发泡助剂

出处：按学科分类—工业技术 中国轻工业出版社《塑料挤出制品生产工艺手册》第323页（3329字）

(一)成核剂

各种情况下，可加入成核剂以获得均匀的泡孔尺寸。典型的成核剂如滑石粉及超细碳酸钙等，它们可作为局部气泡核的起点。在这些区域，溶解的发泡气体可从溶液中逸出，并吸附在核上。气泡核形成的机理与结晶时晶核形成的机理相似。成核剂的用量在1%左右。

平均泡孔直径与成核剂用量的关系见图16－7。

图16－7 平均泡孔直径与成核剂用量的关系

(二)交联剂

1．PE塑料在发泡进行交联的必要性

PE塑料在发泡进行交联的必要性从以下三方面阐述。

(1)适宜发泡的粘度范围内所对应的温度差 由图16－8可知，图中虚线是未交联PE(结晶型)粘度与温度之间的关系曲线，这时，适宜发泡的粘度范围内所对应的温度差△T₁很小，小到工业生产中很难控制；图中实线是已交联PE(无定型的比例很大)粘度与温度之间的关系曲线，这时，适宜发泡的粘度范围内所对应的温度差△T₂较大，这样在工业生产中就能控制。

图16－8 PE粘度与温度的关系曲线

a－加工范围 1－无定形 2－结晶 3－挤出流动上限 4－泡孔增长下限

(2)相转变过程中的潜热 PE熔体转为玻璃态时，有相转变的过程。在这个过程中要放出大量的热量。这么多的热量从制品中扩散出去所需要的时间较长，气泡不易保持。

(3)对气体透过率的差别 未交联PE对气体的透过率较大，而交联PE对气体的透过率则较慢。

2．交联方法

常用的交联方法有化学交联、辐射交联等方法，其中以化学交联最为常用。

能使塑料材料主链生成交联键的物质叫化学交联剂。常用性能优良的化学交联剂见表16－6。

表16－6 常用性能优良的化学交联剂

选择交联剂必须遵守的两个原则：交联剂的分解温度必须低于发泡剂的分解温度；满足塑料发泡所需要的交联度。

一般来说，LDPE往往采用交联剂DCP，HDPE往往采用交联剂AD；用量一般在0．3%～1．2%，发泡制品密度最小可达0．04g／cm³。

PE树脂的交联度一般以凝胶百分数表示；交联度在30%～80%时，PE泡沫塑料的泡孔比较均匀，高发泡PE的交联度在30%～60%为宜。

3．化学交联剂的主要性能指标

(1)活性氧 活性氧表示交联剂分解时产生自由基的数量。理论活性氧的计算式：

理论活性氧的含量=［(－O－O－的数目×16)／交联剂的相对分子质量］×100%

纯度=［测定的活性氧的含量／理论活性氧的含量］×100%如DCP的活性氧含量为5．92%(相对分子质量为270)，密度ρ=1．02g／cm³，熔点为39℃，燃点为210℃。

(2)半衰期 当交联剂在一定温度下加热分解时，其浓度降到原来的一半所需要的时间称为半衰期，用t_1／2表示。

交联剂DCP在不同的温度下有不同的半衰期(t_1／2)：

50h(100℃) 2．3h(125℃) 9min(150℃) 54s(175℃) 24s(180℃) 12s(190℃)

这些数据说明，交联剂DCP的分解温度范围很宽，所以，t_1／2为1min的时间的分解温度作为制定交联工艺条件的主要依据，工业生产中，将t_1／2的8～10倍的时间作为交联剂完全分解的时间。

(3)活化能 活化能是使交联剂分解产生自由基，必须给予分子所需要的能量。活化能大的交联剂需要较高的温度才能分解，而且分解速率小。

(4)交联效率 交联效率是指用同一基准的有机过氧物对不同品种聚烯烃作用时所产生交联物的数量比。

用同一基准数量的交联剂DCP(如为1份时)分别交联聚丁二烯、聚乙烯和聚丙烯时，其交联物的数量比为10∶1∶0．1。因为，聚丁二烯本身就可以交联，在DCP的引发作用下，交联作用明显，而聚丙烯由于有侧甲基，在交联过程中要消耗大量的自由基。因此，工业生产中通常不生产交联PP泡沫塑料。如果必须要生产PP交联塑料，则必须用助交联剂。

(5)影响交联度的主要因素

①聚合物分子结构的影响 凡相对分子质量大、结晶度低、分子链支链愈多，则对同种和同数量交联度所表现的交联效率愈高。

②交联剂的用量的影响 在一定范围内，增加过氧化物的用量，可提高聚合物的交联度，交联剂有最佳用量的选择但超过最佳用量后，交联度并不增加多少，还会对其它性能

有不良的影响。

③其它助剂的影响 例如，胺类酚类等抗氧剂，对过氧化物的交联活性有抑制作用。因为这些抗氧剂从化学角度来讲都是还原剂。

④交联时间的影响 结合交联剂的分解温度和对应的半衰期来确定，一般是t_1／2的(8～10)或(10～12)倍。

交联剂DCP分解时产生难闻的气味，但无毒。

(三)辐射交联

射线为γ－射线，如C⁶⁰；剂量为0．1～20Mrad；条件是塑料无需熔融即可进行交联。辐射交联的特点是速度快，效率高，但设备投资大。

(四)助交联剂

为防止聚合物自由基的断裂、提高交联效果、改善交联聚合物的物理力学性能和操作性能而加入的一类助剂称为助交联剂。

常用助交联剂的品种为MMA、MAH(顺丁烯二酸酐)和马来酰亚胺等单体。

(五)泡孔稳定剂

泡孔稳定剂一般是指具有两性基团的表面活性剂。由于它们并未被树脂有效润湿，因此表面张力及界面张力较低，从而使气体易于逸出，并使材料内部压力降低。

(六)化学发泡剂的促进剂

在化学发泡剂(CBA)中还可加入另一类物质，而使分解温度降低。这种方法可调节聚合物熔体的流变性能以获得适宜的发泡温度。大量的文献表明，从聚乙烯到聚碳酸酯的许多树脂均可发泡。特定的配方需进行工艺测试以达到适宜的发泡性能。