泡沫塑料、泡沫橡膠、泡沫樹脂等在生活中隨處可見，由于它們具有質輕，隔熱、隔音，節省材料資源，又有良好的電絕緣性能及機械阻尼特性等性能，所以用途極爲廣泛。

典型的泡沫制品有海綿板，地板材，墊材、聚苯乙烯珠粒料發泡體，泡沫塑料電線等。這些制品都是由高分子聚合材料及橡膠制成，屬于固體泡沫材料，其對氣泡的大小與分布都有一定的要求。固體泡沫材料的生産中，發泡劑的選擇及使用是生産發泡材料的重中之重。

發泡劑及其分類

發泡劑是一類能使處于一定黏度範圍內的液態或塑性狀態的橡膠、塑料形成微孔結構的物質。它們可以是固體、液體或是氣體。

根據其在發泡過程中産生氣泡的方式不同，發泡劑可分爲物理發泡劑與化學發泡劑兩大類。

物理發泡劑是利用其在一定溫度範圍內物理狀態的變化而産生氣孔，而化學發泡劑則是在發泡過程中因發生化學變化而産生的一種或多種氣體，可使聚合物發泡。

物理發泡劑

物理發泡劑在使用過程中不發生化學變化，所以只能依靠其物理狀態的變化來達到發泡的目的。

早期常用的物理發泡劑主要是壓縮氣體（空氣、CO2和N2等）與揮發性的液體，例如低沸點的脂肪烴、鹵代脂肪烴以及低沸點的醇、醚、酮和芳香烴等。

一般來說，作爲物理發泡劑的揮發性液體，其沸點應低于 110℃。理論上只要能放出氣體的物質都可作爲發泡劑。但在實際應用中，一個實用的發泡劑尚需具備一定的條件：

理想的物理發泡劑

☑ 無毒、無味

☑ 無腐蝕性

☑ 不易燃易爆

☑ 不損壞聚合物的性能

☑ 氣態時必須是化學惰性的

☑ 常溫下具有低的蒸氣分壓

☑ 具有較快的蒸發速率

☑ 分子量小，相對密度大

☑ 價廉，來源充足

當前，超臨界流體發泡大行其道，作爲物理發泡劑，超臨界流體具有以下優勢：超臨界條件溫和（31.1℃，7.37MPa）、傳質系數高、溶劑化能力強、能與大多高分子相互作用，被稱爲“理想的物理發泡劑”。

化學發泡劑

所謂化學發泡劑是指那些在發泡過程中通過化學變化産生氣體進而發泡的物質。

一般氣體的産生方式有兩種途徑：其一是聚合物鏈擴展或交聯的副産物；其二是通過加人化學發泡劑，産生發泡氣體。

例如，在制備聚氨酯泡沫時，當帶有羧基的醇酸樹脂與異氰酸酯起反應時，或者具有異氰酸酯端基的聚氨酯樹脂與水起反應時，都會放出 CO2氣體；碳酸氫铵在一定的溫度下能分解産生 CO2、H2O與NH3。

理想的化學發泡劑應具備如下性能：

理想的化學發泡劑

☑ 熱分解溫度是一定的，或在狹窄的範圍內；

☑ 熱分解反應的速率必領是可控的，而且必須有足夠的産生氣體的速率；

☑ 所産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；

☑ 儲存時必須穩定；

☑ 價格便宜，來源充足；

☑ 分解殘渣不應有不良氣味，低毒，無色，不汙染聚合材料；

☑ 分解時不應大量放熱：

☑ 不影響硫化或熔融速率；

☑ 分解殘渣不影響聚合材料的物化性能；分解殘渣應與聚合材料相容，不發生殘渣的噴霜現象等等。

此外，發泡劑還可以根據其化學性質分爲兩類：有機發泡劑和無機發泡劑。

其中常見的有機發泡劑主要有偶氮類（發泡劑AC、AIBN等）、肼類衍生物（BSH、TSH、OBSH等）、氨基脲（TSSC）、四唑類化合物（5-PT等）、亞硝基化合物（DNPT等）等。有機發泡劑的特點如下圖所示：

常見的無機發泡劑有碳酸铵、碳酸氫铵、碳酸氫鈉、碳酸氫鉀、亞硝酸铵、硼氫化鉀、硼氫化鈉、過氧化氫等。

無機發泡劑具有安全、吸熱分解、成核效果好等優點，産生的氣體爲CO2。碳酸氫鈉是典型的無機吸熱型發泡劑，由于發氣量大，原料易得，價格便宜而受到重視。但它的分解溫度低，分解溫度範圍較寬，在塑煉過程中會提前分解損失，引起塑化效果較差，在聚合物中其應用範圍受到限制。放熱型發泡劑與碳酸氫鈉混用，可以得到熱值較小的複合發泡劑，有利于塑料加工工藝條件的控制。碳酸铵分解速度慢，對發泡速率有很大限制。

由于在高分子聚合物中分散性較差，因而無機發泡劑的應用受到一定局限，但隨著微細化和表面處理等技術的進步，無機發泡劑的應用領域正逐步拓寬。

發泡助劑

爲了調節發泡劑的發氣量、發起速率以及發氣溫度，通常會在發泡劑中加入發泡助劑。常見的發泡助劑主要有以下幾類：

尿素及尿素衍生物

尿素受熱會釋放出氨氣，本身就可以作爲發泡劑使用，在于碳酸氫鈉、AC等發泡劑複配使用時，可以明顯增加發氣量和降低發泡溫度。

尿素衍生物指的是尿素-硬脂酸複合物，主要有N型、A型和M型等。以N型尿素-硬脂酸複合物爲例，配制過程是將氨水、硬脂酸、甘油等加入尿素水溶液中，經充分攪拌混合制樣，其中尿素與硬脂酸的量約爲2:1。

A型複合物的成分與N型相同，只是在物質比例上會有所區別；M型化合物即把樣品中的油酸代替甘油，其他成分相同。

除此以外，近期國外出現一款新型尿素-硬脂酸複合物，名稱爲尿素脂，其中是尿素、硬脂酸、尿素硬脂酰胺、硬脂酸鹽（如硬脂酸鈣、硬脂酸鋅等）的複合物。

有機酸

許多有機酸如硬脂酸、月桂酸、苯甲酸或者水楊酸均可以作爲部分有機發泡劑的發泡助劑使用，可以降低分解溫度，但是不能消除臭味，對橡膠産品的硫化具有抑制作用。

金屬皂鹽及金屬氧化物

通常使用的是氧化鋅、碳酸鋅、硬脂酸鋅、對甲苯磺酸鋅等，特別需要注意的是，氧化鋅是應用最爲廣泛的發泡助劑，是發泡劑的強活化劑。

發泡靈

發泡靈是聚硅氧烷-聚硅氧基醚共聚物的商品名，主要作爲聚醚型、聚氨酯泡沫體進一步發泡工藝的泡沫穩定劑。

其他發泡助劑

檸檬酸鈉、檸檬酸以及烏洛托品也是常見的發泡助劑。

發泡劑的改性複配

化學發泡劑作爲市售商品，它們或以具適當純度的單一化學品出售，或者以含發泡劑的混合物出售。

此類混合物分兩種，一種是兩種或多種發泡劑的混合物，另一種是發泡劑與其他功能添加劑的混合物。發泡劑制劑的發展有助于獲得加工性能更好的産品，爲用戶提供更佳的選樣。

由于技術和經濟上的原因，AC已成爲混合發泡劑中最重要的組分之一。目前，AC能制成容易在高聚物中分散的所謂 “攪入”型發泡劑，例如PVC塑料溶膠制劑。而且，這類産品低塵，處理方便。

關于發泡劑的改性複配，主要圍繞著防滲出和活化兩個方面：

防滲出改性

對以擠塑和注型制造的整體泡沫塑料，發展了一類特殊的AC制劑。此AC制劑中加有一種功能添加劑（含水量一定的硅酸），這能改變AC的分解模式，可盡可能地防止形成氰尿酸，因爲氟尿酸能沉積于模具及噴嘴上，且能從基材中滲出。

當AC中加有硅酸後，AC分解時不是生成氰尿酸，而是生成相當量的氮。AC中加入的硅酸也是一個有效的成核劑，有助于在塑料中形成結構均勻的泡孔。因此，如果需要大幅度降低分解溫度，同時又要防止滲出，則可在AC中同時加人硅酸及氧化鋅之類的活化劑。

防滲出的配方不能用于對氮敏感的聚合物，如PC和熱塑性聚酯，因爲受氨作用時，PC的相對分子質量下降。

活化改性

以偶氮二甲酰胺（AC）爲例，發泡劑的活化一般是加入活化劑（發泡助劑），即加有可最大限度降低AC分解溫度活化劑的制劑。這種制劑是通過將AC及活化劑共同微細化制得的，這可使組分間充分接觸，而如將AC及活化劑分別加入塑料，則這種接觸是不能實現的。

也可將 AC 與另一種化學發泡劑（如磺酰肼TSH）結合使用，且還可同時采用其他功能添加劑。AC與TSH (TSH可稱爲助發泡劑）組成的配方，分解溫度較 AC低，其原因是TSH 分解時生成水，而水能與 AC 進行反應，也就是說，TSH的分解産物能活化AC的分解，且能抑制氰尿酸的生成。在橡膠工業中，AC/TSH 和AC/DNPT 是很典型的複合發泡劑，它們除了分解溫度較AC低外，還能改善泡孔結構。

NaHCO3是吸熱發泡制劑的基本化合物。最通常的這類制劑是NaHCO3，與檸檬酸（或其脂和鹽）的混合物、如NaHCO3，與檸檬酸一鈉或檸檬酸二甲酸一鈉的混合物。例如在擠出硬質PVC中，使用單一的NaHCO3爲發泡劑，但形成結構不均勻的粗孔。同時使用 NaHCO3和AC，可使泡孔明顯縮小。這是因爲在PVC中，N2的擴散比CO2要慢，而這有助于PVC中形成爲數很多的小氣核。在NaHCO3，與AC組成的複合發泡劑中，AC是助發泡劑，同時也是成核劑。

發泡劑的前景

目前市場銷售的各類化學發泡劑産品在未來仍然會應用廣泛，但常用發泡劑的數目可能會有所減少。更重要的前景在于新型發泡技術的研發，如微球發泡劑、超臨界二氧化碳發泡等。但是由于易于改性和普適性等特點，AC 在未來多種應用的很多配方中，仍將是主要的發泡劑。

根據用戶特定要求開發的發泡劑，特別是放熱發泡劑與吸熱發泡劑的複配産品，産量已有增長，占有一定的市場份額。在通用塑料中，物理交聯和通用PP泡沫塑料在食品包裝中的應用預期會有大幅度增長。另外，回收的熱塑性塑料會在泡沫産品中更多地應用，並將占有較大的比例。回收工程塑料在這方面更是引人注意和受到重視。

迄今爲止，在泡沫塑料工業中，人們對加工工藝的重視仍需進一步加強，預期今後將會在這方面出現一些革新。吹塑、旋轉模塑及熱成型（如泡沫及擠出薄膜和板材的真空成型）等工藝，將在泡沫塑料産品生産中逐漸成爲更常用的加工工藝。

文章來源：工程塑料應用