利用水的相變熱調控聚丙烯發泡材料的泡孔結構
瀏覽次數： 342 發布時間：2017-11-30 09:17:46 發布人：editor
聚合物發泡材料(俗稱泡沫材料)在輕量化、保溫隔熱、吸能降噪等方面具有重要的應用價值。目前熱塑性聚合物發泡領域面臨的問題是如何高效率制備出尺寸大的發泡制品，特別是半結晶聚合物(如：聚丙烯(PP)樹脂)。其難點在于形成發泡結構后，泡孔壁由無數厚度小的聚合物薄膜組成，由于熱量導出困難，聚合物發泡體內部熔體不能快速冷卻，導致泡孔壁破裂，甚至泡孔結構塌陷、合并等，嚴重制約了高性能聚合物發泡材料的制備及其發泡產品的應用。如何設計一種材料體系使其自身在發泡過程中具有原位冷卻的作用，進而提高泡孔定型能力，是亟待探索的重要問題。
(圖一 聚丙烯發泡過程中水原位冷卻機理示意圖)
基于上述背景，中國科學院長春應用化學研究所唐濤研究員課題組在《高分子學報》2017年第12期發表的快報中以二氧化碳物理發泡制備PP泡沫的模壓工藝為例，將少量聚乙二醇(PEG)加入到PP中形成共混物(PP/PEG)，使PP體系具有吸水性。其中，PP共混物中吸附的水在發泡過程中可以同時起到助發泡劑和原位冷卻劑的作用，進而實現對泡沫定型階段的控制。
實驗證明，純PP幾乎不吸水，而PP/PEG共混物對水的吸附量明顯提高。對比泡孔結構，他們發現PP/PEG泡沫表層泡孔和芯部泡孔的尺寸、孔密度、閉孔率差異性很小;而純PP泡沫芯部泡孔直徑明顯大于表層泡孔直徑，且芯部泡孔密度和閉孔率明顯低于表層，說明純PP樣品在發泡后期，泡沫內部泡孔存在并孔和塌陷的現象。
(圖二 PP泡沫和PP/PEG泡沫表層和芯部泡沫的SEM照片)
他們進一步采用紅外成像儀在發泡樣品取出后快速測試了樣品內部與表層溫度。從紅外成像照片可以看到，PP/PEG共混物泡沫樣品的內部溫度明顯低于純PP泡沫樣品。這一結果證明吸附的水確實起到原位冷卻作用，從而促進泡孔壁的冷卻和定型，防止了泡沫芯部泡孔合并和塌陷現象發生。上述發現為高效制備結構均勻的聚合物發泡材料奠定了理論基礎。
(圖三 發泡后快速取出的泡沫樣品溫度分布的紅外成像照片)
李明罡助理研究員是該論文的第一作者，唐濤研究員和姜治偉副研究員為通訊作者。該項工作得到國家自然科學基金委(基金號2130408951233005)和國家高技術研究發展計劃(863計劃，項目號2015AA033901)資助.
論文鏈接：
http://www.gfzxb.org/CN/abstract/abstract14960.shtml