通常情况下,不少做高分子材料改性的从业者,都碰到过泡孔忽大忽小、表面鼓包或者发泡后收缩的情况,很多配方师第一反应就去调整发泡剂的用量,但问题往往不在加多少,而在怎么起泡。我们常说的氧代双苯磺酰肼,行业内一般简称OBSH,属于磺酰肼类发泡剂的范畴,它的核心起泡机制,就是在特定温度下分子结构发生热分解,释放出氮气,同时生成不会挥发的残渣,氮气在聚合物熔体里的溶解度低,扩散速率也适中,很容易形成独立的闭孔,这也让OBSH成了闭孔发泡场景里的常用选择。和部分老一代发泡剂相比,OBSH的分解产物里不含亚硝胺类物质,这点对低气味要求的制品来说就很适用,大家理解氧代双苯磺酰肼发泡剂起泡原理的时候,首先要建立这个认知,它不会在某一瞬间突然爆炸式产气,而是在一个温度区间内逐步完成分解,这个区间越窄,产气速率就越集中;区间越宽,对应的工艺容忍度也越高,不同牌号的OBSH,经过表面处理或者粒径分级之后,分解行为会出现一定差异,这也是行业里复配技术存在的意义。
发泡剂分解温度和聚合物加工温度之间的匹配关系,是整个起泡过程能不能可控的关键,如果加工温度远高于发泡剂分解温度,气体在熔体还没建立足够强度的时候就快速逸出,容易造成并泡或者开孔的问题;如果加工温度低于分解起始温度,发泡就不充分,制品的密度也降不下来。所谓的工艺窗口,指的就是发泡剂分解速率和熔体粘度变化速率能相互匹配的时间区段,温度是其中的主导变量,但时间也会起到不小的作用,在密炼、开炼或者挤出的过程里,物料经历的是动态升温的过程,发泡剂什么时候开始分解,分解能持续多久,气体能不能被有效包裹,都取决于这段温度历史,一般来说,单纯看发泡剂标注的推荐温度范围,不足以判断实际产线能不能适配,还需要结合设备的剪切升温特性来做评估。
粉体状态的OBSH如果直接往投料口加,在胶料里很容易出现团聚的情况,团聚体内部的气体释放路径被挡住,局部产气浓度过高,就会形成大泡或者裂口;那些没被充分湿润的粉体颗粒,也可能变成泡孔不均的起始诱因,这是很多配方师容易忽略的盲区,起泡原理本身没有变,变的只是发泡剂在体系里的分布状态。把OBSH预先分散在聚合物载体里制成母胶粒,是改善这类问题的常见做法,母胶粒能通过载体把发泡剂颗粒逐一隔离开,避免粉体之间相互接触,也能简化后续的称量和加料环节,碰到多组分工况的时候,母胶粒还可以把发泡剂和分散剂、活性剂按比例预混好,减少现场配料的误差。需要留意的是,母胶粒的载体种类也会对起泡行为产生影响,载体和主体材料的相容性越好,发泡剂向周围基体传递分解温度的滞后就越小,泡孔也会更均匀,大家选母胶粒的时候,不能只看发泡剂的有效含量,还要评估载体对整体硫化或者熔融行为的影响。
平时选型的时候,可以先确认加工温度曲线,再对应选发泡剂的分解区间,不要只盯着单一温度点,还要看物料在设备里的升温速率和停留时间,日常生产里也要多关注剪切历史,剪切一方面能帮助物料分散,另一方面也会产生局部温升,对于剪切比较剧烈的工艺,要提前考虑发泡剂会不会在非预期的位置提前分解,粉体和母胶粒的互换也不是等量替换的,母胶粒里的载体占据了部分体积,需要按有效含量重新核算添加的份数,做小样测试的时候,也要尽量模拟实际的工艺条件,包括转速、填充率、升温柔和度这些参数,不然实验室的结果很难复现产线的真实状态。碰到泡孔不稳定的问题,一般建议先做温度扫描确认分解区间,再检查分散状态,最后才考虑调整用量,多数情况下,问题都出在前两步,而不是配方本身有问题。氧代双苯磺酰肼发泡剂起泡原理本身并不难理解,难的是让这套原理在具体设备、具体配方里稳定落地,这需要助剂形态、工艺窗口和配方粘度三者相互协调,杜巴化学参与起草过橡胶预分散通用规范等行业标准,在预分散母胶粒和复配方案方面有成熟的技术积累,可以在助剂形态和分散性层面给客户提供更细致的支持,要是需要结合客户的具体配方、工艺要求和性能目标评估方案,也可以和杜巴化学的技术团队做进一步的沟通。
