泡沫塑料具有多种优良性能,如质轻、节省材料和节约成本等,应用非常广泛。各种泡沫塑料的成型,都离不开发泡剂的使用。发泡剂是能够使塑料等高分子材料形成泡孔的一类物质。根据发泡气体的来源,可将发泡齐,分为物理发泡剂和化学发泡剂。物理发泡剂产生气体时不发生化学反应,而是通过挥发或气化产生发泡气体,典型的物理发泡剂如氯氟烃类(CFCs)、氢氟烃类(HFCs)、烷烃类、水、超临界CO2等。化学发泡剂种类繁多,一般分为无机发泡剂和有机发泡剂。常用的无机发泡剂是无机碳酸盐和碳酸氢盐;重要的有机发泡剂是偶氮二甲酰胺(AC),后来又出现了碳酸氢盐和柠檬酸的复合物(HYDROCEROLBIH),AC、碳酸氢盐和柠檬酸的复合物(EXOCEROL)等。
发泡剂的性质对泡沫塑料的性能具有极其重要的影响。所以,对发泡剂性质的研究,已成为泡沫塑料领域的研究热点,并已取得很大进展。随着泡沫塑料生产工艺的不断改进,工业化生产对发泡剂的性质提出了更高要求。为了满足更加苛刻的发泡工艺要求,研究者对发泡剂的性能进行了不断改进,并逐步扩展其种类和改善使用条件。
本文主要综述了发泡剂的发展过程和使用状况,并着重介绍了发泡剂性质对泡沫塑料制品的影响。
1物理发泡剂
聚氨酯(PU)硬质泡沫塑料是应用广泛的泡。沫塑料。上世纪50年代末,使用氯氟烃类(CFCs)物质作为PU硬质泡沫塑料的发泡剂,其中重要的是CFC-11(CCl3F):后来,氢氟烃(HFCs)发泡剂,取代了CFC-11。90年代初,烷烃类发泡剂投入工业生产,其中主要以戊烷类物质为主。近年来,超临界CO2作为物理发泡剂,逐渐成为微孔泡沫塑料√行业新的研究热点。
1.1氯氟烃类
CFCs是PU硬质泡沫塑料的主要发泡剂。CFC-11是一代发泡剂的典型代表,广泛应用于PU泡沫塑料行业,它具有不燃、无毒、化学性质稳定等优点。到目前为止,CFC-11是PU硬质泡沫塑料生产中综合性能好、导热系数低的发泡剂。但是,CFCs发泡剂对臭氧层的破坏作用很大,并且会产生温室效应,根据蒙特利尔公约,发达国家已于1996年1月1日停止生产CFCs物质。后来,出现了氢氯氟烃(HCFCs)发泡剂作为替代晶,HCFC-14lb(CH3CFCl2)是在商业上可替代CFC-11的成熟的发泡剂(第二代发泡剂)。HCFC-14lb没有闪点,自燃温度高,发泡效果与CFC-11相当,但它仍然具有一定的臭氧除去功能,并会产生温室效应p),所以,HCFC-14lb只是作为CFC-11的过渡替代品使用,发达国家已于2003年禁止其生产,我国也将在2030年前停止生产HCFC-14lb。
1.2氢氟烃类
HFCs发泡剂属于环保发泡剂(第三代发泡剂)。环保发泡剂主要是指臭氧消耗潜能(ODP)为零,温室效应潜能(GWP)较小,对环境友好的绿色发泡剂。
HFCs发泡剂分为气态和液态两大类。气态HFCs发泡剂具有导热系数较大、蒸汽压较高、需要耐压容器储存和需要对发泡设备进行特殊改造等缺点,目前已很少使用。早期的HFCs发泡剂主要是HFC-134a和I-IFC-152a,两者缺陷在于导热系数较高,在多元醇中的溶解度较低,加工比较困难。研究表明,在HFCs发泡剂系列中,有可能取代HCFC-141b的发泡剂是HFC-245fa(CHF2CH2CF,)和HFC-365mfc(CH3CF2CH2CF3)。
HFC-245fa由美国Honeywell公司首先推出,美国Honeywell公司、乌克兰Allchem公司和日本CentralGlass公司是其全球主要生产商。,HFC-245fa具有ODP为零、GWP较小、无色透明、不可燃、无毒和无闪点等优点。HFC-245fa作为环保发泡剂,国内外已开始用来生产电冰箱保温材料。美国和日本倾向于使用HFC-245fa,目前Honeywell公司已建成HFC-245缸的工业级生产装置,而我国仍处于开发过程中。因此,必须加快HFC-245fa生产和应用的开发及产业化步伐,以满足国内需要;
HFC-365mc由法国Atofina(原名ElfAtoChem)公司首先研制成功,国外生产商有美国Solvay氟化物公司和法国Atofina公司等。在目前所有ODP为零的HFCs发泡剂中,HFC-365mfc是沸点高于25℃的液态发泡剂,其蒸汽压比HCFC-14lb低,发泡设备无需大的改动,但它具有一定的可燃性。与HCFC-14lb相比,HFC-365mfc制备的泡孔结构均匀,平均孔径较小,泡体拉伸强度高,断裂伸长率大。欧盟国家正积极开发HFC-365mfc,2002年底Solvay公司在法国建成了1.5万t/aHFC-365mc生产装置,这预示着不破坏臭氧层的高性能发泡剂将在全球推广使用。