发泡工艺

2024-08-28

发泡工艺（共7篇）

发泡工艺篇1

摘要：当前, 危化品对应的安全生产管理, 不但基础薄弱, 而且形势异常严峻。主要的原因在于生产力的具体发展水平。基于此, 本文主要对ADC发泡剂生产工艺的完善方法进行了探讨。

关键词：ADC发泡剂,生产工艺,完善方法

化工行业危险度非常高, 不但易燃, 而且易爆, 毒害性还特别的强, 尤其是高温高压等非正常的条件下, 如果不能够予以恰当的处理的话, 那么无论是在生产, 还是运输, 或者使用等不同的环节中, 都有可能发生高危危险事故。事故一旦发生, 造成的损失都难以估量, 所以, 需要改进ADC发泡剂的具体装置技术, 这样生产装置对应的稳定性和安全性才能够得到很好的保证。

1 ADC发泡剂的具体生产工艺

ADC发泡剂在所有的泡沫制品里面, 非常的通用, 而且用量大, 并且用途广, 当前在我国的产能超过了20万t/a。但是ADC发泡剂的具体生产过程中, 无论是消耗的烧碱, 还是氯气, 抑或者是尾氯都非常得多, 一般情况下, 一吨ADC生产出来, 耗用的烧碱量为两吨, 耗用的氯气量为1.7吨。ADC发泡剂生产中, 无论是烧碱, 还是氯酸钠, 毒性都很强, 而且腐蚀性也很强, 所以工艺对应的安全性尤其需要得到重视, 为此, 就需要改进相关的生产技术和生产工艺。

2 工艺方面的比对

2.1 次氯酸钠

2.1.1 原工艺

次氯酸钠对应的原工艺为塔式吸收氯气, 具体的过程可以描述为:自塔底氯气进入, 进到反应池里面的碱液, 借助循环泵自塔顶向下予以喷淋, 碱液在塔内会接触到逆流的氯气, 吸收液最终自塔底流出, 而后来到反应池里面, 经过循环泵, 来到塔顶, 对氯气予以循环的吸收。对于整个控制系统而言, 属于微负压条件下的工作, 对应的反应温度在四十度以下, 这样吸收液里面的N a O H与有效氯对应的含量指标财富和具体的工艺要求, 获得的次氯酸钠也才会合格。下面为对应的反应式。

主反应:

副反应:

工艺对应的操作为间歇式的, 假定反映的具体温度太高或者通氯的具体速度太快的话, 那么就有可能造成还没有予以反应的氯气被泄露, 也有可能使得次氯酸钠被分解。无论是哪种情况, 都会对工作人员的身体健康度产生很大的伤害, 如果严重的话, 还有可能造成人员死亡。

2.1.2 连续化的具体工艺

为了避免出现氯气泄漏事故, 也是为了避免次氯酸钠出现分解, 借助连续化的具体生产工艺, 让生产获得更为稳定的保证。这个工艺可以描述为:稀释烧碱成液体, 冷却以后, 自尾气塔顶向下喷淋, 通过和来自塔底逆流的氯气之间发生反应, 获得次氯酸钠。对于整个控制系统而言, 属于微负压条件下的工作, 对应的反应温度在四十度以下, 这样吸收液里面的Na OH与有效氯对应的含量指标财富和具体的工艺要求, 获得的次氯酸钠也才会合格。获得的次氯酸钠会有一部分被输送到贮槽里面, 另外一部分经由反应塔再次对氯气予以循环吸收。

连续化对应如下几点的工艺创新:

(1) 自动控制的具体系统为DCS, 连锁化处理如下因素:反应塔里面的温度、反映槽里面的温度情况、中间槽里面的温度情况、循环泵、氯气流量, 还有尾气风机以及冷却水对应的进水阀, 实现自动化的报警系统以及很好的紧急停车对应的系统。

(2) 设检测氯气的自动报警装置到尾气塔中的放空管道上面。

(3) 将如下设施设置在氯气缓冲罐上面:紧急放空阀以及安全阀, 将液位计设定于反应槽中, 将单向阀与紧急切断的相关设置安装于氯气管线的上面。

(4) 次氯酸钠对应的反应池, 还有尾气塔以及吸收塔之间组建一个高密必度的系统, 这样氯气就可以避免发生外泄。

2.2 氯化的具体工序

联二脲经检测之后, 确认合格的话, 就通过制浆池, 经泵到达氯化釜里面, 将催化剂加入其中, 借助通氯获得ADC而后放到滤缸里面, 经过洗涤到达中性条件, 对应如下反应式:

要想让工艺具备更好的安全性, 改进的具体措施为:

(1) 充分的搅拌反应釜中的压力、温度和气流, 借助于和夹套冷却水对应的进水阀之间的连锁设置, 实现自动化的报警, 做到紧急停车。

(2) 将安全阀以及紧急放空的阀门设置于氯气缓冲罐里面, 将紧急切断的相关设备与装置和单向阀安装在氯气管线里面。

(3) 将防爆膜设置于氯化尾气的具体管线里面。

(4) 将检测氯气的相关报警装置设到尾气塔里面的放空管道中。

2.3 干燥的具体工序

(1) 原来的干燥工序为间歇式的, 在氯化工序的条件下生产获得的ADC, 经过洗涤到中性的条件下, 通过加水获得悬浮液, 并且输送悬浮液到高位槽里面, 通过重力作用, 流入到离心机里面, 经过甩干处理以后, 送到一级的干燥箱里面, 而后借助引风机向二级干燥箱予以输送, 接下来到达卸料斗, 经过磅以后予以包装。

(2) 连续气流干燥的具体工艺:洗涤氯化工段成为中性, 通过加水获得对应的浆料, 输送浆料到ADC的高位槽里面, 在重力的作用下, 来到离心机里面, 在离心甩干的作用条件下, 借助于输送机输送至干燥管理面;经过滤器过滤的空气会来到加热器中, 在加热以后, 热空气就到达了干燥管里面。在热空气的吹动下, 湿ADC就会被吹散, 在空气的带动下就会到达旋风分离器里面, 经过分离热空气和ADC, 在引风机的工作下, 空气就会被释放掉, 而对于经过干燥之后的ADC, 在振动筛的作用下, 通过电子磅的形式实现包装做好入库。

气流干燥这种工艺有如下几个方面的优点:

(1) 时间短, 一般为半秒到两秒之间, 对于物料来讲, 其热变性的的具体函数对应的是温度与时间, 气流干燥条件下, 是借助于气流和固流的并行操作实现的, 而且在表面汽化阶段物料温度始终处于与其接触的气体的湿球温度, 一般不超过60～65℃, 干燥末期在物料温度上升阶段, 气体温度已大大降低, 不超过70～90℃, 因此, 确保干燥系统内部温度远远低于ADC的分解温度, 从而避免其分解, 确保工艺的安全性。

(2) 将干燥系统内温度与解碎机连锁, 在解碎机处设立紧急停车系统, 如干燥系统内温度超标, 可自动报警并自动停止进料。蒸汽系统与解碎机连锁, 停供蒸汽时, 即停止进料。

(3) PLC自动干燥的具体控制工序能够使得相关的指标符合具体的标准要求, 能够避免因为蒸汽压力出现较大的波动造成干燥温度局部太高。

3 结论

改造技术保证生产的安全实现, 这个进程中对于重点的岗位要予以重点的管理, 借助于自动化的监控系统实现高度自动化的监管, 严格管理诸多的工艺指标, 预防管理从事后提前到事前, 这样就能够分级对风险予以管控, 将重大的事故消除在萌芽状态。

参考文献

[1]施光明.ADC发泡剂干燥工艺改进[J].氯碱工业, 2010, 46 (2) :31-33

[2]孙劲峰, 施光明, 陈勇, 等.ADC发泡剂负压连续气流干燥工艺的改造[J].氯碱工业, 2008, 44 (4) :31-32

发泡工艺篇2

本课题主要研究制备发泡氟石膏材料, 研究磺酸盐类发泡剂、动物发泡剂、复合型发泡剂分别对石膏试样的发泡效果, 探索出最佳发泡剂掺量、最佳缓凝剂掺量。本课题实施既对氟石膏资源化利用提供理论借鉴价值, 又对氟石膏在墙体材料中的应用具有一定实践意义, 可进一步扩宽工业副产石膏在墙体材料中的综合应用。

1 实验原料与方法

1.1 实验原料

氟石膏:山东某氟化工工厂产出的副产品, 灰白色, 粉末状, 其宏观形态如图1所示。对氟石膏进行了XRD测试试验, 其X射线衍射图谱如图2所示。

磺酸盐类发泡剂、动物发泡剂、柠檬酸、硼砂、明胶:购于化工市场。

复合型发泡剂:实验室自制, 基本组分为植物发泡剂:92%, 增泡剂:8%。

2 试验结果与讨论

2.1 发泡剂的研究

发泡剂是表面活性剂的一种, 其发泡原理是:当发泡剂与石膏水化时生成分子间作用力--氢链, 产生空间位阻, 造成石膏晶格结构缺陷, 激发石膏活性, 加速网络状石膏骨架的形成, 从而达到增强石膏强度, 降低石膏容量, 大大节约原材料, 充分改善石膏板物理性能之目的。

发泡剂种类很多, 按离子型分类:阳离子发泡剂、阴离子发泡剂、两性发泡剂, 两性发泡剂和阴离子发泡剂发泡性能较好被广泛应用。最常见的应用于无机胶凝材料发泡剂有磺酸盐类发泡剂、动物发泡剂、复合型发泡剂, 其中磺酸盐类发泡剂为阴离子发泡剂, 动物发泡剂属于两性发泡剂。

由表1中数据对比结果可以看出:磺酸盐类发泡剂发泡倍数最高, 起泡性最好, 产生的泡孔最细小, 消泡时间最短, 稳定性最差;动物发泡剂发泡倍数最低, 起泡性最差, 产生的泡孔最大, 消泡时间最长, 稳定性最好;复合型发泡各个性能介于磺酸盐类发泡剂与动物发泡剂之间。

为了确定制备氟石膏发泡材料最适用的发泡剂类型, 在固定泡沫掺量条件下 (泡沫掺量与氟石膏质量之比140 ml/100 g) , 先按此分别制备发泡氟石膏并测试试样的表观密度、吸水率、导热系数和抗压强度, 进行比较。

由表2可以看出, 固定发泡剂掺量下, 三种发泡剂对氟石膏发泡作用表观密度相差不大, 但是磺酸盐类发泡剂制备的试样力学性能较差, 动物发泡剂制备的试样吸水率较大。综合所有方面, 选用稳定性好, 泡沫大小适中, 吸水率低, 力学性能好, 导热系数低的复合型发泡剂。

2.2 发泡剂掺量对发泡氟石膏性能的研究

由2.1节我们已经得出, 复合型发泡剂为最为适合制备发泡氟石膏轻质墙体材料, 本次实验考察不同掺量复合型发泡剂对试样抗折、抗压强度, 导热系数, 表观密度的影响, 分别按100 g氟石膏粉料中掺加0~250 ml发泡剂的比例制备发泡氟石膏轻质墙体材料并测试其性能。

由图3可以看出, 发泡氟石膏轻质墙体材料抗折抗压强度, 表观密度和导热系数均随发泡剂掺量的增加而减小。当在100 g粉料中掺加100 ml~150 ml发泡剂时, 发泡氟石膏轻质墙体材料的轻质保温性能较好, 抗折抗压强度也较好;当发泡剂掺量为150 ml及以上时, 抗折抗压强度过低而不能满足相应保温隔热墙材料的要求。试验确定发泡剂最佳掺量为100 g粉料中掺加100 ml, 此时保证制备的发泡氟石膏轻质墙体材料满足轻质保温材料的要求。

2.3 缓凝剂对发泡氟石膏轻质墙体材料的影响

在对氟石膏进行发泡制备发泡石膏材料试样时, 由于石膏凝结时间较短, 发泡剂掺加后无法充分搅拌使其均匀地分散到石膏料浆中, 因此在制备石膏发泡材料试样时需要选择适当的缓凝剂以减缓石膏的凝结。

常见的石膏缓凝剂有柠檬酸、硼砂、明胶, 但试验发现, 由于柠檬酸为酸性, 当掺入后影响了发泡剂的起泡性, 出现消泡现象;硼砂缓凝效果最好, 但对抗折抗压强度影响较大, 不能满足轻质保温材料的要求;明胶价格低廉、缓凝效果好、能溶于水, 是石膏常用的缓凝剂, 所以本文选用明胶作为缓凝剂。分别掺加不同量的明胶进行试样的性能测试。结果如表3所示。

由表3可以看出, 随明胶掺量的增加, 石膏凝结时间明显变长, 强度呈现下降趋势。明胶在石膏水化初期与半水石膏反应, 在石膏表面形成一层保护膜, 阻碍了石膏水化。根据材料力学标准要求, 在掺量达到0.3%, 抗折抗压强度过低。因此选择明胶掺量为0.2%, 初凝时间为32 min, 终凝时间为68 min, 抗折强度为3.47MPa, 抗压强度为6.56 MPa。

3 结论

固定发泡剂掺量下, 三种发泡剂对氟石膏发泡作用表观密度相差不大, 但是磺酸盐类发泡剂制备的试样力学性能较差, 动物发泡剂制备的试样吸水率较大。综合所有方面, 选用稳定性好, 泡沫大小适中, 吸水率低, 力学性能好, 导热系数低的复合型发泡剂。

发泡氟石膏轻质墙体材料抗折抗压强度, 表观密度和导热系数均随发泡剂掺量的增加而减小。当在100 g粉料中掺加100 ml~150 ml发泡剂时, 发泡氟石膏轻质墙体材料的轻质保温性能较好, 抗折抗压强度也较好, 此时制备的发泡氟石膏轻质墙体材料各项性能满足轻质保温材料的要求。

随明胶掺量的增加, 石膏凝结时间明显变长, 强度呈现下降。根据材料力学标准要求, 在掺量达到0.3%, 抗折抗压强度过低。因此选择明胶掺量为0.2%, 初凝时间为32 min, 终凝时间为68 min, 抗折强度为3.47 MPa, 抗压强度为6.56 MPa。

参考文献

[1]苏素芹.工业副产石膏的开发与利用[J].山东建材, 2008, (2) :43-45.

[2]张凯, 任婷艳, 朱新峰等.国内工业副产石膏的排放及综合利用现状[J].新型墙体, 2009, (12) .

[3]赵帅, 田颖, 李国忠.掺加农作物秸秆纤维和苯丙乳液对氟石膏力学性能的影响[J].有机氟工业, 2008, (2) .

[4]姜小虎.氟石膏的应用现状与分析[J].山西建筑, 2008, 34 (20) .

浅谈发泡油墨的发泡机理及应用篇3

关键词：发泡油墨,机理,应用

发泡油墨是一种通过印刷或其他方式能在承印物上形成立体图文效果的粘稠状物质, 它不仅具有装饰和艺术效果, 而且还有一些特殊的功能, 在盲文印刷、地图、建材、包装印刷、书刊、纺织品等领域有着广泛的应用。

1 发泡油墨的发泡机理

首先, 采用特定的印刷工艺或其他方式将发泡油墨印刷在纸张等承印物上。然后, 对发泡油墨进行加热处理, 使印刷图文着墨部分的墨膜发泡而形成凸起的图案。发泡油墨根据制取的方法不同可以分为微球发泡油墨和沟底发泡油墨[1]。

1.1 微球发泡油墨的发泡机理

将充有低沸点溶剂的微胶囊均匀地分散到丙烯酸类共聚物连结料中, 并加入一些其它辅助材料。经丝网印刷将发泡油墨转印到承印物上, 经低温干燥后, 在烘道中加温至120~140℃, 几秒钟内油墨中的微胶囊膨胀, 形成无数小气泡, 促使油墨层凸起。微胶囊发泡油墨组成:微胶囊20%、丙烯酸酯类共聚物60%、色浆10%、尿素5%、其它成分5%。

1.2 沟底发泡油墨的发泡机理

首先, 将发泡剂溶解到液态的聚氯乙烯树脂中。当对该油墨加热时, 发泡剂会被气化。在油墨中形成许多微小的气泡, 这些气泡使图文部分墨层向上凸起达到凹凸不平的效果。沟底发泡油墨的组成:聚氯乙烯40%、二盐基性亚磷酸铝2%、碳酸钙18%、偶氮二甲酰胺2%、苯二甲酸二辛酯36%、颜料 (着色用) 2%。

2 发泡油墨的应用

2.1 在盲文印刷中的应用

盲文是专为盲人设计、供盲人使用、靠触觉感知的文字符号, 它是以六个半球形或抛物面形的凸点为基础。凸点底部的直径为1~1.6mm、高度为0.2~0.5mm、点距为2.2~2.5mm。如果凸点太小或者距离太近, 都会影响盲人触摸反应速度或者会超出盲人指尖触感的最敏感区。这些凸点排成竖长方形, 每个符形称为一方, 左侧从上至下为1、2、3点, 右侧依次为4、5、6点, 借助点位上点的凸起或不凸起, 用来表示不同的字母或音素。而盲文书籍、文件等刊物与一般读物的虽然承载着相同的功能与价值, 但在印刷方式、形态、装订等方面存在很大的不同。盲人不能通过视觉获取平面的图文信息, 而要用手指触摸进行阅读, 领会刊物的含意。盲文印刷凸起的点子大小、点距、字距、行距, 是根据盲人触觉的生理和心理特点在设计时已固定好的。由于胶版印刷和凸版印刷的墨层比较薄的原因很少用于盲文印刷, 印刷盲文一般多采用丝网印刷和凹版印刷[2,3]。

2.2 在地图中的应用

普通地图没有立体感, 不能表现出高原和山脉凸起、湖泊和河流凹下、不同纬度和高度的区别, 只能用不同颜色表现这些差异性。而采用发泡油墨印刷的地图, 可以达到普通地图无法达到的空间立体感, 制成军事地图用于作战。此种地图先采用不同颜色的发泡油墨进行印刷, 而后对发泡油墨进行加热形成高低不平的立体效果。

2.3 在建材中的应用

1) 用于壁纸。采用丝网印刷等方式将发泡油墨把图案印在纸张上或无纺纸上 (同时亦可在图案上撒金属、颗粒、树脂粉) , 在发泡烘箱中发泡剂分解发泡加工成壁纸。室内装潢所用壁纸, 除了可以印制丰富的色彩外, 还能在上面印刷具有立体效果的图案或花纹, 形成富贵、仿古、淡雅等各种不同的装饰效果。

2) 外墙装饰印刷。PVC塑料板是一种新型的高分子化工材料, 因具有质轻、防火、防水、防腐、绝缘、隔热等特点而广泛用于室外墙面装饰及天花板。在其表面涂布上含有发泡剂的PVC涂料, 经发泡工艺后形成具有浮雕效果的装饰产品[4]。

2.4 在包装印刷中的应用

1) 发泡油墨可用于仿雕金印刷。仿雕金印刷工艺应用于包装产品的装潢, 能大大提升产品的档次和美观度。这种工艺是在没有印刷油墨的部位涂布金色的含铜粉的热熔性树脂, 印刷图文部分采用丝网印刷方式印刷发泡油墨和其他油墨。

2) 发泡油墨用于层压复合板被应用于包装工业中。先是在底板上印刷上发泡油墨, 等油墨完全干燥后, 再其上覆合上一层聚丙烯薄膜, 最后使油墨发泡和聚丙烯薄膜一起凸起达到想要的立体效果。

3) 发泡油墨可用于防滑产品中。在包装工业中发泡油墨不仅起到装潢效果, 还具有保护的作用。有些防滑垫可以用发泡油墨印刷及一定的加工后, 其表面凹凸不平可以防止杯子滑落。在包装箱内部用发泡油墨进行印刷, 可以起到缓冲的作用, 达到保护内部产品的目的。

2.5 在书刊中的应用

在书刊印刷中发泡油墨可用于装帧设计和书籍封面。相对于烫印, 发泡印刷应用于书刊封面不仅成本低廉、色泽鲜艳、图文立体感比较强, 能够大大增强其装饰美化效果, 而且经久耐用。发泡印刷可采用丝网印刷等方式完成, 因此所印刷的图形或文字不受限制, 可以随意设计。

2.6 在纺织品中的应用

由于发泡油墨具有很强的遮盖力, 在纺织品上使用发泡油墨可以印刷出具有立体感、刺锈般效果的图案和文字, 使之具有民间工艺品的风格, 凸现出发泡油墨的装饰作用。要注意发泡油墨和承印物之间颜色的对比, 如果都是浅色时则会导致立体效果不明显[5]。

3 结语

发泡油墨由于其独特性和商业方面的巨大价值, 而日益受到人们的青睐和重视, 为印刷和包装工业的发展增添新活力。

参考文献

[1]唐正宁.特种印刷技术[M].印刷工业出版社, 2011.

[2]李刚.盲文图书的编辑出版[J].现代出版, 2016.

[3]周浩.浅谈发泡油墨及其在盲文出版中的应用[J].网印工业, 2007 (5) .

[4]曹瑞春.发泡油墨与网印工艺[J].丝网印刷, 2011 (7) .

AC发泡剂的发泡机理以及改性篇4

关键词：AC发泡剂,制备方法,发泡机理,改性方法

偶氮二甲酰胺是有机精细化工产品, 英文名为Azodicar bonamide, 简称ADCA或AC, 其化学结构式H2N-CO-N=N-CO-NH2, 相对密度是1.65, 分解温度在195℃-200℃之间, 发气量为220-250 ml/g;能溶于醇、碱、汽油、吡啶、苯、难溶于水, 是淡黄色的粉末。AC发泡剂凭借着其发气量大、分散性好、价格便宜、分解的产物无毒、无臭、无污染、不变色、不腐蚀磨具等的优良性质, 一直是泡沫材料生产产家的首选化学发泡剂。我国的AC产业起步于60年代初, 现如今是AC发泡剂的最大生产国家[1]。

一、概述

1. 生产应用

AC发泡剂的优良性质, 广泛应用于各个领域:同轴电缆, CCP电缆, 高密度聚乙烯, 多对金属通信电缆等绝缘材料的发泡[2];主要应用于聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、氯丁橡胶、丁基橡胶、聚酰胺、天然橡胶、ABS橡胶、环氧树脂等的常压或加压发泡[3], 以及聚氯乙烯人造革、壁纸, PE、PVC、PP交联高发泡制品, EPDM挡风条等橡胶制品的高发泡高分子材料的成型加工[4];面粉改良剂[5]、熏蒸剂配方, 可用于农田的大棚、室内、粪池等等[6];安全气囊的生产剂等[7-8]。

2. 制备方法

目前, 国内制备AC发泡剂的方法主要是尿素法, 国外还存在着拉希法、甲酮连氮法和氧化法。其中, 甲酮连氮法和过氧化氢法占1/3, 拉希法占1/3, 尿素法基本上已被淘汰[9-10]。

反应方程

其主要制备反应方程式如下[11]:

C12+2Na0H→Na Cl0+Na Cl+H20 (1)

NH2CONH2+Na Cl0+2Nao H→NH2NH2H20 (水合肼) +Na2C03+Na Cl (2)

NH2NH2H20+H2S04+2NH2C0NH2→H2NC0NHNHCONH2 (联二脲) + (NH4) 2S04+H20 (3)

H2NCONHNHCONH2+C12→H2NCONNCONH2 (AC发泡剂) +2HCl (4)

二、AC发泡剂的作用【12】

(1) 降低复合材料的密度。发泡体系内的气泡成核后, 只要有足够的气体扩散到已成核的泡孔中, 泡孔就会继续增大, 从而降低了材料的密度[13]。

(2) AC发泡剂降低粘度对温度的敏感性:由于AC发泡剂产生气体降低了连段运动的阻力, 降低流体活化能△Eη, 从而粘度对温度的敏感性降低[14]。

(3) 随着AC发泡剂用量的增大, 能够降低材料的硬度, 加剧热收缩性[15]。

(4) AC发泡剂具有成核剂的作用, 与往水里扔碎冰块相类似, 当形成少量气泡后, 就会以此为核心引发形成大小相近的气泡的产生[16]。

三、AC发泡剂的发泡机理

1. 化学发泡

AC发泡剂属于化学发泡剂, 化学发泡剂即将易于发生分解的有机物添加到高分子材料中, 然后在稍高于发泡剂分解的温度下将材料挤出成型, 在此过程中, 发泡剂发生分解反应产生气体 (AC发泡剂产生N2) 使高分子材料发泡[17]。发泡剂在材料挤出成型前与高分子混合, 在高于分解温度的挤塑环境下发生化学反应, 生成相对于材料的副产物, 这些副产物在材料中形成晶核, 引发高聚物熔体中气泡的产生[6]。

2. 放热发泡

AC发泡剂属于放热型发泡剂, 所以其机理可根据热点理论来说明。可以认为AC发泡剂分解所放出的热量使高聚物熔体的局部受到加热, 而成为热点。在热点处, 熔体粘度降低、张力下降, 使气体更加容易膨胀而形成泡孔[17]。

3. 主次反应

AC发泡剂的热分解反应主要经历两个阶段:主反应和次反应。其中, 主反应为放热反应, 次反应为吸热反应。主次反应会随着活性物质、温度等的改变而导致所占比例不同[6]。

4. 反应方程

干燥的AC发泡剂在空气中的热分解机理如下[18]:

随着分解环境的变化, AC发泡剂的分解机理也会发生变化, 其主要表现在分解温度、分解焓变和发气量的变化。可见, AC发泡剂分解机理的多变性, 所以, 很多专家对AC发泡剂的分解机理存在着很多得疑惑[17]。

四、AC发泡剂使用的局限性

AC发泡剂性能优良, 应用量大, 但存在着一些问题, 影响着AC发泡剂的更优良使用。主要问题如下[20]:

1. 分解速度快, 速度控制困难

其分解属于强放热的化学反应, 分解速度很快, 容易造成熔体的局部过热。局部过热会使熔体局部粘度降低, 所制得的制品已产生开孔泡沫或泡孔破裂, 最终降低了泡孔制品的机械性能。

2. AC发泡剂的分解温度高于发泡制品的分解温度或软化温度

AC发泡剂分解温度在195—200℃间, 但是烯烃类树脂的分解温度及软化温度明显较低.如聚苯乙烯的软化温度为100℃, 聚氯乙烯的分解温度为170℃。由于聚合物加工成型的温度要低于其分解温度, 但在AC发泡剂分解高温度时, 会导致聚合物分解, 而使聚合物发黄、材料力学性能不够、物质转化率降低。

3. 分解温度高于所使用交联的交联温度

在塑料泡沫制品的加工中, 过氧化二异丙苯是目前最常用的交联剂。可是其交联温度仅为150-157℃, 明显低于AC发泡剂的分解发泡温度。在这种情况下, 为了达到发泡剂的分解目的, 就会使交联过程中因温度过高而导致聚合物解聚;或为了使聚合物转化率高, 则会使发泡剂发泡不充分、不均匀而导致发倍率低、泡孔不均匀;总之, 由于温度的差异而使发泡制品无法达到经济和性能的要求。

4. 容易附聚成团, 影响孔径

由于AC发泡剂是粉末状物质, 在静电作用下, 容易发生团聚。成团的AC发泡剂在熔融分解时就会产生较大的气孔, 影响到发泡制品的质量。

5. 粒径过大且分布不均匀

由传统工艺生产的AC发泡剂粉末平均粒径是12pm左右, 粒径大约分布在0.01-52μm范围内。可以看出AC发泡剂分解得到的泡孔较大且分布不均匀, 在一些体积较大的制品影响不大, 但是对精细工艺加工影响很大, 比如切片发泡制品和一些薄制品。

6. 分解后含有副产物

AC发泡剂分解除了产生氮气外, 还有其它的副产物, 如聚氰酸和脲唑等的聚合状的物质。这些副产物遗留在加工机械中, 会影响机械的正常运作, 也影响泡制品的质量和产量。

五、AC发泡剂的改性方法

正是由于AC发泡剂存在着这些问题, 而AC又是使用量最多的化学发泡剂, 所以对AC发泡剂的改性是必要的。这些年来国内外的很多专业人士都对其改性做了大量的研究, 并且取得了较大的突破。其主要改性方法有物理改性也有化学改性:

1. 物理方法

(1) 利用机械超微粉碎的方法对AC发泡剂粉末进行粉碎较小粒径且大小大约一致以获得不同等级粒径的AC发泡剂粉末。

(2) 利用重结晶的方法, 让AC发泡剂溶解于不发生反应的某种溶剂中然后进行重结晶以较小粒径。用此方法可获得纳米级的AC发泡剂。

(3) 在制备AC发泡剂的过程中, 控制一定的温度、搅拌速度, 以此来降低AC发泡剂的平均粒径, 减小粒径的分布宽度, 增大发气量。

2. 化学方法

(1) 在制备AC发泡剂的过程中, 用其它物质代替传统的制备物质, 比如用联二脲制备AC发泡剂后期用氯酸钠代替氯气做氧化剂, 此方法还能降低对环境的污染[18]。

(2) 在制备AC发泡剂的过程中, 加入活化剂, 以此来改变AC发泡剂的分解机理

a、加入活化剂以降低AC发泡剂的分解温度以降低分解反应速率。吴智华等就利用双氰胺来改性AC发泡剂[19]。

b、加入活化剂以增大AC发泡剂的发气量。陈立军等人在AC发泡剂中单一或多样的加入甘油、硫酸铬、醋酸锌等的活性物质, 可看出AC发泡剂的发气量明显增加, 并且活性物质越多, 发气量也越大[3]。

c、加入活化剂来降低泡孔的粒径。就如采用细颗粒联二脲时在后期加入适量的尿素会获得粒径为9μm且品质较优的AC发泡剂粉末[20]。

发泡工艺篇5

乙烯醋酸乙烯酯共聚物(EVA)是常用的高分子材料之一,它具有良好的柔软性和耐寒特性,用其制备的发泡材料具有高弹性、耐曲挠性好、无毒的特点,广泛应用于鞋业、包装行业。同时,EVA发泡材料也具有良好的隔热保温性能［１－４］,但由于EVA材料易于燃烧,发泡之后的EVA泡沫材料的阻燃性更差,从而限制了它在保温材料领域的应用。为了解决这一问题,可以采用添加阻燃剂的方式对EVA进行改性,提高EVA发泡材料的阻燃性能。

目前对于EVA等聚烯烃复合材料,MH、ATH两种无机阻燃剂因其无毒、低成本、阻燃效果好的优点［５，６］而被广泛用作EVA材料的阻燃剂,但MH和ATH复配阻燃时添加量大,会影响材料的加工和力学性能。为了减少MH和ATH的添加量以及进一步提高聚烯烃类材料的阻燃效果,通常与红磷等协效剂复配使用。在EVA材料中添加MH、 ATH和红磷等无机阻燃剂会产生两方面的影响。一方面, 目前研究的EVA阻燃体系主要是EVA复合体系,采用MH、ATH和红磷阻燃EVA等聚合物体系,可提高EVA材料的阻燃性能。李红霞等［７］以MH、ATH和红磷复配阻燃EVA未发泡的复合材料,刘翠等［８］以MH、ATH、红磷、硼酸锌、硅酮复配阻燃EVA/LDPE体系,研究表明,MH、ATH和红磷复配阻燃可以大大提高体系的阻燃性能。相对于EVA复合体系,EVA发泡体系的密度较低,添加相同的阻燃剂,EVA复合体系的阻燃效果优于EVA发泡体系,但阻燃剂对EVA材料的阻燃性能的变化规律是一致的,因此,将MH、ATH和红磷添加到EVA发泡体系中也可以提高EVA材料的阻燃性能。另一方面,在EVA等聚烯烃发泡体系中添加MH、ATH和红磷等无机物会影响EVA发泡体系的力学性能和泡孔微观结构。张军等［９］研究了MH对EVA/PE发泡体系力学性能、泡孔微观结构的影响,结果表明MH会使EVA/PE泡沫塑料内部泡孔变大且不均匀,并降低伸长率和回弹率。刘何琳等［１０］研究了无机粉体对LDPE复合材料发泡行为及力学性能的影响,张由芳等［１１］研究了改性淀粉对EVA发泡体系的力学性能的影响。而对体系的粘度、交联度、发泡压力等方面的研究鲜有报道。因此, 本实验通过测试这3种无机阻燃剂添加后EVA发泡体系的粘度、交联度、发泡压力,研究它们对EVA发泡体系的发泡性能的影响,最终确定可行的添加量,对EVA无卤阻燃发泡材料的研制具有指导意义。

1实验

1.1主要试剂及仪器

EVA(VA含量为18%),7350,台湾台塑有限公司;氢氧化镁,LHZ-002,山东鲁华化工有限公司;超细氢氧化铝, ACW-2,上海旭森非卤消烟阻燃剂有限公司;红磷,10170,南通意特化工有限公司。无转子发泡硫化仪,台湾优肯科技股份有限公司。

1.2无卤阻燃EVA材料的制备

以一定的比例在EVA材料中添加氢氧化镁、氢氧化铝、红磷3种阻燃剂,物料混合均匀后在开式塑炼机(辊温为120 ℃)上混炼制备出厚度为5mm的片材,冷却至室温。冷却之后的片材裁剪成长宽高为100mm×50mm×5mm的长方体,于热压机中发泡,热压机温度为185 ℃,发泡时间为480s,制成无卤阻燃EVA发泡板。

1.3样品的性能和表征

测试制备出的无卤阻燃EVA发泡材料的表面形态和发泡倍率。无卤阻燃EVA发泡材料的发泡压力、粘弹性扭矩、弹性扭矩根据ASTM-D5289标准,用无转子发泡硫化仪进行测试,测试温度为185℃,测试时间为480s。EVA发泡材料的交联度按照式(1)确定:

式中:MH为硫化曲线上最高点对应的扭矩值,单位为N/m;ML为硫化曲线上最低点对应的扭矩值,单位为N/m。

2结果与讨论

2.1阻燃剂对EVA发泡体系粘度的影响

MH、ATH和红磷独立添加对EVA发泡体系粘度的影响如图1所示,图中S" @ML表示最低扭矩对应的粘性扭矩值,S" @ML越低,体系的粘度越小,流动性就越好［１２］。从图1中可以看出,EVA发泡体系的S" @ML随MH、ATH添加量的增大而升高。这表明随着MH、ATH含量的增大,EVA发泡体系的粘度增大,流动性下降,EVA材料混炼的难度增大。相对于柔性材料EVA,MH和ATH是刚性的粒子,它们填充到EVA的柔性分子链间,会增大EVA体系的刚性, 提高粘性扭矩。同时MH和ATH为极性材料,可与EVA分子链上的极性基团作用,增强分子间的相互作用力,使体系的流动性降低。而随着红磷添加量的增大,EVA发泡体系的S" @ML下降。红磷是非极性材料,它与EVA的相容性较差,添加红磷降低了EVA分子链之间的相互作用力,体系的粘度降低,流动性提高。

从图1中还可以看出,随着MH和ATH含量的增大, EVA体系粘度的变化率不同。当MH和ATH的添加量小于47%(质量分数)时,粘度的增大趋势相对较缓和;当MH和ATH的添加量大于47%(质量分数)时,体系的粘度迅速增大。这主要是因为EVA材料对MH和ATH粉末状的无机材料的容纳程度存在一个饱和度。EVA材料能够容纳一定的无机阻燃剂粉末,此时,无机粉末被柔性分子链包裹,彼此间的影响较小。一旦无机阻燃剂的添加量超过EVA所能容纳的极限值,则无机粒子之间的影响较大,对体系粘度的影响程度就大。

MH、ATH和红磷复配阻燃对EVA发泡体系粘度的影响见表1。MH和ATH复配使用时,随着2种阻燃剂的总添加量的增大,EVA发泡体系的S" @ ML增大,流动性降低。随着MH和ATH的质量比增大,S" @ML增大,流动性降低,添加MH更容易引起EVA发泡体系的粘度增大。与相同添加量独立阻燃时比较,发现MH和ATH复配降低了体系的粘度,这是因为MH和ATH之间相容性不好,添加两种无机阻燃剂比添加单一无机阻燃剂更会降低体系分子间的作用力,导致体系的粘度降低,所以相同添加量下,MH和ATH复配体系的粘度小于MH或ATH独立添加体系。

在MH和ATH复配添加量为50%(质量分数)的基础上添加红磷,发现MH/ATH/红磷/EVA体系的粘度比添加量为50%(质量分数)的MH/EVA和ATH/EVA体系小, 比添加量为50%(质量分数)的MH/ATH/EVA体系的粘度大。这是因为与独立添加MH和ATH相比,MH和ATH复配使粘度降低,在MH/ATH/EVA体系中添加红磷,红磷本身的粘度较低,可对MH和ATH复合体系起到润滑作用,减少MH和ATH两种无机颗粒之间的团聚,进而减小MH和ATH复配所引起的粘度的降低程度。此外, 从表1中还可以看出,随着红磷在MH/ATH/红磷/EVA体系中含量由2%(质量分数)增大到10%(质量分数),体系的S" @ML由0.041N/m降低到0.037N/m,粘度降低,这是因为红磷能降低体系的粘度,红磷含量越大,对体系粘度的降低程度越大。

在EVA材料中添加MH、ATH和红磷等无机阻燃剂,要综合考虑阻燃剂的物性、添加的种类和添加量对EVA发泡体系粘度的影响。单独添加时需要考虑阻燃剂本身的物性和添加量对粘度的影响,复配阻燃时则还需要考虑阻燃剂的添加种类,复配阻燃时EVA体系的粘度是由几种阻燃剂相互作用的结果。

2.2阻燃剂对EVA发泡体系交联度的影响

交联度是反映材料由线性转变为网状结构的程度,材料的交联度与材料的力学性能、发泡性能有着密切的联系。本实验通过无转子硫化仪的测试结果计算EVA材料的交联度。图2为MH、ATH和红磷单独添加时对EVA发泡体系交联度的影响。

从图2中可知,随着MH、ATH和红磷添加量的增大, EVA体系的交联度下降,且红磷加入对交联度的影响程度明显大于MH和ATH。MH、ATH是无机阻燃剂,它们用作阻燃剂时的添加量大,大量的刚性无机粒子填充在EVA柔性分子链间,减少了单位体积内的交联点的密度,使交联度下降。红磷也是无机阻燃剂,添加红磷可降低体系单位体积内交联点的密度,使交联度下降,同时红磷在发泡过程中会夺电子生成少量的磷化氢气体,减少了交联剂与EVA上的活化点,导致体系的交联度下降程度增大。从图2中还可以看出,在红磷达到一定含量时,EVA材料的交联度趋于不变。原因在于红磷与EVA分子链上的活泼氢反应导致EVA材料的交联度随红磷含量的增大而降低,但由于EVA分子链上的活泼氢的含量有限,红磷与EVA分子链上的活泼氢具有一定的饱和性,当红磷的含量达到临界含量时,随着红磷含量的增大,交联度趋于不变。

MH、ATH和红磷复配含量对EVA发泡体系交联度的影响见表2。体系的交联度随着阻燃剂含量的增大而降低。 MH和ATH以不同比例复配阻燃时,由于MH和ATH降低交联度的原因相似,它们的复配比例对体系交联度影响不大。MH、ATH和红磷3种阻燃剂复配阻燃时,随着红磷含量的增大,EVA发泡体系的交联度降低,这是因为红磷本身会减小体系的交联度。

添加MH、ATH和红磷,均会降低EVA发泡体系的交联度,但降低的程度不同,MH、ATH对体系的交联度的影响较小,红磷对体系的交联度的影响较大,所以,在采用MH、 ATH和红磷进行阻燃时,要考虑所添加的无机阻燃剂的种类、添加量对体系交联度的影响,适当补充交联剂,保证EVA发泡体系的强度。

2.3阻燃剂对EVA发泡体系发泡压力的影响

发泡压力是发泡工艺过程中一个重要的参数,发泡压力会影响发泡材料的泡孔结构［１３］,影响体系的发泡性能。将无卤阻燃EVA材料放入无转子发泡硫化仪中,测试体系的发泡压力。MH、ATH和红磷单独添加对EVA发泡体系的发泡压力的影响见图3。随着发泡时间的延长,EVA发泡体系的压力先增大,后趋于不变。因为高温条件下,发泡剂随着时间的延长逐渐分解,产生大量的气体,提高了EVA发泡体系的发泡压力,直到发泡剂分解完全,产生的气体都溶解于EVA熔体中,此时EVA发泡体系的发泡压力趋于不变。

从图3中还可以看出,随着MH、ATH和红磷含量的增大,EVA发泡体系的发泡压力增大,且添加MH/EVA和ATH/EVA体系的发泡压力大于红磷/EVA体系。原因有3个方面:首先,发泡压力受发气量的影响,随着无机阻燃剂添加量的增大,单位质量内的阻燃EVA材料中,发气量减少,发泡压力降低;其次,无机阻燃剂可作为成核剂促进气泡的异相成核,增大发泡压力;最后,交联度和体系的粘度也会影响发泡压力。通常情况下,体系的粘度、交联度大,则发泡压力大;反之,则发泡压力小。但体系的粘度和交联度并不是孤立地影响体系的发泡压力,它们之间还存在一定的关系。当体系的粘度较大,且交联度所提供的强度足够包裹气泡时,发泡压力随粘度的增大而增大,反之,交联度不能提供足够的强度包裹气泡时,发泡压力随粘度的增大而降低。当体系的粘度较小,交联度能够提供足够的强度时,发泡压力随粘度的降低而增大,反之,交联度不能提供足够的强度时, 则发泡压力降低。因此,判定体系的发泡压力时要考虑发气量、粘度、交联度的影响。添加MH、ATH和红磷阻燃EVA材料时,体系的发气量降低导致发泡压力降低,而它们的成核作用又会使发泡压力增大,此二者一增一减降低了对EVA体系的发泡压力的影响,所以,发泡压力主要考虑交联度和粘度所带来的影响。

对于MH/EVA和ATH/EVA体系,由上文可知,当MH或ATH的含量从50%(质量分数)增大到55%(质量分数)时,粘度迅速增大,交联度略微下降。此时,MH/EVA和ATH/EVA体系的粘度大,且交联度能够提供足够的强度包裹产生的气体,则随着粘度的增大,发泡压力增大。对于红磷/EVA体系,添加红磷,体系的粘度降低,交联度下降程度大。随着红磷含量的增大,粘度减小,体系的交联度足够包裹产生的气泡,此时发泡压力增大。同时,红磷/EVA体系的粘度和交联度比MH/EVA和ATH/EVA体系小,发泡压力小于MH/EVA和ATH/EVA体系。

在MH和ATH的总添加量为55%(质量分数)时,研究了MH和ATH的复配比例对EVA发泡体系的发泡压力的影响,结果如图4所示。随着MH和ATH质量比的降低, 体系的发泡压力增大。ATH添加量越大,体系的发泡压力越大,这主要是因为ATH对体系发泡压力的影响大于MH, 复配体系的发泡压力受复配比例的影响。

取MH和ATH的复配比例为1∶1,阻燃剂总含量对EVA发泡体系发泡压力的影响如图5中曲线1和曲线4所示。MH和ATH复配阻燃时,随着添加量的增大,体系的发泡压力降低,粘度增大,交联度下降。当添加量为50%(质量分数)时,交联度能够提供足够的强度包裹产生的气体,发泡压力增大。当添加量为55%(质量分数)时,由MH和ATH复配引起的分子间的作用力降低程度明显,交联度不能够提供足够的强度包裹气泡,气泡破裂,发泡压力降低。

保持MH和ATH的总添加量为50%(质量分数),在复配体系中添加红磷,结果如图5中曲线2和曲线3所示。从图5中可以看出,3种阻燃剂复配时,随着红磷含量的增大, 体系的发泡压力增大。添加红磷,体系的粘度、交联度均降低。在MH和ATH的添加量之和为50%(质量分数)时,添加红磷减缓了由MH和ATH复配引起的分子间作用力的降低程度,此时,体系的交联度足够包裹气泡,发泡压力增大。

发泡压力主要受交联度、粘度、发气量3个因素影响。添加MH、ATH和红磷3种无机阻燃剂,会影响EVA发泡体系的粘度和交联度,从而影响体系的发泡压力。所以,采用MH、ATH和红磷阻燃EVA材料,要充分考虑它们的种类、添加量对EVA体系发泡压力的影响。

2.4阻燃剂对EVA发泡体系表面形态的影响

表3为阻燃剂单独添加对EVA发泡体系表面形态的影响。由表3可知,随着MH和ATH含量的增大,EVA发泡体系的线性倍率降低,过量的MH和ATH会导致EVA发泡材料表面出现鼓泡的现象,导致发泡失败。对于模压发泡工艺,压力对体系的影响主要表现在2个方面:一方面它抑制了气泡的生长;一方面使体系中的大泡破裂［１４］。随着MH和ATH含量的增大,体系的发泡压力增大,抑制了EVA熔体中的气泡成长,过量添加MH和ATH会降低分子间的作用力,使熔体强度减小,EVA熔体对气体的束缚能力下降, 气泡破裂,无法承受此时的发泡压力,在EVA材料冷却定型过程中,气体局部聚集,出现鼓泡。为了保证EVA材料的成功发泡,MH和ATH的最大添加量分别为55%、50%(质量分数)。

从表3中还可以看出,随着红磷含量的增大,体系的发泡倍率先增大后降低,表面由光滑变为粗糙。这是因为随着红磷含量的增大,发泡压力增大,交联度降低。当交联度能够承受此时的发泡压力时,发泡成功,且发泡压力越大发泡倍率也越大。如果交联度无法承受此时的发泡压力,则气泡破裂,表面气孔增大,表面粗糙,材料冷却定型中收缩严重,发泡倍率降低。为了保证发泡过程的顺利进行,红磷的最大添加量为30%(质量分数),但红磷在发泡过程中会释放少量的磷化氢气体,从环保的角度来说,红磷含量应该尽量减少。

阻燃剂复配含量对EVA发泡体系表面形态的影响见表4,MH和ATH复配体系中,随着2种阻燃剂总添加量的增大,体系的表面由光滑到出现鼓泡,其主要受阻燃剂总添加量的影响,与MH和ATH复配比例无关。为了保证发泡的顺利进行,MH和ATH复配含量最大为50%(质量分数)。在MH和ATH复配含量为50%(质量分数)的体系中,另外添加红磷,发现体系表面出现鼓泡的现象。在MH和ATH复配体系中添加红磷,会降低体系的交联度,使熔体强度降低,在MH和ATH复配达到临界含量时,红磷的这种影响会导致发泡失败。而在MH、ATH和红磷的总添加量控制为50%(质量分数),以MH、ATH和红磷3种阻燃剂进行复配阻燃时,发现所制备的发泡材料表面光滑,发泡倍率随着红磷含量的增大而提高,说明EVA发泡材料的表面形态主要受MH和ATH的影响较大,受红磷的影响较小。MH、 ATH和红磷复配使用的含量不超过50% (质量分数)时, EVA发泡材料的表面光滑,不会出现鼓泡的现象,可以保证EVA发泡体系的顺利进行。

采用MH、ATH和红磷阻燃EVA发泡体系,需要控制3种阻燃剂的添加量。过量的MH、ATH和红磷会导致EVA材料发泡失败,影响EVA材料的表面形态。

综上所述,添加MH、ATH和红磷会影响EVA体系的粘度、交联度、发泡压力、表面形态,从而影响EVA体系的发泡性能。EVA体系的粘度、交联度、发泡压力、表面形态主要受MH、ATH和红磷的物性、添加量、种类的影响,因此, 采用MH、ATH、红磷阻燃EVA发泡体系时,要考虑它们的物性、添加量、添加种类对体系发泡性能的影响,控制3种无机阻燃剂的添加量。

3结论

发泡工艺篇6

高温发泡陶瓷是陶瓷原料高温发泡而成，与一般的多孔陶瓷不同，它具有直径为0.1～3 mm的气孔，气孔之间互相不连贯、不吸水，而目前各类多孔陶瓷如泡沫陶瓷和蜂窝陶瓷等气孔之间相互贯通、吸水、不防潮。高温发泡陶瓷是一种性能优异的新型保温材料，其隔热性比混凝土高8～20倍，可制成颗粒状或板状，广泛用于墙体材料、保温材料和地下工程材料。

我国是建筑陶瓷第一生产大国，2005年建筑陶瓷产量达42亿m2，其中抛光砖年产量超过2亿m2。在抛光砖生产过程中会产生大量的砖屑，据初步统计，生产1 m2抛光砖将产生1.9 kg的砖屑，这样每年产生抛光砖废渣达40多万t，目前国内外大都采用地下填埋的方法处理。膨胀珍珠岩是一种保温材料，由于膨胀珍珠岩的原料粒度要求40～80目，矿石经破碎筛分后，通常要产生占原矿约30%的尾矿(大于80目的粉矿)，每年有近15万t的珍珠岩尾矿。浙江省珍珠岩矿产丰富，开采也有几十年历史，目前这些尾矿基本废弃。如此大量的陶瓷废料和珍珠岩尾矿已经不是靠简单填埋就可以解决的问题。随着经济的发展和社会的进步，环境已经成为人们关注的焦点，如何变废为宝，已经成为当务之急。

抛光砖废渣比较细(大于60目)，主要化学成分为Al2O318%～21%、Si O267%～70%、(K2O+Na2O)6%～8%以及磨料Si C、Si3N4等。珍珠岩尾矿主要化学成分为Al2O313.2%、Si O270%、(K2O+Na2O)5.6%、CaO2.05%，可利用其制备新型的发泡陶瓷保温材料。目前对泡沫玻璃发泡剂研究比较多[1,2]，而研究发泡陶瓷的较少，由于泡沫玻璃发泡温度较低(约800℃)，发泡陶瓷的发泡温度要高，发泡剂的影响也不相同[3,4]，本文利用碳粉、碳酸钙、废玻璃和铁矿粉作发泡剂，以抛光砖废渣和珍珠岩尾矿为主要原料，研究其对发泡性能的影响。

1 实验

采用工厂抛光砖废渣和珍珠岩矿区抛弃的尾矿，加入不同比例的发泡剂，不同配比经混料、成型、干燥，在实验室电炉1120～1180℃、0.5～1 h下烧成(工艺流程见图1)，样品按GB/T 3810.3—2006测量吸水率和密度。

2 结果与讨论

2.1 烧成温度和保温时间对废渣和尾矿混合料发泡状况的影响

以抛光砖废渣为主料加入少量珍珠岩尾矿，经混料、成型、干燥和烧成工艺制备发泡陶瓷，研究不同烧成温度和时间对发泡状况的影响，结果见表1。

从表1可看出，在1160～1180℃下经0.5～1.0 h烧成，废渣与尾矿混合料烧成产物随烧成温度的升高，吸水率有所增加，但变化不大，而密度减少，泡径扩大，说明温度升高，玻璃相增加，有利于发泡;随烧成时间的增加，密度减少，泡径增大，但吸水率增加，因为废渣与尾矿中玻璃质料在高温中产生的气体作用下，形成大量细小微孔，时间延长，微孔扩大，体积增加，密度下降，同时部分气孔破裂，变成开口气孔，造成吸水率增加。考虑发泡体结构均匀性，烧成时间不宜太长。

2.2 不同发泡剂对废渣和尾矿混合料发泡性能的影响

2.2.1 碳粉对发泡性能的影响

在废渣和尾矿混合料中添加一定量的碳粉，其对发泡性能影响的试验结果见表2。

从表2可看出，加入0.1%碳粉时，随温度升高和时间增加，废渣和尾矿混合料的吸水率和密度都有所减少，孔径有所增大。加入0.2%碳粉时，随温度升高，密度有所减少，但吸水率增加;随时间增加，吸水率和密度都有所减少，孔径有所增大。加入0.5%碳粉时，随温度升高，密度有所减少，但吸水率增加，孔径增大;随时间增加，烧成温度1160℃时，密度减少，吸水率显著增加，烧成温度1180℃时，密度没变化，吸水率增加，孔径增大。说明碳粉在高温下反应，形成气体，有利于微孔的产生，提高发泡效果，但加入量过多，内部气体压力较大，冲破玻璃体形成连通气孔的可能性增加，从而留下空间和开口通道。在1160℃烧成1 h时，加入0.1%碳粉的吸水率较不加碳粉时基本没变化，超过0.1%后，随碳粉加入量的增加吸水率显著上升(从3.33%增加到40.56%)。碳粉的增加，密度并没有显著减少，大气泡反而增多，容易造成结构不均;随温度提高和时间增加，由于烧结程度提高，气孔通道有所减少。碳粉以0.1%为宜。

2.2.2 Ca CO3加入量对发泡性能的影响

试验发现，加入CaCO3，在1120～1180℃，烧成0.5 h下，1120℃时未发泡，1160℃时已发泡。随着温度的升高，密度明显下降(见图2)，泡径增大。说明CaCO3的增加并没有提高发泡效果，分解产生的CaO反而促进反应烧结，过多CaCO3导致小气泡贯通形成大气泡，密度反而增加，结构也不均匀。

2.2.3 Fe2O3加入量对发泡性能的影响（见图3)

从图3可看出，Fe2O3的加入量为1%和3%时，随温度升高，密度下降，在1120～1160℃烧成段特别显著，1160～1180℃烧成段下降幅度趋缓;Fe2O3加入量为5%时，在1120～1160℃烧成段密度下降较快，1160～1180℃时，密度反而有所升高。试验还发现，温度升高，其泡径增大。加入1%的Fe2O3，在1160℃烧成0.5 h时，发泡较均匀、孔径约0.2 mm,1180℃烧成0.5 h时，孔径增大到约0.5 mm，且随Fe2O3增加，孔径增大。在1180℃烧成0.5 h下，掺入3%的Fe2O3时，发泡较均匀、孔径约1 mm;掺入5%的Fe2O3时，孔径可增大到1.5 mm，但均匀性下降。随Fe2O3量的增加，吸水率下降，同在1160℃烧成0.5 h时，Fe2O3掺量分别为1%和3%，其吸水率分别是1.7%和0.6%。Fe2O3可作为熔剂组分，降低烧成温度，能增加玻璃体表面张力，有利于稳定气泡和控制泡径，Fe2O3掺量增加其泡径也相应增加，但用量较多时容易形成大气泡，造成气泡结构不均，同时颜色变深。Fe2O3掺量控制在3%以内为宜。

2.2.4 废玻璃粉对发泡性能的影响

在1#配比基础上以5%和10%废玻璃粉分别取代相同量的抛光砖废渣、以15%废玻璃粉取代10%抛光砖废渣和5%尾矿制备试样(11#)，并测试其发泡性能，结果见表3。

从表3可看出，加入废玻璃，随温度升高，其密度明显下降，泡径也在增大，废玻璃加入量越多，形成的泡径越大，但密度基本没变化，说明高温下发泡不仅要有玻璃体，也需要相应发泡剂，玻璃相增多，熔体黏度下降，气泡增大。因此，在高温下发泡时，以废渣和尾矿的混合料中废玻璃不宜过多。

3 结语

加入碳粉、Fe2O3、CaCO3发泡剂和废玻璃能提高抛光砖废渣和珍珠岩尾矿为基料制备闭气孔发泡陶瓷的发泡效果，但其加入量不宜过多，碳粉以0.1%为宜，CaCO3在5%以内，废玻璃不超过5%，并以Fe2O3发泡效果最好，它能有效控制泡径，但制备结构均匀性发泡陶瓷，Fe2O3加入量不宜超过3%。

摘要：以抛光砖废渣和珍珠岩尾矿为基料,探讨碳粉、CaCO3、Fe2O3和废玻璃作为发泡剂对制备闭孔发泡陶瓷的影响。试验结果表明,在1160～1180℃烧成温度下,掺入0.1%碳粉、不大于5%CaCO3、不大于3%Fe2O3和小于5%废玻璃,能提高发泡效果,形成闭孔为主的发泡陶瓷,其中掺Fe2O3效果最佳,且能控制泡径。

关键词：抛光砖废渣,珍珠岩尾矿,Fe2O3,碳粉,闭孔,发泡陶瓷

参考文献

[1]李月明,李华,邹卓辰,等.利用废玻璃研制泡沫玻璃[J].中国陶瓷工业,2000,7(2):4-7.

[2]田英良,赵飞,邹玉林,等.生产泡沫玻璃的关键工艺及质量控制[J].新型建筑材料,2000(10):29-31.

[3]张留生,邱永斌.高温发泡陶瓷及其应用[J].新型建筑材料,2005(5):58-59.

脱硫溶液系统发泡原因浅析篇7

关键词：发泡,胺溶液,影响因素

一、MDEA发泡原因

研究表明, 新鲜的、不含任何杂质的MDEA溶液在脱除天然气中酸性组分时不会产生发泡现象。据文献报道, 能够污染MDEA溶液并引起溶液发泡的主要污染物有:MDEA的降解产物、MDEA对设备的腐蚀产物、天然气带到胺溶液中的污染物、MDEA原料中含有的杂质、活性炭颗粒污染、水中含有的无机离子等。

上述污染物中, MDEA降解生成的有机酸或热稳定性盐与CO2、H2S等酸性物质一样, 能够降低溶液的p H值, 使溶液酸性增强, 又加速溶液对设备的腐蚀。这些降解产物和天然气、MDEA原料带入的各种有机杂质大多具有表面活性剂性质, 能够显著地改变溶液的表面张力、表面粘度等物化性质, 而且表面活性剂链段之间相互作用形成较坚固的双分子层液膜, 表面活性剂的亲水基团产生的水化作用能有效防止液膜中溶液排液, 使其形成稳定泡沫。

二、第三净化厂溶液系统发泡浅析

第三净化厂装置是整套从国处引进的天然气净化装置。脱除H2S、CO2所使用的物质为甲基二乙醇胺 (MDEA) 配方溶液, 脱除H2O所使用的物质为三甘醇 (TEG) 溶液。自去年8月31日检修结束正常生产后, 胺液富液过滤器滤芯清洗, 更换频繁。富液浊度居高不下, 再生塔结垢严重, 溶液再生质量的下降导致装置运行不稳定, 拦液次数较多, 种种迹象表明溶液系统发泡严重。引起脱硫系统溶液发泡的物质主要来源于以下几个方面。

(一) 、气田污水和气井缓蚀剂

第三净化厂气源来自长庆气田靖边气区。该气区气井产水量大, 矿化度高, 在生产过程中使用缓释阻垢剂防止井下设备腐蚀, 使用甲醇保证冬季气井的正常生产, 天然气从气井到集气站之后经过简单的分离和脱水输送到净化厂, 故原料气含有一定量的气井缓蚀剂和气田污水。气田污水和缓蚀阻垢剂以及原料气含有的酸性组分同时进入集输气管线, 会对集输气管线内壁造成一定程度的腐蚀, 腐蚀产物也会随天然气气流进入到净化厂, 进而进入脱硫溶液系统, 引起发泡。

(二) 、溶液本身污染问题

为了解评价胺液在使用一段时间后化学性质的变化, 进行试验1:现场取富液、贫液在100℃下持续加热27分钟, 富液颜色变得和贫液一样。

试验2:在贫液和50%的新鲜胺液中持续通入原料天然气, 贫液通入3分钟后颜色变黑, 而50%的新鲜胺液通入12小时颜色没有变化。

通过上述试验可以看出, 溶液系统本身存在一定问题, 导致溶液本身出现变质情况, 增加了溶液发泡的可能性。

四、解决方法

(一) 、加强原料气过滤

第三净化厂装置自05年开始, 装置运行极不稳定;滤芯更换频繁, 溶液再生质量不高且浊度居高不下。经过分析认为原有设计和现有的原料气质量存在较大的偏差, 原有的原料气过滤器 (以下简称F-200A) 不能满足预处理的要求。第三净化厂2005年10月检修期间对原料气过滤流程进行工艺改造, 加装了原料气高效过滤器 (F-200B) , 在运行一年中, 装置运行平稳, 富液溶液浊度下降, 富液过滤器滤芯更换次数大为减少, 再生塔结垢也得到了一定的遏制。加强原料气的过滤是非常有效的防止污染物进入脱硫溶液并引起脱硫溶液发泡的方式之一。

(二) 、加强对脱硫溶液贫富液的过滤

通过分析可知, 现用的富液过滤器不能满足生产要求, 结合第一、二净化厂大型装置采用的3M滤芯过滤器的使用效果, 于2005年11月在现有的过滤器前串联了一台3M滤芯过滤器, 该过滤器投用后, 过滤器在正常的设计差压下运行, 滤芯清洗频率为三天一次, 滤芯更换为23天更换一次, 起到了良好的清洁作用。另外在脱硫系统溶液加强胺富液过滤的情况下, 适量投用活性炭过滤器F-223以充分吸收系统溶液内降解产物及重烃组分, 保证脱硫装置的平稳运行。

五、发泡拦液后的处理

(一) 、加入阻泡剂

实际生产中发现, 在刚开始有拦液迹象时, 加入阻泡剂的效果较为明显, 但是必须在拦液的第一时间能做出准确判断, 及时加入阻泡剂, 否则没有作用。

(二) 、降低气量或者停泵

当加入阻泡剂没有效果, 差压仍然上升时, 进行降产处理;当降产后, 脱硫塔差压仍然没有下降的趋势, 或者下降缓慢, 差压持续升高, 湿净化分离器有液时, 必须停泵处理, 否则极易将脱硫溶液带到脱水系统, 导致严重的带液事故。

(三) 、加入小剂量新鲜溶液

另外还发现, 在拦液比较频繁的时期, 向脱硫溶液系统中加入小剂量的新鲜溶液能够抑制拦液的发生频率。

六、结论

引起溶液发泡的原因是多方面的, 消除时也应该全面考虑。特别是溶液对设备的腐蚀和溶液本身的降解两个因素是同时存在相互促进的, 应该综合考虑。结合第三净化厂的实际情况, 得出以下结论:

1、加强原料气的过滤对发泡情况有明显的抑制作用;

2、加强对脱硫溶液系统的清洁过滤工作也能减少溶液发泡;

3、及时加入消泡剂, 可以降低发泡趋势, 消减由于发泡拦液对日常生产的影响;