功能助劑發(fā)泡劑(吝曉君)課件

發(fā)泡劑

應(yīng)用化學(xué)一班201041602011吝曉君發(fā)泡劑1

概述發(fā)泡劑是一類使處于一定粘度范圍內(nèi)的液態(tài)或塑性狀態(tài)的橡膠、塑料形成微孔結(jié)構(gòu)的物質(zhì)。根據(jù)其在發(fā)泡過程中產(chǎn)生氣泡的方式不同，發(fā)泡劑可分為物理發(fā)泡劑和化學(xué)發(fā)泡劑兩類。概述發(fā)泡劑是一類使處于一定粘度范圍內(nèi)的液態(tài)或塑性狀態(tài)的橡2發(fā)泡劑的分類：物理發(fā)泡劑在使用過程中不發(fā)生化學(xué)變化，依靠其物理狀態(tài)的變化來達(dá)到發(fā)泡的目的；常用的發(fā)泡劑有壓縮空氣與揮發(fā)性的液體?；瘜W(xué)發(fā)泡劑是指通過化學(xué)變化產(chǎn)生氣體進(jìn)而發(fā)泡的物質(zhì)。它可分為無機(jī)化學(xué)發(fā)泡劑（碳酸鹽、氫硼化鉀和氫硼化鈉等）和有機(jī)化學(xué)發(fā)泡劑（偶氮化合物、N—亞硝基化合物、肼類衍生物、疊氮化合物和一些脲類的衍生物等）。發(fā)泡劑的分類：物理發(fā)泡劑在使用過程中不發(fā)生化學(xué)變化，依靠其物3發(fā)泡劑ADC(化學(xué)名稱：偶氮二甲酰胺H2NCO―N=N―CONH2)是一種無毒、無味、無污染、橙黃色的偶氮類發(fā)泡劑，其最大的特點(diǎn)是分子中含有―N=N―．結(jié)構(gòu)，遇熱可釋放出大量N2，發(fā)氣量可達(dá)200～250mL／g，是一種用途廣泛的化學(xué)發(fā)泡劑．AC發(fā)泡劑熱分解機(jī)理：發(fā)泡劑ADC(化學(xué)名稱：偶氮二甲酰胺H2NCO―N=N―4純發(fā)泡劑ADC的分解溫度為195～220℃，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出PVC樹脂的塑化溫度(約165～170℃)，因此需要在發(fā)泡劑ADC中添加活化劑，降低發(fā)泡劑ADC的分解溫度，才能滿足PVC樹脂的加工要求．發(fā)泡助劑：在發(fā)泡過程中，凡能與發(fā)泡劑并用并能調(diào)節(jié)發(fā)泡劑分解溫度和分解速度的物質(zhì)，或能改進(jìn)發(fā)泡工藝，穩(wěn)定泡沫結(jié)構(gòu)和提高發(fā)泡體質(zhì)量的物質(zhì)含鋅類的化合物可以對(duì)ADC有活化作用功能助劑發(fā)泡劑(吝曉君)課件5含鋅化合物對(duì)ADC活化作用

氧化鋅和硬脂酸鋅之所以對(duì)ADC有較強(qiáng)的活化作用，可以從其分子化學(xué)結(jié)構(gòu)來分析,鋅化合物中的鋅離子外圍電子排布4S24P2，，具有空軌道，而AC的分子式為：其中N、O上皆有孤對(duì)電子，根據(jù)路易斯酸堿配位原理，ADC的N、O原子上的孤對(duì)電子進(jìn)入Zn2+的空軌道，—C—N—為π鍵，由于N、O原子上的孤對(duì)電子流失，使—C—N一電子云濃度流向兩邊，中間重疊程度減小，導(dǎo)致—C—N—鍵斷裂，從而使ADC發(fā)泡劑的分解被活化。含鋅化合物對(duì)ADC活化作用氧化鋅和硬脂酸鋅之所以對(duì)ADC有6含鋅化合物對(duì)ADC發(fā)泡劑熱解的影響摘要：選用不同種類含鋅化合物對(duì)ADC發(fā)泡刺的分解溫度、分解速率、發(fā)氣量等熱解因素的影響進(jìn)行了規(guī)律性研究。采用DSC測(cè)定ADC發(fā)泡劑熱效應(yīng)及含鋅化合物對(duì)其分解熱焓的影響。最后篩選出滿足EVA加工條件的改性ADC發(fā)泡劑，對(duì)其模壓發(fā)泡進(jìn)行力學(xué)特性及泡孔結(jié)構(gòu)分析。含鋅化合物對(duì)ADC發(fā)泡劑熱解的影響摘要：7實(shí)驗(yàn)部分實(shí)驗(yàn)方法及工藝流程實(shí)驗(yàn)部分8性能測(cè)試

ADC發(fā)泡劑分解特性測(cè)量裝置及測(cè)試方法取一定量的改性樣品置于試管中，在硅油油浴鍋中加熱，通過排水法測(cè)量產(chǎn)生氣體的體積。發(fā)氣量公式如式(1)所示。(1)式中：V—ADC發(fā)泡劑的發(fā)氣量，mL／g；Vt—發(fā)泡劑逸出的氣體體積，mL；V0—空白實(shí)驗(yàn)氣體的膨脹體積，mL；m—發(fā)泡劑的重量，g。性能測(cè)試ADC發(fā)泡劑分解特性測(cè)量裝置及測(cè)試方法9

I)空白試驗(yàn)空試管，升溫速率為l0℃／min，每隔一定溫度讀取量氣管讀數(shù)2)升溫實(shí)驗(yàn)升溫速率為10℃／min，每隔一定溫度讀取量氣管讀數(shù)，直到所測(cè)發(fā)泡劑分解完畢為止。作出量氣管差(與空白實(shí)驗(yàn))一溫度曲線，即發(fā)氣量一溫度曲線。3)恒溫實(shí)驗(yàn)油浴控制到規(guī)定溫度，誤差為±0．5℃。溫度穩(wěn)定后投人試樣，每隔一定時(shí)間讀取量氣管讀數(shù)，直至最大發(fā)氣量。EVA泡沫性能測(cè)試按國家標(biāo)準(zhǔn)GB-T6344-1996測(cè)試材料拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率；按國家標(biāo)準(zhǔn)GBT6343-1995測(cè)試材料表觀密度；SEM觀察樣品斷面形貌。I)空白試驗(yàn)10含鋅化合物對(duì)ADC發(fā)泡劑熱分解特性的影響含鋅化合物對(duì)ADC發(fā)泡劑熱分解特性的影響11由圖3可知，ADC發(fā)泡劑在200℃之前的發(fā)氣量很少，幾乎不產(chǎn)生氣體。之后，隨著溫度的升高，ADC迅速分解產(chǎn)生大量的氣體，由此可以看出，溫度對(duì)ADC分解特性的影響顯著，并且發(fā)氣速率的變化很大．從反應(yīng)開始，只需經(jīng)過幾十秒的時(shí)間即可以達(dá)到最大發(fā)氣量，完成瞬時(shí)分解。加入含鋅化合物后使得ADC發(fā)泡劑分解反應(yīng)提前，分解溫度明顯下降。由圖3可知，ADC發(fā)泡劑在200℃之前的發(fā)氣量很少，幾乎不產(chǎn)12由表l可知。醋酸鋅的加入使得ADC的突發(fā)溫度明顯降低，由215℃降低到164℃。并且含鋅化合物的加入雖然有效地降低了ADC的分解溫度．但也損耗了發(fā)氣量。使ADC分解溫度降低最顯著的是醋酸鋅，之后依次是氧化鋅、碳酸鋅、硬脂酸鋅。功能助劑發(fā)泡劑(吝曉君)課件13對(duì)分解速率的影響由于EVA加工溫度在160~170℃，而常用的交聯(lián)劑DCP與ADC的最佳匹配溫度160~170℃，因此，依次進(jìn)行了在160、165、170℃下．含鋅化合物對(duì)ADC分解速率的影響測(cè)試。對(duì)分解速率的影響14

由此可知，在這五種鋅鹽里對(duì)ADC活化程度依次為醋酸鋅>氧化鋅>碳酸鋅>硬脂酸鋅。功能助劑發(fā)泡劑(吝曉君)課件15DSC曲線分析據(jù)Lewis酸堿理論。含鋅化合物之所以活化ADC發(fā)泡劑是因?yàn)橛捎贏DC發(fā)泡劑中的N、O上皆有孤對(duì)電子，屬于Lewis堿；而Zn2+有空軌道，具有接受孤對(duì)電子的能力，屬于Lewis酸。DSC曲線分析16不同比例含鋅化合物的影響不同比例含鋅化合物的影響17含鋅化合物改性后的ADC在EVA泡沫材料的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)配方含鋅化合物改性后的ADC在EVA泡沫材料的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)配方18對(duì)EVA泡沫材科性能和泡孔結(jié)構(gòu)的影響從表4中可以看出，當(dāng)ADC中加入硬脂酸鋅時(shí)，材料的密度、拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率、硬度均較高，當(dāng)ADC中分別加入不同量氧化鋅，碳酸鋅。醋酸鋅后。材料的密度、拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率和硬度都有了明顯的降低對(duì)EVA泡沫材科性能和泡孔結(jié)構(gòu)的影響19功能助劑發(fā)泡劑(吝曉君)課件20結(jié)論1)鋅鹽的加人使得ADC的分解溫度不同程度的降低，其中醋酸鋅對(duì)ADC分解溫度的影響最為顯著。并且活化程度依次為醋酸鋅>氧化鋅>碳酸鋅>硬脂酸鋅。這是根據(jù)Lewis酸堿理論．與鋅結(jié)合基團(tuán)為CH3COO-、O2-、CO32-、C17H35COO-它們對(duì)電子云的吸引力的大小依次減弱。所以醋酸鋅、氧化鋅、碳酸鋅、硬脂酸鋅4種含鋅化合物中。鋅的電子云密度逐漸增加，接收電子對(duì)的能力逐漸下降．即Lewis酸性逐漸減弱。因此對(duì)ADC分解反應(yīng)的催化作用影響越小。2)醋酸鋅．氧化鋅以及碳酸鋅改性ADC均能得到泡孔均勻的EVA泡沫材料，其中醋酸鋅改性ADC制得的EVA泡沫體的泡孔結(jié)構(gòu)相比較大，而硬脂酸鋅改性ADC則不能在EVA基體中充分分解。結(jié)論21

添加促進(jìn)劑對(duì)ADC發(fā)泡劑性能的改進(jìn):

一是能有效地降低ADC分解溫度，發(fā)泡速率較快；二是與常規(guī)ADC分解時(shí)的發(fā)氣量相比有明顯降低(發(fā)氣量與發(fā)泡倍率密切相關(guān))；三是發(fā)泡促進(jìn)劑無毒或低毒，對(duì)塑料加工設(shè)備無腐蝕性等。

添加促進(jìn)劑對(duì)ADC發(fā)泡劑性能的改進(jìn):一是能有效地降低AD22ADC的應(yīng)用領(lǐng)域ADC發(fā)泡劑主要用于PVC泡沫塑料，而且廣泛應(yīng)用于聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、ABS樹脂和橡膠的發(fā)泡。另外由于它無毒、無味，所以國內(nèi)外均用它制造與食品接觸的泡沫制品，其用量一般控制在2%以下。ADC的應(yīng)用領(lǐng)域ADC發(fā)泡劑主要用于PVC泡沫塑料，而且廣泛23發(fā)展前景：隨著我國合成樹脂工業(yè)的迅猛發(fā)展，發(fā)泡劑與其他塑料助劑一樣呈現(xiàn)良好發(fā)展前景和巨大市場(chǎng)潛力。我國發(fā)泡劑工業(yè)生產(chǎn)基礎(chǔ)較好，今后應(yīng)加快CFCs（Chloro-fluoron-carbon）化合物替代產(chǎn)品的開發(fā)與推廣；緊跟國際潮流，加大主要發(fā)泡劑ADC的改性研究與生產(chǎn)，增加產(chǎn)品附加值和技術(shù)含量；隨著國內(nèi)塑料品種多樣化，滿足國內(nèi)發(fā)泡塑料制品不斷增長的需求。發(fā)展前景：24個(gè)人觀點(diǎn)：近年來，隨著科技的不斷發(fā)展，單一的ADC發(fā)泡劑已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足市場(chǎng)的需要，改性ADC發(fā)泡劑應(yīng)運(yùn)而生，并且發(fā)展速度極快。經(jīng)過改性和復(fù)配后的ADC發(fā)泡劑產(chǎn)品，其附加價(jià)值大為提高，有更大的利潤空間。因此，必須不斷研制開發(fā)優(yōu)良的改性ADC發(fā)泡劑產(chǎn)品，來滿足國內(nèi)外不同行業(yè)不斷增長的需求，另外發(fā)泡劑應(yīng)朝著對(duì)人體無害、便宜、環(huán)保的方向發(fā)展。個(gè)人觀點(diǎn)：25ThankYOUThankYOU26發(fā)泡劑

應(yīng)用化學(xué)一班201041602011吝曉君發(fā)泡劑27

概述發(fā)泡劑是一類使處于一定粘度范圍內(nèi)的液態(tài)或塑性狀態(tài)的橡膠、塑料形成微孔結(jié)構(gòu)的物質(zhì)。根據(jù)其在發(fā)泡過程中產(chǎn)生氣泡的方式不同，發(fā)泡劑可分為物理發(fā)泡劑和化學(xué)發(fā)泡劑兩類。概述發(fā)泡劑是一類使處于一定粘度范圍內(nèi)的液態(tài)或塑性狀態(tài)的橡28發(fā)泡劑的分類：物理發(fā)泡劑在使用過程中不發(fā)生化學(xué)變化，依靠其物理狀態(tài)的變化來達(dá)到發(fā)泡的目的；常用的發(fā)泡劑有壓縮空氣與揮發(fā)性的液體?；瘜W(xué)發(fā)泡劑是指通過化學(xué)變化產(chǎn)生氣體進(jìn)而發(fā)泡的物質(zhì)。它可分為無機(jī)化學(xué)發(fā)泡劑（碳酸鹽、氫硼化鉀和氫硼化鈉等）和有機(jī)化學(xué)發(fā)泡劑（偶氮化合物、N—亞硝基化合物、肼類衍生物、疊氮化合物和一些脲類的衍生物等）。發(fā)泡劑的分類：物理發(fā)泡劑在使用過程中不發(fā)生化學(xué)變化，依靠其物29發(fā)泡劑ADC(化學(xué)名稱：偶氮二甲酰胺H2NCO―N=N―CONH2)是一種無毒、無味、無污染、橙黃色的偶氮類發(fā)泡劑，其最大的特點(diǎn)是分子中含有―N=N―．結(jié)構(gòu)，遇熱可釋放出大量N2，發(fā)氣量可達(dá)200～250mL／g，是一種用途廣泛的化學(xué)發(fā)泡劑．AC發(fā)泡劑熱分解機(jī)理：發(fā)泡劑ADC(化學(xué)名稱：偶氮二甲酰胺H2NCO―N=N―30純發(fā)泡劑ADC的分解溫度為195～220℃，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出PVC樹脂的塑化溫度(約165～170℃)，因此需要在發(fā)泡劑ADC中添加活化劑，降低發(fā)泡劑ADC的分解溫度，才能滿足PVC樹脂的加工要求．發(fā)泡助劑：在發(fā)泡過程中，凡能與發(fā)泡劑并用并能調(diào)節(jié)發(fā)泡劑分解溫度和分解速度的物質(zhì)，或能改進(jìn)發(fā)泡工藝，穩(wěn)定泡沫結(jié)構(gòu)和提高發(fā)泡體質(zhì)量的物質(zhì)含鋅類的化合物可以對(duì)ADC有活化作用功能助劑發(fā)泡劑(吝曉君)課件31含鋅化合物對(duì)ADC活化作用

氧化鋅和硬脂酸鋅之所以對(duì)ADC有較強(qiáng)的活化作用，可以從其分子化學(xué)結(jié)構(gòu)來分析,鋅化合物中的鋅離子外圍電子排布4S24P2，，具有空軌道，而AC的分子式為：其中N、O上皆有孤對(duì)電子，根據(jù)路易斯酸堿配位原理，ADC的N、O原子上的孤對(duì)電子進(jìn)入Zn2+的空軌道，—C—N—為π鍵，由于N、O原子上的孤對(duì)電子流失，使—C—N一電子云濃度流向兩邊，中間重疊程度減小，導(dǎo)致—C—N—鍵斷裂，從而使ADC發(fā)泡劑的分解被活化。含鋅化合物對(duì)ADC活化作用氧化鋅和硬脂酸鋅之所以對(duì)ADC有32含鋅化合物對(duì)ADC發(fā)泡劑熱解的影響摘要：選用不同種類含鋅化合物對(duì)ADC發(fā)泡刺的分解溫度、分解速率、發(fā)氣量等熱解因素的影響進(jìn)行了規(guī)律性研究。采用DSC測(cè)定ADC發(fā)泡劑熱效應(yīng)及含鋅化合物對(duì)其分解熱焓的影響。最后篩選出滿足EVA加工條件的改性ADC發(fā)泡劑，對(duì)其模壓發(fā)泡進(jìn)行力學(xué)特性及泡孔結(jié)構(gòu)分析。含鋅化合物對(duì)ADC發(fā)泡劑熱解的影響摘要：33實(shí)驗(yàn)部分實(shí)驗(yàn)方法及工藝流程實(shí)驗(yàn)部分34性能測(cè)試

ADC發(fā)泡劑分解特性測(cè)量裝置及測(cè)試方法取一定量的改性樣品置于試管中，在硅油油浴鍋中加熱，通過排水法測(cè)量產(chǎn)生氣體的體積。發(fā)氣量公式如式(1)所示。(1)式中：V—ADC發(fā)泡劑的發(fā)氣量，mL／g；Vt—發(fā)泡劑逸出的氣體體積，mL；V0—空白實(shí)驗(yàn)氣體的膨脹體積，mL；m—發(fā)泡劑的重量，g。性能測(cè)試ADC發(fā)泡劑分解特性測(cè)量裝置及測(cè)試方法35

I)空白試驗(yàn)空試管，升溫速率為l0℃／min，每隔一定溫度讀取量氣管讀數(shù)2)升溫實(shí)驗(yàn)升溫速率為10℃／min，每隔一定溫度讀取量氣管讀數(shù)，直到所測(cè)發(fā)泡劑分解完畢為止。作出量氣管差(與空白實(shí)驗(yàn))一溫度曲線，即發(fā)氣量一溫度曲線。3)恒溫實(shí)驗(yàn)油浴控制到規(guī)定溫度，誤差為±0．5℃。溫度穩(wěn)定后投人試樣，每隔一定時(shí)間讀取量氣管讀數(shù)，直至最大發(fā)氣量。EVA泡沫性能測(cè)試按國家標(biāo)準(zhǔn)GB-T6344-1996測(cè)試材料拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率；按國家標(biāo)準(zhǔn)GBT6343-1995測(cè)試材料表觀密度；SEM觀察樣品斷面形貌。I)空白試驗(yàn)36含鋅化合物對(duì)ADC發(fā)泡劑熱分解特性的影響含鋅化合物對(duì)ADC發(fā)泡劑熱分解特性的影響37由圖3可知，ADC發(fā)泡劑在200℃之前的發(fā)氣量很少，幾乎不產(chǎn)生氣體。之后，隨著溫度的升高，ADC迅速分解產(chǎn)生大量的氣體，由此可以看出，溫度對(duì)ADC分解特性的影響顯著，并且發(fā)氣速率的變化很大．從反應(yīng)開始，只需經(jīng)過幾十秒的時(shí)間即可以達(dá)到最大發(fā)氣量，完成瞬時(shí)分解。加入含鋅化合物后使得ADC發(fā)泡劑分解反應(yīng)提前，分解溫度明顯下降。由圖3可知，ADC發(fā)泡劑在200℃之前的發(fā)氣量很少，幾乎不產(chǎn)38由表l可知。醋酸鋅的加入使得ADC的突發(fā)溫度明顯降低，由215℃降低到164℃。并且含鋅化合物的加入雖然有效地降低了ADC的分解溫度．但也損耗了發(fā)氣量。使ADC分解溫度降低最顯著的是醋酸鋅，之后依次是氧化鋅、碳酸鋅、硬脂酸鋅。功能助劑發(fā)泡劑(吝曉君)課件39對(duì)分解速率的影響由于EVA加工溫度在160~170℃，而常用的交聯(lián)劑DCP與ADC的最佳匹配溫度160~170℃，因此，依次進(jìn)行了在160、165、170℃下．含鋅化合物對(duì)ADC分解速率的影響測(cè)試。對(duì)分解速率的影響40

由此可知，在這五種鋅鹽里對(duì)ADC活化程度依次為醋酸鋅>氧化鋅>碳酸鋅>硬脂酸鋅。功能助劑發(fā)泡劑(吝曉君)課件41DSC曲線分析據(jù)Lewis酸堿理論。含鋅化合物之所以活化ADC發(fā)泡劑是因?yàn)橛捎贏DC發(fā)泡劑中的N、O上皆有孤對(duì)電子，屬于Lewis堿；而Zn2+有空軌道，具有接受孤對(duì)電子的能力，屬于Lewis酸。DSC曲線分析42不同比例含鋅化合物的影響不同比例含鋅化合物的影響43含鋅化合物改性后的ADC在EVA泡沫材料的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)配方含鋅化合物改性后的ADC在EVA泡沫材料的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)配方44對(duì)EVA泡沫材科性能和泡孔結(jié)構(gòu)的影響從表4中可以看出，當(dāng)ADC中加入硬脂酸鋅時(shí)，材料的密度、拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率、硬度均較高，當(dāng)ADC中分別加入不同量氧化鋅，碳酸鋅。醋酸鋅后。材料的密度、拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率和硬度都有了明顯的降低對(duì)EVA泡沫材科性能和泡孔結(jié)構(gòu)的影響45功能助劑發(fā)泡劑(吝曉君)課件46結(jié)論1)鋅鹽的加人使得ADC的分解溫度不同程度的降低，其中醋酸鋅對(duì)ADC分解溫度的影響最為顯著。并且活化程度依次為醋酸鋅>氧化鋅>碳酸鋅>硬脂酸鋅。這是根據(jù)Lewis酸堿理論．與鋅結(jié)合基團(tuán)為CH3COO-、O2-、CO32-、C17H35COO-它們對(duì)電子云的吸引力的大小依次減弱。所以醋酸鋅、氧化鋅、碳酸鋅、硬脂酸鋅4種含鋅化合物中。鋅的電子云密度逐漸增加，接收電子對(duì)的能力逐漸下降．即Lewis酸性逐漸減弱。因此對(duì)ADC分解反應(yīng)的催化作用影響越小。2)醋酸鋅．氧化鋅以及碳酸鋅改性ADC均能得到泡孔均勻的EVA泡沫材料，其中醋酸鋅改性