：分解：特點：分解溫度80-245℃

分解熱適中，殘渣無色無毒，與聚合物有足夠的相容性第33頁/共49頁

苯磺酰肼（BSH)分解溫度：104

℃，90℃（膠料）發氣量：115

ml/g特點：分散性差，分解溫度低

分解溫度：110

℃發氣量：110-125

ml/g特點：分解緩慢，使橡膠的硫化與發泡同時進行對甲苯磺酰肼(TSH)第34頁/共49頁

4,4’-氧代雙苯磺酰肼（OBSH）分解溫度：130

℃開始，150-160℃迅速發氣量：

1２5

ml/g特點：應用最為廣泛的有機發泡劑之一。貯存穩定無毒不易燃，氣孔結構細微均一，分解殘渣不影響制品的電器絕緣性能，價格高返回第35頁/共49頁

尿素衍生物

N-硝基脲分解溫度：158-159

℃，129℃（石蠟烴）發氣量：

380

ml/g特點：有機堿促進其熱分解

分解溫度：235-240

℃發氣量：

280-310

ml/gN-硝基胍第36頁/共49頁

磺酰氨基脲特點：分解溫度及發氣量均較相應的磺酰肼高高溫發泡劑返回第37頁/共49頁

疊氮化合物特點：熱分解產生氮氣，分解殘渣是白色無污染物。熱分解時的熱效應大，不適宜用作厚制品的發泡劑。對振動敏感且是可燃性的，因此貯存和使用時要小心。對甲苯磺酰疊氮聯苯-4，4’-二磺酰疊氮第38頁/共49頁§8.3.2發泡助劑定義：與發泡劑并用并能調節發泡劑分解溫度和分解速度的物質，或能改進發泡工藝，穩定泡沫結構或提高發泡體質量的物質，均可以稱作發泡助劑，或輔助發泡劑。分類：尿素衍生物和氨基化合物，有機酸有機酸或無機酸的鹽堿土金屬的氧化物，多元醇有機硅化合物第39頁/共49頁尿素主要用于發泡劑H，尿素的用量可調節發泡劑H的分解溫度，還可作硫化促進劑第40頁/共49頁尿素-硬脂酸復合物可改善尿素分散性差的缺點有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頁/共49頁有機酸：硬脂酸月桂酸發泡劑H的發泡助劑水楊酸

特點：能降低發泡劑H的分解溫度，但不能消除臭味；對硫化有抑制作用第42頁/共49頁金屬皂與金屬氧化物降低AC的分解溫度，改變AC分解速度發泡靈聚硅氧烷—聚烷氧基醚共聚物用于聚醚型、聚氨酯泡沫體進一步發泡工藝的泡沫穩定劑。第43頁/共49頁§8.4消泡劑分類：硅氧烷類消泡劑有機消泡劑

原理：通過置換氣液界面的泡沫穩定劑而達到消泡作用。第44頁/共49頁硅氧烷類消泡劑特點：低表面張力與低揮發性化學惰性，無毒或低