平时做高分子材料改性的从业者应该都清楚,发泡工序是用来给制品减重的,还能赋予材料隔热或者缓冲的性能,很多时候配方师把树脂基料选好了,加工条件也调得差不多了,最后出来的成品反而会出现泡孔大小不均,表面塌陷,或者开孔率太高的问题,这里面有个很容易被大家忽略的原因,就是对发泡剂的化学性质,尤其是分解温度、发热特性还有释放气体的成分这些点,了解得不够深入。氧代双苯磺酰肼也就是大家常说的OBSH,是高分子改性领域里很常见的一款发泡剂,它本身的化学性质能不能和现有工艺窗口匹配,直接关系到最后能不能拿到品质稳定的泡孔。

一般来说,所有发泡剂的核心作用,就是受热之后分解释放出气体,在高分子熔体内部形成气泡核,氧代双苯磺酰肼属于肼类衍生物,分子结构里带两个磺酰肼基团,它的常规分解温度就在150-170℃这个区间,要是配方里加了氧化锌或者硬脂酸这类活性剂的话,它的分解起始温度还会出现一定的漂移。这个分解温度区间,也决定了它适配的高分子材料品类,比如EVA、PE、PVC的常规加工温度基本在140-180℃,刚好就落在OBSH的活性窗口范围内。和早年用的连二亚硝酸盐类发泡剂不一样,氧代双苯磺酰肼分解之后放出来的气体主要是氮气和水蒸气,不会生成亚硝胺类物质,这个特性就让它在和人体直接接触的鞋材、电线电缆料还有食品包装改性材料里,成了合规性更强的选择,通常情况下配方师在筛选无亚硝胺发泡体系的时候,都会优先把OBSH纳入候选清单里。

高分子材料改性用发泡剂:氧代双苯磺酰肼的化学性质如何影响泡孔品质-1

除了分解温度之外,发泡剂的发气量,也直接决定了最终制品的表观密度还有泡孔密度,氧代双苯磺酰肼的理论发气量在140-180 ml/g之间,这个数值是按照它的分子结构完全分解的化学计量关系算出来的,实际的发气效率还会受混料分散性、加工剪切速率还有不同助剂之间配伍效果的影响,要是粉体在基料里出现团聚的话,局部浓度太高就会导致气泡核并聚,最后形成大泡甚至塌泡。OBSH的分解过程本身就是放热反应,放出来的热量会进一步拉高局部的熔体温度,反过来还会促进周围还没反应的发泡剂继续分解,这种自加速效应,就对工艺窗口的时间控制提出了要求,要是螺杆转速太快,物料在机筒里的停留时间不够,发泡剂就分解不充分,要是温度设得太高,或者剪切出现停滞的话,又可能出现过热分解,导致气体释放过量,直接破坏已经成型的泡孔结构,所以把氧代双苯磺酰肼热分解动力学相关的特性摸清楚,是制定挤出发泡或者模压发泡工艺参数的前提。

最近这些年不少下游企业,尤其是汽车内饰、婴童用品还有食品接触材料领域的配方师,都开始明确要求选用无亚硝胺的发泡剂,氧代双苯磺酰肼在整个分解过程里都不会生成亚硝胺,这点和传统的偶氮二甲酰胺也就是AC发泡剂的副产物有本质的区别,同时它的分解残渣一般都是苯磺酸类物质,气味很淡,在电器外壳或者软质密封条这类对气味敏感的应用场景里,适配性也更好。平时实际打样的时候,有经验的工程师都会把OBSH和少量活化剂搭配使用,用来调整它的分解速度还有最终的残留量,比如在做PVC发泡地板的时候,需要相对慢一点的发泡速度,才能得到均匀的蜂窝结构,换到EVA运动鞋底的场景里,就希望发泡剂能快速分解,还能和交联反应同步进行,要是两个反应的时间窗错位,很容易就会出现闭孔率过低的问题,这些调整操作,最后都要回归到对发泡剂化学性质里的反应活性、温度依赖性的精准把控上。

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选发泡剂的时候,不能只看化学名称就直接往配方里加,还要考量多个技术维度,要确认加工温度区段,保证发泡剂的分解峰值落在熔体混合区或者模具定型段,不要出现过早分解导致气体提前逃逸的情况,还要参考熔体黏度和气体阻力的对应关系,高黏度的体系需要更细的泡孔核,还有更慢的气体扩散速度,OBSH的粉体细度,还有它在母胶粒里的分散方式,都会直接影响最终的泡孔尺寸,还要留意不同助剂之间的相容性,要是配方里加了酸性填料或者碱性活性剂,很可能会催化或者抑制OBSH的分解,提前做个微量差式扫描量热也就是大家常说的DSC分析,就能有效判断分解窗口的偏移量。

氧代双苯磺酰肼的化学性质本身不算复杂,但是放到实际的高分子材料改性落地场景里,它的分解温度、发气量还有放热特性,都需要和具体的加工工艺一一对应起来,从鞋材的发泡倍率,到密封条的闭孔效果,每一项性能指标的落地,都离不开对这个化学性质的正确运用,杜巴化学可以根据您的实际需求,提供配方改性与工艺改进的全流程技术支持。

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