Спінювальні добавки, спінювачі, агенти спінювання, піноутворюючі добавки

Існує 8 ключових матеріалів, що використовуються як спінювачі у всьому світі, це:

азодикарбонамід (ADC);
4,4-оксибіс (бензолсульфонілгідразид) (OBSH);
п-толуолсульфонілгідразид (TSH);
5-фенілтетразол (PT);
п-толуолсульфонілсемікарбазид (PTSS);
дінітрозопентаметилентетрамін (DNPT);
натрію бікарбонат (SBC);
цинку карбонат (ZnCO3).

Основним матеріалом є азодикарбонамід, який визнаний у всьому світі лідером серед спінювачів і споживання якого становить приблизно 85% від усіх додатків, що споживаються в Західній Європі. Це з'єднання використовується для спінювання більшості термопластичних і гумових матеріалів і застосовується для використання в широкому діапазоні технологій переробки.

Спінювальні агенти застосовуються для створення пористої структури полімерів. В результаті реакції відбувається утворення газу та формуються пористі компоненти пластику. Кількість і тип спінювача впливає щільність кінцевого продукту та її пористу структуру. Розрізняють два типи пористих структур: відкриті та закриті осередки. Пластики з відкритою комірчастою структурою містять взаємопов'язані пори, дозволяючи газам проходити крізь порожнечі в пластиках. Пластики із закритою комірчастою структурою мають окремі, майже сферичні форми пори.

Серед спінюючих агентів виділяють фізичні та хімічні типи.Фізичні агенти, що спінюють

Осередки полімерної матриці формують зміни фізичного стану матеріалу, наприклад, при випаровуванні рідини, виході стисненого газу і розчиненні рідини, при цьому ці субстанції називаються хімічними агентами, що спінюють. Іншими словами, фізичні агенти, що спінюють - це гази або рідини,які розчиняються у розплавленому полімері під тиском. При зниженні тиску вони випаровуються, формуючи комірчасті компоненти пластику. Найбільш поширені гази для фізичного спінювання це діоксид вуглецю, азот та повітря. Процес фізичного спінювання газами вимагає спеціального обладнання через те, що введення газу в полімер має відбуватися, коли він знаходиться в рідкому стані. Рідкі агенти, що спінюють зазвичай є розчинниками з низькою точкою кипіння. Вони розчиняються в пластифікованому полімері, що знаходиться під тиском, і в міру зменшення тиску, такі розчинники випаровуються, формуючи комірчасту структуру.

Ефективність фізичних спінювачів залежить від їхньої розчинності в полімері при певних температурах і тиску. Зростання осередків залежить від тиску газу, тому що його розчинність у полімері зменшується. Розмір осередку обумовлений тиском газу, ефективністю дисперсії, температурою плавлення та наявністю нуклеюючих агентів. При твердінні полімеру шляхом охолодження (для термопластів) і вулканізації або зшивання (для термозбіжних полімерів) відбувається формування піни. Поверхнево-активні речовини допомагають підтримувати стабільність клітин для дуже плинних полімерів. Деяка неефективність при використанні фізичних спінювачів може виникати при дифузії газових спінювачів у полімері та їх розкладання полімерної матриці. Мінімізація таких недоліків важлива при виборі фізичного агента, що спінює.

Фізичні спінювачі становлять близько 90% ринку агентів, що спінюють. В основному, вони застосовуються в термозбіжних пінах: поліуретанах, поліефірах і епоксидних смолах. Також, але меншою мірою, вони використовуються для спінювання термопластів низької щільності, особливо,полістиролу. До сьогодні флюрокарбони були одними з найпоширеніших рідких фізичних спінювачів. Однак з екологічних міркувань, враховуючи те, що флюкарбони можуть негативно впливати на озоновий шар атмосфери, ринок перейшов на метиленхлорид.

Хімічні агенти, що спінюютьХВА є типом полімерних добавок, які здатні виділяти газ в результаті термального розкладання і створюють пінисту структуру в полімерній матриці. Іншими словами, ХВА майже завжди є твердими речовинами, які розкладаючись утворюють леткі гази та твердий залишок. Що характерно, ці спінювачі розкладаються відносно вузькому температурному інтервалі. Переваги ХВА полягають у наступному:

1) Вони можуть змішуватися з полімером при кімнатній температурі, наприклад, змішувачі, і, отже, не вимагають спеціального обладнання;

2) У більшості процесів вони є самонуклеюючими;

3) Вони можуть змішуватися з іншими добавками, наприклад, з активаторами для досягнення необхідних температур розкладання. Це особливо важливо для інженерних пластмас, які потребують високих температур;

4) Більшість ХВА стабільні за нормальних умов зберігання та не вимагають особливих заходів щодо зберігання та поводження з ними на відміну від фізичних спінювачів.

ХВА діляться на органічні та неорганічні.

1. Неорганічні ХВА

Неорганічні ХВА переважно являють собою лужні солі слабких кислот і мають обмежене застосування у вінілової промисловості. Найбільш важливими неорганічними ХВА є бікарбонат амонію, бікарбонат натрію, борогідрат натрію. Вони можуть вивільняти газ або в результаті термального розкладання або у присутності активатора шляхом хімічного розкладання. Термальнерозкладання неорганічних солей являє собою оборотну ендотермічну реакцію та рівень реакції, точка рівноваги залежить від зовнішнього тиску. З цієї причини використання неорганічних ХВА обмежене спінюванням за атмосферних умов.

Найбільш популярний неорганічний ХВА – це бікарбонат натрію. Він звільняє мінімальний обсяг газу ніж солі амонію, але його термостабільність краще. До того ж, через те, що це безпечні при розкладанні і фізіологічно нешкідливі продукти, їх можна застосовувати для виробництва харчової упаковки, іграшок і т.д. При зберіганні бікарбонат натрію має властивість набирати вологу та слідкувати. Термічне розкладання бікарбонату натрію відбувається у широкому температурному інтервалі (100-140 град.) з виділенням діоксиду вуглецю та парів води.

Бікарбонат натрію активно використовується для виробництва відкритих пористих каучукових пін на основі натуральних та синтетичних еластомерів. Піни фенольних полімерів можуть бути отримані шляхом реакції бікарбонату з кислотним затверджувачем.

За допомогою бікарбонату натрію можуть бути спінені натуральні та синтетичні каучуки, поліетилен, алкідні смоли, ПВХ, епоксидні смоли, поліаміди, акрилові полімери.

2. Органічні ХВА

Органічні хімічні спінювачі розкладаються при нагріванні з виходом газоподібних продуктів, переважно азоту. Зазвичай ця необоротна, екзотермічна реакція відбувається у певному та короткому температурному інтервалі. Інтервали розкладання органічних ХВА визначаються температурою або часом або обох факторів і не залежить від концентрації.