中科院寧波材料所在利用超臨界流體連續(xù)擠出發(fā)泡和輔助加工方面取得系列進(jìn)展
2016-03-21 來源：中國聚合物網(wǎng)
關(guān)鍵詞：超臨界流體 連續(xù)擠出發(fā)泡
在全球倡導(dǎo)綠色發(fā)展的大背景下，傳統(tǒng)的生產(chǎn)和加工方式正在面臨轉(zhuǎn)型升級的嚴(yán)峻考驗(yàn)，發(fā)展以減少能源消耗和減少有害污染物排放的先進(jìn)加工技術(shù)已成為綠色、健康和可持續(xù)發(fā)展的必由之路。超臨界二氧化碳連續(xù)擠出發(fā)泡是以綠色發(fā)泡劑和直接擠出加工相結(jié)合的發(fā)泡技術(shù)，在聚合物發(fā)泡方面表現(xiàn)出綠色、高效、連續(xù)化等優(yōu)勢。同時，超臨界二氧化碳又是一種綠色介質(zhì)，兼具液體的傳質(zhì)和氣體的擴(kuò)散速率，可以降低聚合物的粘度和加工溫度，用于聚合物加工具有減小能耗和降低排放的優(yōu)勢。近期，中科院寧波材料所高分子先進(jìn)加工團(tuán)隊(duì)利用超臨界二氧化碳加工平臺，在連續(xù)擠出發(fā)泡和聚合物加工方面取得了系列研究成果。
1.具有雙峰泡孔結(jié)構(gòu)的聚合物發(fā)泡材料在包裝材料、組織工程、吸音和隔熱材料等領(lǐng)域表現(xiàn)出比均勻泡孔材料更優(yōu)異的性能，因而具有更廣闊的應(yīng)用前景。寧波材料所高分子先進(jìn)加工團(tuán)隊(duì)科研人員通過超臨界二氧化碳連續(xù)擠出發(fā)泡，利用氣泡在兩相成核能力的差異，在聚丙烯/聚苯乙烯共混體系中獲得了雙峰泡孔結(jié)構(gòu)（圖1），預(yù)期可以為其它聚合物共混體系雙峰泡孔材料的制備提供方法借鑒（專利申請?zhí)枺?01510940039.6；The Journal of Supercritical Fluids, online）。
2.海上原油泄漏及工業(yè)污油已成為破壞生態(tài)平衡的重要原因。開發(fā)一種吸油倍率大、油水選擇性好且可以反復(fù)利用的吸油材料可提供一種滿足應(yīng)用需求的解決方案。科研人員利用超臨界流體連續(xù)擠出發(fā)泡技術(shù)，基于聚丙烯復(fù)合材料制備出開孔率大于90%的高開孔泡沫材料。該材料在有機(jī)溶劑、食用油、機(jī)油等吸油測試上表現(xiàn)出優(yōu)異的親油疏水性、油水分離性、高吸油倍率及反復(fù)利用等優(yōu)勢（圖2），預(yù)期在油水分離、工業(yè)及海上污油處理等方面具有良好應(yīng)用前景（專利申請?zhí)枺?01510392352.0和201510392373.2）。
3.傳統(tǒng)線性聚丙烯由于熔體強(qiáng)度低，難以進(jìn)行發(fā)泡。為了改善發(fā)泡行為，通常需要制備高熔體強(qiáng)度的聚丙烯，常用的方法是反應(yīng)擠出。然而，常規(guī)的反應(yīng)擠出加工溫度較高，容易造成聚丙烯的降解。科研人員利用超臨界流體既作反應(yīng)介質(zhì)又作為發(fā)泡劑，通過連續(xù)擠出發(fā)泡實(shí)驗(yàn)線，同時實(shí)現(xiàn)反應(yīng)擠出和發(fā)泡，既降低了反應(yīng)溫度，減少了降解，制備出了高熔體強(qiáng)度聚丙烯，同時也改善了其發(fā)泡行為并拓展了其發(fā)泡窗口（申請?zhí)枺?01510108423.X；Journal of Materials Science, 2016, 51: 2705-2715）。
4.獲得良好分散是改善共混或復(fù)合材料性能的關(guān)鍵。常用的方法是在體系中引入界面相容劑。科研人員利用超臨界流體調(diào)節(jié)聚合物兩組分的粘度比，實(shí)現(xiàn)了在不加入相容劑的情況下，改善了聚丙烯/聚苯乙烯（Polymer Bulletin, online）及聚丙烯/聚烯烴彈性體（專利申請?zhí)枺?01610117411.8）等共混體系的分散狀態(tài)，從而大大改善了材料的發(fā)泡行為，并在一定程度上改善了力學(xué)性能。另外，反應(yīng)擠出直接生成界面相容劑是實(shí)現(xiàn)聚合物共混體系原位增容并改善力學(xué)性能的一種有效手段。然而，常規(guī)的反應(yīng)擠出溫度較高，容易引發(fā)副反應(yīng)造成聚合物的降解。科研人員利用超臨界流體作為反應(yīng)擠出的綠色介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)了聚丙烯/聚苯乙烯體系的原位增容，減少了副反應(yīng)的發(fā)生，獲得了更好的力學(xué)性能（專利申請?zhí)枺?01510560530.6）。
1.具有雙峰泡孔結(jié)構(gòu)的聚合物發(fā)泡材料在包裝材料、組織工程、吸音和隔熱材料等領(lǐng)域表現(xiàn)出比均勻泡孔材料更優(yōu)異的性能，因而具有更廣闊的應(yīng)用前景。寧波材料所高分子先進(jìn)加工團(tuán)隊(duì)科研人員通過超臨界二氧化碳連續(xù)擠出發(fā)泡，利用氣泡在兩相成核能力的差異，在聚丙烯/聚苯乙烯共混體系中獲得了雙峰泡孔結(jié)構(gòu)（圖1），預(yù)期可以為其它聚合物共混體系雙峰泡孔材料的制備提供方法借鑒（專利申請?zhí)枺?01510940039.6；The Journal of Supercritical Fluids, online）。
圖1.聚丙烯/聚苯乙烯樣品的雙峰泡孔結(jié)構(gòu)
2.海上原油泄漏及工業(yè)污油已成為破壞生態(tài)平衡的重要原因。開發(fā)一種吸油倍率大、油水選擇性好且可以反復(fù)利用的吸油材料可提供一種滿足應(yīng)用需求的解決方案。科研人員利用超臨界流體連續(xù)擠出發(fā)泡技術(shù)，基于聚丙烯復(fù)合材料制備出開孔率大于90%的高開孔泡沫材料。該材料在有機(jī)溶劑、食用油、機(jī)油等吸油測試上表現(xiàn)出優(yōu)異的親油疏水性、油水分離性、高吸油倍率及反復(fù)利用等優(yōu)勢（圖2），預(yù)期在油水分離、工業(yè)及海上污油處理等方面具有良好應(yīng)用前景（專利申請?zhí)枺?01510392352.0和201510392373.2）。
圖2.(a)泡沫形貌,(b)吸油性能,(c)油水乳液分離,(d)反復(fù)吸油性能
3.傳統(tǒng)線性聚丙烯由于熔體強(qiáng)度低，難以進(jìn)行發(fā)泡。為了改善發(fā)泡行為，通常需要制備高熔體強(qiáng)度的聚丙烯，常用的方法是反應(yīng)擠出。然而，常規(guī)的反應(yīng)擠出加工溫度較高，容易造成聚丙烯的降解。科研人員利用超臨界流體既作反應(yīng)介質(zhì)又作為發(fā)泡劑，通過連續(xù)擠出發(fā)泡實(shí)驗(yàn)線，同時實(shí)現(xiàn)反應(yīng)擠出和發(fā)泡，既降低了反應(yīng)溫度，減少了降解，制備出了高熔體強(qiáng)度聚丙烯，同時也改善了其發(fā)泡行為并拓展了其發(fā)泡窗口（申請?zhí)枺?01510108423.X；Journal of Materials Science, 2016, 51: 2705-2715）。
4.獲得良好分散是改善共混或復(fù)合材料性能的關(guān)鍵。常用的方法是在體系中引入界面相容劑。科研人員利用超臨界流體調(diào)節(jié)聚合物兩組分的粘度比，實(shí)現(xiàn)了在不加入相容劑的情況下，改善了聚丙烯/聚苯乙烯（Polymer Bulletin, online）及聚丙烯/聚烯烴彈性體（專利申請?zhí)枺?01610117411.8）等共混體系的分散狀態(tài)，從而大大改善了材料的發(fā)泡行為，并在一定程度上改善了力學(xué)性能。另外，反應(yīng)擠出直接生成界面相容劑是實(shí)現(xiàn)聚合物共混體系原位增容并改善力學(xué)性能的一種有效手段。然而，常規(guī)的反應(yīng)擠出溫度較高，容易引發(fā)副反應(yīng)造成聚合物的降解。科研人員利用超臨界流體作為反應(yīng)擠出的綠色介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)了聚丙烯/聚苯乙烯體系的原位增容，減少了副反應(yīng)的發(fā)生，獲得了更好的力學(xué)性能（專利申請?zhí)枺?01510560530.6）。
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