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发泡剂

所谓发泡剂就是使对象物质成孔的物质 [1] ,它可分为化学发泡剂和物理发泡剂和表面活性剂三大类。化学发泡剂是那些经加热分解后能释放出二氧化碳和氮气等气体,并在聚合物组成中形成细孔的化合物;物理发泡剂就是泡沫细孔是通过某一种物质的物理形态的变化,即通过压缩气体的膨胀、液体的挥发或固体的溶解而形成的;发泡剂均具有较高的表面活性,能有效降低液体的表面张力,并在液膜表面双电子层排列而包围空气,形成气泡,再由单个气泡组成泡沫

化学发泡剂又有无机发泡剂和有机发泡剂之分 [2]

有机发泡剂主要有以下几类:

1.偶氮化合物

2.磺酰肼类化合物

3.亚硝基化合物 [2]

无机发泡剂主要有以下类别:

碳酸盐:一种无机发泡剂,使用较多的主要是碳酸钙碳酸镁碳酸氢钠。其中碳酸氢钠是白色粉末,比重2.16。分解温度约为100-140℃,并放出部分CO2,到270℃时失去全部CO2。溶于水而不溶于醇。

水玻璃:即硅酸钠,与玻璃粉料混合并加热到850℃左右时,与玻璃反应并放出大量气体,同时能加强材料抗压和抗拉强度,主要作为制备泡沫玻璃的发泡剂使用。

碳化硅:当前泡沫玻璃工业生产中所使用的主要发泡剂,800-900℃烧结时放出大量气体。

碳黑:也是一种非常好用的发泡剂,加热放出CO2,发泡效果好,但缺点是价格较高。

常用的物理发泡剂有低沸点的烷烃和氟碳化合物。物理发泡剂是复配型物理发泡剂,不仅具有发泡倍数高、泡沫稳定性好、泌水量低等优点,同时还能对菱镁水泥起到一定的改性作用,降低产品返卤泛霜的概率。物理发泡剂已广泛应用于防火板、轻质隔墙板等发泡菱镁制品的生产,并且在某些产品中(菱镁防火门芯等)具有事关成败的关键性作用。

物理发泡剂镁嘉图理化性能指标:

外观:淡黄色液体 密度:1.01~1.02 g/ cm3 固含量:≥35- PH值:9~10

1.正戊烷

2.正己烷

3.正庚烷

4.石油醚(石脑油)

5.三氯氟甲烷(简称Freon11)

6.二氯二氟甲烷(简称Freon12)

7.二氯四氟乙烷(简称Freon114)

活性剂

阴离子表面活性剂水溶液在机械作用力引入空气的情况下,产生大量泡沫,在纸面石膏板发泡混凝土领域大量应用 [3]

发泡剂的实质就是它的表面活性作用。没有表面活性作用,就不能发泡,也就不能成为发泡剂,表面活性是发泡的核心。

常用的表面活性剂类发泡剂有:

1.十二烷基硫酸钠(K12)

2.脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠(AES)

3.松香皂类发泡剂

4.动植物蛋白类发泡剂

5.纸浆废液等。

广义的发泡剂和狭义的发泡剂 发泡剂有广义与狭义两个概念。这两个概念是有一定的差别的,它可以区分非应用性的发泡剂与应用性发泡剂。

①广义的发泡剂是指所有其水溶液能在引入空气的情况下大量产生泡沫的表面活性剂或表面活性物质。因为大多数表面活性剂与表面活性物质均有大量的起泡的能力,因此,广义的发泡剂包含了大多数表面活性剂与表面活性物质。因而,广义的发泡剂的范围很大,种类很多,其性能品质相差很大,具有非常广泛的选择性。

广义的发泡剂的发泡倍数(产泡能力)、泡沫稳定性(可用性)等技术性能没有严格的要求,只表示它有一定的产生大量泡沫的能力,产生的泡沫能否有实际的用途则没有界定 [4]

②狭义的发泡剂 狭义的发泡剂是指那些不但能产生大量泡沫,而且泡沫具有优异性能,能满足各种产品发泡的技术要求,真正能用于生产实际的表面活性剂或表面活性物质。它与广义发泡剂的最大区别就是其应用价值,体现其应用价值的是其优异性能。其优异性能表现为发泡能力特别强,单位体积产泡量大,泡沫非常稳定,可长时间不消泡,泡沫细腻,和使用介质的相容性好等 [4]

狭义的发泡剂就是工业实际应用的发泡剂,一般人们常说的发泡剂就是指这类狭义发泡剂。只有狭义的发泡剂才有研究和开发的价值

泡沫混凝土发泡剂属于狭义的发泡剂。

植物性水泥发泡剂选用进口优质天然植物高分子材料为原料,经一系列复杂的化学反应生成,产品呈浅黄色的纯净透明油状液体 [5] 。对硬水不敏感,无毒、无味、无沉淀物。PH值接近中性,对水泥和金属无腐蚀性,对环境不产生污染。该发泡剂耐储存、不易变质,具有优异的起泡能性,泡沫丰富,泡沫的稳定性适中。用该发泡剂制作发泡水泥具有耗用量少、成本低、质量稳定等特点,每桶发泡剂(200kg)可生产发泡水泥500立方米左右,所以被大量的应用于地暖工程以及屋面保温工程中,可显著地降低施工成本。

缺点:1.因用该发泡剂制作的发泡水泥其内部气孔为连通状,所以发泡水泥的透气性好、抗渗透性差,不能用于抗渗水的工程中。

2.在同样密度下与动物性发泡剂制做的发泡水泥相比,其保温性能、抗压强度均稍损一些,因而在一些具有特殊要求的工程中的应用受到一定的限制。

3.由于受植物性发泡剂泡沫稳定性的制约,一次性浇注的发泡水泥的厚度一般不超过200毫米,否则易出现表面塌陷现象。

动物性水泥发泡剂以精选的动物(牛、羊)角质蛋白为主要原材料,经一系列水解反应,加温溶解、稀释、过滤、高温缩水而成 [5] 。采用发泡设备和制造工艺生产,生产过程实行严格的品质管理,产品呈暗褐色粘性液体,杂质含量低,刺激性气味较轻,品质均匀,质量一致性好,具有良好的起泡性和优异的泡沫稳定性,属新一代动物性水泥发泡剂。由于用该发泡剂产生的泡沫表面强度很高,泡沫极其稳定,用其制作的发泡水泥其气泡呈相互独立的封闭状态,气泡与气泡之间不连通发泡水泥制品的抗渗透性很好。

1.在同样密度下,与用植物性发泡剂制作的发泡水泥相比其密封性和保温性较好,强度高。

2.由于其优异的泡沫稳定性,其一次性浇注的发泡水泥的厚度可以达到1.5米以上而不塌陷,因而适合于发泡砖、轻质板材、轻质墙体的生产。

缺点:1.由于生产工艺复杂,产品成本较高。2.该发泡剂起泡性不及植物性发泡剂,制作发泡水泥的耗用量较高。3.具有一定的刺激性气味,制作成发泡水泥之后才能消失。

有机发泡剂存在的问题是:(1)、发气量小,一般仅是无机发泡发泡剂的15--30-,残渣量大,其中包括水和挥发性物质,有时会有臭味和表面喷霜:(2)、发泡的分解发热量大,难以去除,尤其在制品壁厚度大的情况下,会使内部塑料过热而分解,降低性能;(3)、发泡剂几乎都是易燃品,分解温度低,储存和使用均应小心。

理想的化学发泡剂应满足下列要求:

1)、分解产生气体的温度范围应当狭窄

2)、释放气体的速度应快,发气率应能控制

3)、释放出来的气体应无毒,无腐蚀,不燃烧,以氮气最好二氧化碳也可以,还可以试二氧化氮,但二氧化氮气体有腐蚀性,最好不用

4)、化学发泡剂应容易分散均匀,能同塑料混熔者为最佳。

5)、价廉,存储稳定,无毒。

6)、分解后的残渣应无毒,无色,无嗅,也不会影响塑料的物理,化学性能以及力学性能,且呈化学惰性,不影响塑料的熔融速率和固化。

7)、分解时不应大量放热,不影响塑料熔融及固化。

8)、分解后的残渣同树脂相容性好,不发生残渣喷霜或渗析现象。

9)、发泡剂的分解温度同树脂的熔融温度应一致。

以上是发泡剂选择的要点,具体要根据所需要的条件来选择 [6]

发泡菱镁水泥不同于普通菱镁水泥,容重一般控制在500kg/m3;以下,有些产品如防火门芯板要求容重更低,一般控制在250~340kg/m3;左右。因此,发泡菱镁水泥对发泡剂的要求比较高。市场上的发泡剂种类繁多,质量参差不齐,导致生产者在选择发泡剂的问题上往往不知所措。现就发泡菱镁水泥中发泡剂的选择作一简述。

充分了解发泡剂的类型:不同类型的发泡剂有着不同的起泡力,泡沫稳定性也不尽相同,因此使用过程中也有一定局限性。例如,松香类发泡剂泡沫稳定性和发泡倍数均不是太好,因而它只能用于容重大于600/m3;以上的发泡菱镁水泥,而不能用于500/m;以下的低密度发泡菱镁水泥;阴离子型合成表面活性剂类发泡剂起泡快,泡沫量大,但泡沫稳定性差,低密度(500/m3以下)的发泡菱镁制品难以生产;蛋白类发泡剂起泡力和泡沫稳定性相对较好,但发出的泡沫粘度大,不利于机械化生产;复合类发泡剂有着较好的起泡力和泡沫稳定性,但发泡剂的具体技术指标也各不相同。

橡胶发泡剂、玻璃发泡剂、 水泥发泡剂引、混凝土发泡剂、塑料发泡剂、聚氨酯发泡剂。

在塑料中加入一些填料,就可使塑料某些性能得到改进,由此更适合于某些专门用途。为了降低塑料的密度和硬度,或者增强它的隔热性或隔音性,则最理想的填料就是空隙。含有空隙或泡孔的塑料,分类为泡沫塑料。随着发泡的程度,也就是空隙造成的泡沫的体积份额的差异,泡沫塑料的性能与基础塑料可能有相当大的差别。发泡剂是一种化学品,可加到塑料中,在加工过程的适当时间,它即会放出气体,使塑料中形成泡孔。

塑料泡沫的形成一般可分为四个阶段。第一阶段,发泡剂必须完全均匀地分散在聚合物内,聚合物通常呈液体或熔融态。发泡剂此时在聚合物中可以形成真正的溶液,或者仅仅是均匀地分散在聚合物中,形成二相系统。第二阶段,大量单个的气泡形成后,该系统即转变成一个气体分散在液体中的系统了。此时往往要加入核化剂,以促进大量小气泡形成。核化剂一般是极细的惰性颗粒,它们为新气相的形成提供部位。

第三阶段,最初形成的泡孔在不断涨大,这是因为有更多的气体扩散并透过聚合物进入了泡孔。如果这段时间够长,则单个的泡孔就将互相接触。假如隔开单个泡孔的壁破裂,那么,通过这种聚结方式,就会形成更大些的泡孔。如果主要是通过泡孔互连而形成的泡沫,则称之为开孔式泡沫。如果是由互不相连的泡孔形成的泡沫,就叫闭孔式泡沫。如果允许泡孔聚结无限制地进行下去,那么泡沫就会塌陷,这是因为气体全部自动地与聚合物分离开了。

第四阶段,当聚合物粘度增加,泡孔不能再增长时,泡沫就会稳定住。采用冷却、交联或其它方法都可以增加聚合物粘度。发泡过程的后三个阶段,从时间来看,则可短至几分之一秒,最长也不会超过几秒钟。泡沫的形成,要求聚合物呈液态。为此,可通过加热溶解或塑化聚合物。泡沫塑料的生产过程几乎与任何普通塑料生产过程一样,通常经过挤塑、滚塑和注塑,以及增塑糊加工和热成型等过程。出于同样原因,基本上任何种类的塑料都能制成泡沫塑料。聚氯乙烯(硬质和软质都可)、聚苯乙烯、聚丙烯、ABS和聚乙烯,都已工业规模地制成泡沫塑料。耐热工程塑料和热固性聚合物也是如此。 [7]

只有了解了发泡剂的类型后,对其性能特点才有所了解,选择发泡剂时才有的可矢。总的来说,走复合之路是发泡行业的前景所在 [8] 。目前最为常见好用的普通物理发泡剂剂为阴离子表面活性剂和稳泡类产品复配而,或者是动植物类表面活性剂配伍优良的稳泡剂;阴离子表面活性剂以脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠 十二烷基硫酸钠等为主流,稳泡体系主要以硅树脂聚醚乳液类物质最为理想。

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