聚乙烯發泡被覆工藝 (二)
Coating works with Foamed Polyethylene
陳幸郎博士
新端實業有限公司 協理
中山大學化學研究所
一般業界，把發泡劑分成物理發泡和化學發泡兩類，前者是在聚合物加工條件下，靠自己物理型態的變化，形成氣泡，如空氣、二氧化碳、氮氣、瓦斯等；後者是以化學反應方式釋放氣體，使在聚合物熔融態基體中發泡，常用的如白發泡劑，以碳酸氫鈉(sodium hydrogen carbonate, NaHCO3)及碳酸銨(Ammonium carbonate, (NH4)2CO3)為主原料，另一種是黃色AC發泡劑又稱ADCA，以偶氮二甲醯胺(azodicarbonamide, C2H4O2N4)為主原料，因為其分子內含有O、C或N，所以分子結構容易經高溫分解或重新組合，產生含氧或氮氣體，分子結構式如圖一。
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| a.碳酸氫鈉 | b.碳酸銨 | c.偶氮二甲醯胺 |
| 圖一、白色發泡劑(a,b)及黃色發泡劑(c)主成份之分子結構圖 | ||
值得一提的是，黃色發泡劑對人體危害的爭議，今年二月有媒體報導美國知名潛艇堡連鎖店SUBWAY停用其麵粉發泡劑「偶氮二甲醯胺」，國內因此引發食品禁用該成分的輿論。這種化學物質根據國家環境毒物研究中心報導，勞工一般在秤重及分裝偶氮二甲醯胺粉末時，吸入此化學物質會引起氣喘，雖然勞工也曾指出有皮膚過敏現象，但目前尚無經皮膚暴露之毒性與在人體內代謝動力學的資料。過去國內、外也都有使用偶氮二甲醯胺作為麵包的發泡劑，但不清楚使用後，是否會有偶氮二甲醯胺殘留於食物中，因此已被某些國家禁用，例如英國、澳洲。目前美國食品藥物管理局(Food and Drug Administration, FDA)認為偶氮二甲醯胺可用在麵粉作為防腐與漂白成分，其安全容許量是45 ppm，被批准使用作為「麵粉改良劑」；而國內，目前偶氮二甲醯胺也是合法的食品添加劑，根據「食品添加物使用範圍及限量暨規格標準」，可使用在麵粉上，作為品質改良、釀造及食品製造劑，限用劑量也是45 ppm。而新端公司礙於上述的疑慮，早已改用白色發泡劑，以符合環保及避免對人體的危害。
物理法常將低沸點烴類或鹵代烴類溶入聚合物，加熱時當聚合物軟化，溶入的液體就會揮發膨漲發泡，例如聚苯乙烯發泡塑膠，在苯乙烯聚合時，先把戊烷溶入單體，製得「可發泡聚苯乙烯珠粒」，也可使用一般聚苯乙烯塑粒，在押出機適當位置加入鹵代烴，使與熔體混合均勻，當熔體流出模頭時，即膨脹發泡。還有一種中空微球法，將空心玻璃微珠與塑膠聚合物相混，在微珠不破碎的成型條件下，可製成閉孔型發泡塑膠。
發泡劑顧名思義，是用來發泡，應具備的條件，概要說明如下：
1. 發氣量要大，發泡速度要快，分解溫度範圍要穩定。對非結晶性聚合物，發泡劑的分解溫度比結晶性聚合物會高出約10℃；而對結晶性聚合物而言，發泡劑分解溫度又會比有添加交聯劑的聚合物，高約10℃。要注意的是，在熱可塑性聚合物中，溫度過高時，熔體粘度會降低，氣泡薄膜強度會變弱，當氣體氣壓升高時，氣泡膜會破裂而逸出氣體。
2. 可用加工條件控制與調節發泡速率。
3. 發泡劑產生的氣體及殘留產物要無毒、無色、無味、無腐蝕性。
4. 與聚合物混練時，分散性佳，分散性不好，容易產生大小及分布不均的氣泡。
5. 分解放熱量不宜過大，放熱量高會使熔體溫度升高，影響發泡的控制。
6. 一般發泡劑為粉末狀，粒徑應要求微細且一致，大小分布必須集中，可使產生氣體量多、氣泡小且緻密，氣泡體積也會保持在一定的微小範圍。
7. 產生的氣體對聚合物的穿透率要小。
而較常使用的發泡方法包括：
1. 使用化學發泡劑：直接將化學發泡劑加入聚合物中，使受熱分解產生氣體，分解溫度約在110 ~ 280℃，如本公司的聚乙烯被覆鋼管即採用此法。
2. 機器打泡機：將氣體灌入膠質聚合物中，再加熱使混合物固化，形成膠化多孔物質，如發泡的乳膠。
3. 球體加入聚合物中：球體材質是玻璃或碳，成型過程沒有物理或化學發泡，所以具容易控制、氣泡均勻、生產效率高、失敗率低的優點，方法具發展潛力。
4. 將含發泡劑的顆粒塑料直接加熱，使其膨脹，常用於機車安全帽內層產品。
從上述諸多方法看來，只要能產生氣泡，且能控制使停留在聚合物內，都可以是一種可用的發泡技術。
