発泡剤

発泡剤とは、ポリマー、プラスチック、金属など、硬化または相転移を起こすさまざまな材料で発泡プロセスを介してセル構造を生成できる物質です。^{[1]これらは通常、吹き付けられた材料が}液体段階にあるときに適用されます。マトリックス内のセル構造により密度が低下し、断熱性と遮音性が向上し、元のポリマーの相対的な剛性が高まります。

発泡剤（別名「ニューマトゲン」）または細胞材料を生成するマトリックスに穴を開ける関連メカニズムは、次のように分類されます。

• 物理的発泡剤には、CFC（ただし、これらはオゾン層破壊物質であり、1987年のモントリオール議定書で禁止されています）、 HCFC（代替CFCですが、依然としてオゾン層破壊物質であるため、段階的に廃止されています）、炭化水素（例：ペンタン、イソペンタン、シクロペンタン）、および液体CO ₂が含まれます。泡/フォーム製造プロセスは不可逆かつ吸熱的であり、つまり、液体発泡剤を揮発させるには熱（例：溶融プロセスまたは架橋による化学的発熱による）が必要です。ただし、冷却プロセスでは、発泡剤は凝縮しますが、これは可逆的なプロセスです。^{[2] [3]}
• 化学発泡剤には、ポリウレタン用のイソシアネートと水、ビニル用のアゾジカルボンアミド、熱可塑性およびエラストマーフォーム用のヒドラジンおよびその他の窒素ベースの材料、熱可塑性フォーム用の重炭酸ナトリウムなどがあります。 ガス状生成物やその他の副産物は、フォーム製造プロセスの熱または反応するポリマーの発熱によって促進された化学発泡剤の化学反応によって生成されます。発泡反応は発泡ガスとして機能する低分子量化合物を形成して発生するため、追加の発熱も放出されます。 粉末状の水素化チタンは、高温で分解して水素ガスとチタンを形成するため、金属フォームの製造における発泡剤として使用されます。 ^[4]水素化ジルコニウム(II)も同じ目的で使用されます。 一度形成された低分子量化合物は元の発泡剤に戻ることはなく、反応は不可逆的です。
• 混合された物理/化学発泡剤は、非常に低密度の柔軟な PU フォームを製造するために使用されます。ここでは、化学発泡と物理発泡の両方が連携して使用され、放出および吸収される熱エネルギーに関して互いにバランスを取り、温度上昇を最小限に抑えます。そうしないと、物理発泡剤の高負荷による過度の発熱により、開発中の熱硬化性樹脂またはポリウレタン材料の熱劣化が発生する可能性があります。たとえば、ポリウレタンシステムでこれを回避するには、マットレス用の非常に低密度の柔軟な PU フォームの製造で、イソシアネートと水 (反応して二酸化炭素を形成)を液体二酸化炭素(沸騰して気体になる) と組み合わせて使用​​します。^[5]
• 機械的に製造されるフォームおよびフロスは、液体の重合可能なマトリックス（例：液体ラテックスの形の未加硫エラストマー）に泡を導入する方法を伴います。方法には、低粘度の格子に空気またはその他のガスまたは低沸点の揮発性液体を泡立て器で混ぜ込むこと、またはガスを押出機バレルまたはダイ、または射出成形バレルまたはノズルに注入し、スクリューのせん断/混合作用でガスを均一に分散させて溶融物中に非常に細かい泡またはガス溶液を形成することが含まれます。溶融物が成形または押し出され、部品が大気圧にある場合、ガスは固化直前にポリマー溶融物を膨張させて溶液から出てきます。泡立て（卵白を泡立ててメレンゲを作るのに似ている）は、発泡した液体反応物を安定させるためにも使用されます。たとえば、硬化前に垂直壁で発生する沈下を防ぐ（つまり、フォームの崩壊と重力による垂直面の滑り落ちを防ぐ）ために使用されます。
• 可溶性充填剤、例えば固体塩化ナトリウム結晶を液体ウレタン系に混合し、固体ポリマー部品に成形した後、固体成形部品をしばらく水に浸すことで塩化ナトリウムを洗い流し、比較的高密度のポリマー製品（例えば、靴のアッパー用の Porvair 合成皮革素材）に小さな相互接続された穴を残します。
• 中空球および多孔質粒子（例：ガラスシェル/球、エポキシシェル、PVDCシェル、フライアッシュ、バーミキュライト、その他の網状材料）を液体反応物に混合して分散させ、その後、空隙のネットワークを含む固体ポリマー部品に成形します。
• 発泡剤は天然ゴムの物理的および機械的特性に影響を及ぼす可能性があります。