在塑料中加入一些填料，就可使塑料某些性能得到改進，由此更適合于某些專門用途。為了降低塑料的密度和硬度，或者增強它的隔熱性或隔音性，則最理想的填料就是空隙。含有空隙或泡孔的塑料，分類為泡沫塑料。隨著發泡的程度，也就是空隙造成的泡沫的體積份額的差異，泡沫塑料的性能與基礎塑料可能有相當大的差別。發泡劑是一種化學品，可加到塑料中，在加工過程的適當時間，它即會放出氣體，使塑料中形成泡孔。
塑料泡沫的形成一般可分為四個階段。第一階段，發泡劑必須完全均勻地分散在聚合物內，聚合物通常呈液體或熔融態。發泡劑此時在聚合物中可以形成真正的溶液，或者僅僅是均勻地分散在聚合物中，形成二相系統。第二階段，大量單個的氣泡形成后，該系統即轉變成一個氣體分散在液體中的系統了。此時往往要加入核化劑，以促進大量小氣泡形成。核化劑一般是極細的惰性顆粒，它們為新氣相的形成提供部位。
第三階段，最初形成的泡孔在不斷漲大，這是因為有更多的氣體擴散并透過聚合物進入了泡孔。如果這段時間夠長，則單個的泡孔就將互相接觸。假如隔開單個泡孔的壁破裂，那么，通過這種聚結方式，就會形成更大些的泡孔。如果主要是通過泡孔互連而形成的泡沫，則稱之為開孔式泡沫。如果是由互不相連的泡孔形成的泡沫，就叫閉孔式泡沫。如果允許泡孔聚結無限制地進行下去，那么泡沫就會塌陷，這是因為氣體全部自動地與聚合物分離開了。
第四階段，當聚合物粘度增加，泡孔不能再增長時，泡沫就會穩定住。采用冷卻、交聯或其它方法都可以增加聚合物粘度。發泡過程的后三個階段，從時間來看，則可短至幾分之一秒，最長也不會超過幾秒鐘。泡沫的形成，要求聚合物呈液態。為此，可通過加熱溶解或塑化聚合物。泡沫塑料的生產過程幾乎與任何普通塑料生產過程一樣，通常經過擠塑、滾塑和注塑，以及增塑糊加工和熱成型等過程。出于同樣原因，基本上任何種類的塑料都能制成泡沫塑料。聚氯乙烯（硬質和軟質都可）、聚苯乙烯、聚丙烯、ABS和聚乙烯，都已工業規模地制成泡沫塑料。耐熱工程塑料和熱固性聚合物也是如此。
上述泡沫塑料的最終市場極為廣闊。結構泡沫塑料的模塑制品具有重量輕的特點，常用來做器具的罩殼。聚氯乙烯地板利用其泡沫可增加緩沖作用及裝飾紋理。特低密度的泡沫塑料，廣泛用于食品包裝和服務行業，因為這些行業對于材料的保溫性能很是看重。管道外包裝保溫也采用這類塑料，特低密度的泡沫塑料具有重量輕、緩沖性能好的特點，可作為優良的包裝填料，而它的緩沖性能又適合制作各種襯墊、填料，例如人造革皮的襯墊。在注塑較厚的零部件時，采用小量的發泡劑常常可以防止制品上出現凹痕，低密度的閉孔泡沫塑料通常用來制造漂浮設備，而開孔泡沫塑料的吸液性能好，可被用于相應的用途。以上僅例舉了泡沫塑料最常用的用途，這不過是用來說明泡沫塑料的應用是多么的廣泛，以及采用發泡劑的原因所在。
發泡劑類型
根據發泡氣體的來源，可將發泡劑主要分成以下兩類：即物理發泡劑和化學發泡劑。僅從名稱上就可得知，物理發泡劑產生氣體是通過狀態的物理變化——一般是從液態到氣態；而化學發泡劑產生氣體則是通過化學反應。后者是熱敏性化學品，當加熱時，發泡劑發生分解反應，產生氣態和固態兩種分解產物，上述兩類發泡劑又可各自分成許多小類。
物理發泡劑從理論上講，在加工過程中，任何能與聚合物混合，并隨之能汽化的材料，都可用來作為發泡劑。但實際上，物理發泡劑最好是在適當的條件能液化，并在正常的塑料加工溫度（或低于這一溫度）下，能夠汽化，使塑料發泡。這類發泡劑必須在適當條件下能溶于聚合物，但溶解度不能過大。發泡劑氣體在聚合物內的滲透能力非常重要，每單位重量發泡劑所釋放的出的氣體的體積也同樣重要。后者即稱作發泡劑的效率，對于所有各種類型的發泡劑來說，這都是一種重要的檢測指標，高效發泡劑標準為：每克至少釋放150－200cc.氣體（按標準狀態計）。
目前最常用的物理發泡劑是氯氟烴類、烴類和壓縮氣體（如氮氣和CO2）。這類發泡劑的使用要求是：其溫度和壓力必須保證發泡劑以液態形式與塑料混合。當改變溫度和／或壓力時就可使發泡劑發生汽化，即開始發泡。例如，如果一種低沸點的烴類發泡劑被泵送至一臺裝有熔融塑料的擠塑機中，那么擠塑機內的高壓就能使烴類發泡劑保持液態形式溶于聚合物中，當聚合物熔體出擠塑機時，驟然的壓降即迫使發泡劑汽化，從而產生泡沫。簡單氣體，如氮氣和CO2則需要比烴類或氯氟烴類高得多的壓力，方能達到這一結果。核化劑可以促進形成均勻的泡孔結構。
為制成特低密度泡沫塑料采用氯氟烴和烴類發泡劑效果極佳。其主要原因有兩個。一是由于所需發泡劑之量極大（有時達到基質樹脂重量的20%或更多），而這類發泡劑要比化學發泡劑便宜，這就補償了設備上的較高費用；二是與泡沫穩定化的熱力學相關。正如本文前面談到的，要使一個泡沫穩定化，必須在出現塌陷之前就得改變聚合物熔體的粘度。使用最廣泛的烴類和氯氟烴類發泡劑，實際上可以降低它們所用于的聚合物的熔體粘度。當它們發生汽化而脫離聚合物溶液時，熔體的粘度升高了，就可減少為穩定泡沫所需的冷卻費用。對于特低密度的泡沫塑料來說，這一點尤其重要。
盡管發泡劑具有固有的優點，但使用起來并不是沒有問題的。大部分這類發泡劑都會污染自然環境，而且正在繼續嚴重化。特別是氯氟烴類。而烴類也有這一問題，僅是程度稍輕。
使用最廣泛的氯氟烴類發泡劑，都是一些全鹵代品種，通常叫作CFCS。CFC－11和CFC－12就是典型代表。近年來，人們已經確認，這類化學品的使用與大氣上層臭氧層變薄有關。因此，通過法律約束與自愿行動的結合，這類發泡劑正迅速地被淘汰，目前它們正在被部分鹵化的氯氟烴類（HCFCS）和氟烴類（HFCS）所代用。但是取代品最后是否能普遍使用，這一問題目前還不能肯定。其它與上述不同的取代途徑目前也正在探討之中。DOW公司最近宣稱，他們開發了一種采用CO2制造特低密度聚苯乙烯泡沫塑料的新工藝。
另外一類常用的物理發泡劑，即烴類，相對來說對臭氧層沒有什么影響。然而它們的使用也不是沒有法規限制的。烴類的釋放也和其它揮發性有機化合物（VOCS）一樣，要受到法律的限制，因為它們的釋放物會危害低層大氣層，特別是生成了臭氧。法規的嚴厲性在各地區是有區別的，這要根據當地空氣質量而定。此外還應考慮到烴的易燃性。在作任何采用烴類為發泡劑的工廠設計時，這一點應為重要考慮因素。最廣泛用作發泡劑的烴類是丁烷和正戊烷。
化學發泡劑也可以分成二個主要類型：有機化學品和無機化學品。有機化學發泡劑品種非常多，而無機化學發泡劑則種類有限。最早的化學發泡劑（大約在1850年）是簡單的無機碳酸鹽和碳酸氫鹽。這類化學品加熱后會放出CO2，它們最后被碳酸氫鹽和檸檬酸的混配物取代了，因為后者的預后效果要好得多。當今更優秀的無機發泡劑，其化學機理基本與上述相同，是聚碳酸類（原文為Poly－carbonic acids）和碳酸鹽類混用。聚碳酸的分解是吸熱反應，在160℃左右，每g酸可放出100ml．左右的CO2，進一步加熱至199℃左右時，將會放出更多的氣體。這一分解反應的吸熱性質可能帶來某種程度的好處，因為在發泡過程中散除熱量是個大問題。除了作為發泡的氣體來源，這類物質時常還用作物理發泡劑的核化劑。據信，這類化學發泡劑分解時形成的最初的泡孔，為隨后物理發泡劑放出的氣體提供了遷移的場所。
與無機發泡劑相反，可供選擇的有機化學發泡劑品種繁多，物理形態也各自不同。過去一些年來曾評價過數百種可能用作發泡劑的有機化學品。用來評判的準則也很多。最重要的幾條是：在可控制速度和可預計溫度的條件下，所釋放的氣體不僅量大，而且再現性好；反應產生的氣體和固體均為無毒者，而且對于發泡的聚合物不能有任何不良影響，例如，產生顏色或不良氣味；最后，是成本問題，這也是相當重要的一條準則。當今工業上使用的那些發泡劑，是最符合上述這些準則的。
低溫發泡劑從眾多可選用的化學發泡劑中進行選擇，主要應考慮的問題是：發泡劑的分解溫度應與塑料的加工溫度相適應。有兩種有機化學發泡劑已為低溫聚氯乙烯、低密度聚乙烯和某些環氧所廣泛接受。第一種是甲苯磺酰肼（TSH）。這是一種乳黃色粉末，分解溫度為116℃左右。每克約產生115ml氮氣和一些水分。第二種是氧化雙（苯磺酷）肋，或稱OBSH。這種發泡劑或許在低溫用途中使用更為普遍，這種材料為白色細粉狀，其正常分解溫度是160℃。如果采用活化劑，如尿素或三乙醇胺，則可將這一溫度下降到129℃左右。每克可放出125ml氣體，主要是氮氣。OBSH分解后的固體產物是聚合物，如果它與TSH共同使用，則可減輕臭味。
高溫發泡劑對于高溫塑料來說，例如耐熱ABS、硬聚氯乙烯類、一些低熔融指數的聚丙烯類和工程塑料，如聚碳酸酯和尼龍，采用較高分解溫度的發泡劑比較合適。甲苯磺酞氨基崛（TSS或TSSC）是一種很細的白色粉末，分解溫度約229℃，1g發氣量為140ml，主要為氮氣和CO2的混合物，并有少量CO和氨。這種發泡劑常用于聚丙烯和某些ABS。但由于其分解溫度之故，所以它在聚碳酸酯的應用是有限的。另外一種高溫發泡劑——5一本基四唑（5－PT）一直成功地用在聚碳酸酯中。它在約218℃開始緩慢分解，但產氣量不大．直到溫度達到240℃~249℃，才會大量放氣，而這一溫度范圍很適于聚碳酸酯的加工過程。產氣量大約是 175ml／g，主要是氮氣。另外還有一些正在開發中的四唑衍生物，它們具有較高的分解溫度，而且放出的氣體比5—PT還多。
偶氮二碳酸胺大多數主要工業用熱塑性塑料的加工溫度，其范圍如上所述。大部分聚烯烴類、聚氯乙烯類和苯乙烯類熱塑性塑料的加工溫度范圍在149℃~210°℃ 。對于這類塑料，有一種發泡劑使用可靠，就是偶氮二碳酸胺，又稱偶氮雙甲酸胺，或簡稱AZO或AZ。在純凈狀態時，它是一種黃色／橙色粉末，大約在199℃ 開始分解，分解時產氣量為 220ml／g，所產氣體主要為氮氣和CO，并帶有少量CO2，在某些條件下也含有氨。其固體分解產物是米色的，它不僅可作為表明完全分解的指示劑，而且對發泡的塑料的顏色也無不良影響。
AZ成為廣泛使用的泡沫塑料發泡劑，其原因有多個，從產氣量來說，AZ是最有效的發泡劑之一，它釋放的氣體產生泡沫的效率高。而且氣體放出速度快，又不失控。AZ及其固體產物均是毒性低的物質（AZ被FDA批準為可加入到與食品接觸的塑料的添加劑，其
用量為5%，甚至還可直接用作食品添加劑，雖然其用量更低）。AZ也是價格最低的化學發泡劑之一。
AZ所以能普遍應用，除上述原因外，還在于它的分解特性。它釋放氣體的溫度及速度都能改變，可適應149℃~260℃ 范圍內的幾乎所有使用目的。活化，或叫作用添加劑改變化學發泡劑的分解特點，這一問題在前文OBSH的使用中已談到。AZ比其它任何化學發泡劑的活化都要好得多。有多種添加劑，首先是金屬鹽類，就能降低AZ的分解溫度，其下降的度數主要看所選用的添加劑的種類和用量而定。另外，這類添加劑還具有其它作用，比如，改變氣體釋放速度；或者在分解反應開始前產生一個延遲期或誘導期。因此，幾乎所有工藝過程中氣體的釋放方式，都可以人為設計。
AZ顆粒的大小也會影響分解過程，一般來說，在給定溫度下，平均粒徑越大者，釋放氣體越慢。這種現象在加有活化劑的系統尤為明顯。為此，商品AZ的粒徑范圍為2—20微米或更大，采用者可隨意選擇。許多加工者研制了他們自己的活化系統，也有些廠商選AZ制造廠家提供的各種不同的預活化混合物。有許多穩定劑，特別是用于聚氯乙烯類者，以及某些顏料都會對AZ起到活化劑作用。所以，當改變配方時必須謹慎從事，因為AZ的分解特性可能隨之也有變化。
工業上可用的AZ，其品級很多，不僅在粒徑大小、活化系統上可供選擇，而且在流動性上也有可選擇的余地。例如，有一種添加劑加到AZ中，就可以增加AZ粉末的流動性和可分散性。這類品級的AZ，對于聚氯乙烯增塑糊，非常適用。因為發泡劑可充分分散到增塑糊中，這對于泡沫塑料的最終制品的質量是關鍵問題。除了采用流動性好的品級外，還可將AZ分散在鄰苯二甲酸酯或其它載體系統中。處理時就會像液體那樣容易。
還有一種改性的AZ，是不積垢型的。AZ發泡劑的不多的缺點之一，就是它在分解時產生一種揮發性固體，在一定環境條件下，它會揮發，然后凝積在較冷的金屬表面，如模具或擠出機模頭上。這一現象叫作積垢。這一缺點也可改正，即在AZ中加入一種添加劑，改變其分解方式，以阻止某種特殊分解產物的形成。這類不積垢型AZ廣泛使用在注塑和電線電纜的應用中。
還有一種特殊品級的AZ是用于硬聚氯乙烯的。這一改性的AZ，能夠被硬脂酸鈣所活化。而硬脂酸鈣是硬聚氯乙烯配方中常用的組份。未經改性的AZ則不能被硬脂酸鈣所活化。因此，采用了這種品級的AZ，硬聚氯乙烯就可以在正常加工溫度下加工，而不必再加用其它活化劑了。況且，有許多活化劑對于聚氯乙烯的穩定性還可能有不良影響。
為了制取特低密度的聚烯烴泡沫塑料（約為2lb/ft3），目前開發了一些高度專門化的工藝方法。其中，交聯被用于泡沫穩定化（粘度增加）技術。有一種品級的AZ，是專為上述工藝而設計，并經特別改性的。采用這種品級的AZ，能使聚烯烴泡沫塑料中泡孔的大小、結構，以及均勻度均達到最佳程度。
如果使用的是AZ干粉，直接將AZ粉傾入樹脂粒料中，采用桶混法摻和即可。此時，如果AZ用量在1％或以下，則摻混后樹脂粒料的表面上即粘敷了一層AZ粉，H者不致分離。大部分配方中發泡用的AZ用量在1％或更少些。如果用量需要超過1％時，則應加人一些潤濕劑，以防止二者分離。一旦上述摻混料制成，輸送時就必須避免使用氣力輸送機，否則可能發生分離的問題。在有的連續操作，如擠塑作業中，發泡劑粉沫可直接加入進料料斗，就像加入顏料或其它添加劑那樣。但是這種情況下，控制起來較困難。對于那些不希望用粉末操作的用戶，AZ的液體分散劑也可即刻買到。還有一種可供選用的劑型是固體母粒。生產顏料母粒的技術也可用來生產發泡劑固體母粒。所以二者的供貨者往往是相同的商家。
常用塑料助劑分析系列——發泡劑
