在PVC干混料中使用发泡剂——如何选择及其原因

PVC干混料生产商经常会收到客户关于材料性能的具体要求。其中一个常见需求是添加发泡剂以降低PVC密度和减少管材生产中原材料的用量。

然而，添加合适的发泡剂需要精确选择，因为这会影响PVC的可加工性、发泡质量和力学性能。本文将讨论市场上可用的最佳选项以及选择合适发泡剂的关键因素。

1️⃣ 为什么要在PVC干混料中添加发泡剂？

发泡剂是化学添加剂，在加工过程中热分解，释放气体（如二氧化碳或氮气），从而在聚合物中形成多孔结构。其优点包括：

✔️ 材料密度降低——减少生产相同体积管材所需的原材料用量。
✔️ 降低PVC用量——发泡PVC在不影响结构完整性的前提下节省原材料。
✔️ 隔热性能提升——多孔结构增强了保温性能。

要点：PVC发泡不会改变管道体积，因此不会直接影响运输成本。主要节约来自于降低材料消耗，从而提高生产的经济性。

2️⃣ 在PVC干混料中使用发泡剂的挑战

向再生PVC干混料中添加发泡剂涉及若干工艺挑战：

• 混合物的均匀化——发泡剂必须在材料中均匀分布。
• 对PVC热稳定性的影响——部分发泡剂可能加速聚合物降解。
• 最佳活化温度——每种发泡剂在不同的温度范围分解。

3️⃣ PVC发泡剂类型——如何选择？

市场上有多种用于PVC干混料的发泡剂，分为化学和物理发泡剂。

化学发泡剂

🔹 偶氮二甲酰胺（ADC）

• 是PVC中最常用的发泡剂。
• 在190–210°C分解，释放氮气和CO₂。
• 形成中等大小的孔隙——在减重与强度之间取得平衡。
• 可通过使用活化剂（如金属氧化物）调节活化过程。

🔹 氧双苯磺酰肼（OBS）

• 在较低温度（150–180°C）下活化，适用于热稳定性较低的PVC。
  
• 产生比ADC更小的孔隙，提升表面质量。
  
• 比ADC具有更低的热降解。

🔹 碳酸盐和碳酸氢盐（如碳酸氢钠，NaHCO₃）

• 分解为CO₂和水以实现发泡。
• 比 ADC 活性低，但可能需要更高的起发温度
•  适用于要求不高的应用。

🔬 物理发泡剂

在 PVC 干混料中较少使用，但应用于挤出工艺中。

🔹 氮气（N₂）、二氧化碳（CO₂）——需要高压系统将气体注入熔融 PVC。
🔹 含氟烃类（如戊烷、异丁烷）——主要用于聚烯烃的发泡。

4️⃣ 如何选择最佳发泡剂？

选择合适的发泡剂取决于若干关键因素：

起发温度

✔️ 硬质 PVC（管材、型材）：ADC (190–210°C) 或 OBS (150–180°C)。
✔️ 发泡 PVC（如板材、片材）：OBS 或碳酸氢钠。

对 PVC 热稳定性的影响

✔️ 对于再生 PVC，建议避免高 ADC 含量——OBS 可能是更优选择。

孔径大小及分布

✔️ ADC——中等孔隙 → 在重量与强度之间取得良好平衡。
✔️ OBS——较小孔隙 → 表面更光滑，机械强度降低较小。
✔️ 碳酸氢钠——较大孔隙 → 适用于要求不高的应用。

干混料的混合便捷性

✔️ ADC 和 OBS 需要强力混合，最好在高速混合机（如 Henschel）中进行。

5️⃣ 如何确保干混料的有效均匀化？

为避免加工问题：

✔️ 使用高性能高速混合机（如Henschel），以实现发泡剂的均匀分布。
✔️ 优化混合时间和温度——过度加热可能导致发泡剂过早激活。
✔️ 应用兼容的热稳定剂，以防止PVC在加工过程中降解。

总结——PVC干混料应选择哪种发泡剂？

✔️ ADC是最常用的发泡剂，但需要严格控制热稳定性。
✔️ OBS因其较低的激活温度，更适用于再生PVC。
✔️ 碳酸氢钠是对要求不高的应用的一种简单替代方案。
✔️ 正确的混合和激活温度控制对于有效发泡至关重要。

如果您生产PVC干混料并考虑发泡剂，为客户工艺选择合适的助剂至关重要

PVC的加工与分解温度

如果讨论加工温度，值得考虑以下因素：

PVC加工温度：

• 硬PVC（uPVC）： 160–200°C
• 增塑PVC（软PVC）： 140–180°C

PVC分解温度：

• PVC在约200–220°C时开始热降解，但在250°C以上会发生显著分解。
• 在分解过程中，氯化氢（HCl）被释放出来，加速降解并导致材料发黄。

热稳定剂（如钙锌、烷基锡化合物）允许PVC在更高温度下加工，延缓降解。

在工业应用中，保持适当的加工窗口对于防止PVC在挤出或注塑过程中受损至关重要。