利用水的相變熱調(diào)控聚丙烯發(fā)泡材料的泡孔結(jié)構(gòu)
瀏覽次數(shù)： 342 發(fā)布時(shí)間：2017-11-30 09:17:46 發(fā)布人：editor
聚合物發(fā)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(yīng)用價(jià)值。目前熱塑性聚合物發(fā)泡領(lǐng)域面臨的問(wèn)題是如何高效率制備出尺寸大的發(fā)泡制品，特別是半結(jié)晶聚合物(如：聚丙烯(PP)樹(shù)脂)。其難點(diǎn)在于形成發(fā)泡結(jié)構(gòu)后，泡孔壁由無(wú)數(shù)厚度小的聚合物薄膜組成，由于熱量導(dǎo)出困難，聚合物發(fā)泡體內(nèi)部熔體不能快速冷卻，導(dǎo)致泡孔壁破裂，甚至泡孔結(jié)構(gòu)塌陷、合并等，嚴(yán)重制約了高性能聚合物發(fā)泡材料的制備及其發(fā)泡產(chǎn)品的應(yīng)用。如何設(shè)計(jì)一種材料體系使其自身在發(fā)泡過(guò)程中具有原位冷卻的作用，進(jìn)而提高泡孔定型能力，是亟待探索的重要問(wèn)題。
(圖一 聚丙烯發(fā)泡過(guò)程中水原位冷卻機(jī)理示意圖)
基于上述背景，中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所唐濤研究員課題組在《高分子學(xué)報(bào)》2017年第12期發(fā)表的快報(bào)中以二氧化碳物理發(fā)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(fā)泡過(guò)程中可以同時(shí)起到助發(fā)泡劑和原位冷卻劑的作用，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)泡沫定型階段的控制。
實(shí)驗(yàn)證明，純PP幾乎不吸水，而PP/PEG共混物對(duì)水的吸附量明顯提高。對(duì)比泡孔結(jié)構(gòu)，他們發(fā)現(xiàn)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(shuō)明純PP樣品在發(fā)泡后期，泡沫內(nèi)部泡孔存在并孔和塌陷的現(xiàn)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(jìn)一步采用紅外成像儀在發(fā)泡樣品取出后快速測(cè)試了樣品內(nèi)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(nèi)部溫度明顯低于純PP泡沫樣品。這一結(jié)果證明吸附的水確實(shí)起到原位冷卻作用，從而促進(jìn)泡孔壁的冷卻和定型，防止了泡沫芯部泡孔合并和塌陷現(xiàn)象發(fā)生。上述發(fā)現(xiàn)為高效制備結(jié)構(gòu)均勻的聚合物發(fā)泡材料奠定了理論基礎(chǔ)。
(圖三 發(fā)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(xiàng)工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金委(基金號(hào)2130408951233005)和國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃，項(xiàng)目號(hào)2015AA033901)資助.
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http://www.gfzxb.org/CN/abstract/abstract14960.shtml