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近年來(lái)綜合性能優(yōu)異、可回收易降解的聚丙烯發(fā)泡材料已成為泡沫塑料家族中的“新寵”葵萎，是聚合物泡沫材料中增長(zhǎng)速度快的品種导犹。超臨界二氧化碳(CO2)發(fā)泡聚合物技術(shù)是制備聚丙烯微孔發(fā)泡材料的關(guān)鍵核心技術(shù)，近日華東理工大學(xué)化工學(xué)院趙玲教授團(tuán)隊(duì)在該技術(shù)領(lǐng)域取得了實(shí)質(zhì)性突破羡忘，成功開發(fā)了高性能聚丙烯微孔發(fā)泡材料綠色制備過(guò)程的優(yōu)化和強(qiáng)化技術(shù)谎痢。聚合物發(fā)泡有物理發(fā)泡劑和化學(xué)發(fā)泡劑兩大類【淼瘢化學(xué)發(fā)泡劑存在化學(xué)殘留节猿、發(fā)泡過(guò)程難控制和不易獲得高發(fā)泡倍率等缺點(diǎn);物理發(fā)泡劑中的氟氯烴類則對(duì)臭氧層有破壞作用，已逐漸被禁止和限制使用;而一些新型氟碳?xì)浠衔锏娜蜃兣瘽撃苤等韵鄬?duì)較高漫雕，烷烴類發(fā)泡劑則易燃燒不安全滨嘱。相比這些傳統(tǒng)的發(fā)泡劑，超臨界CO2發(fā)泡聚合物技術(shù)作為綠色制造技術(shù)浸间，已被工信部列入我國(guó)優(yōu)先發(fā)展的產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵共性技術(shù)太雨，而且CO2進(jìn)入聚合物后會(huì)引起熔點(diǎn)、表面張力和黏度下降魁蒜、結(jié)晶行為改變等一系列變化囊扳，可以制備微孔甚至納米泡孔材料。聚丙烯微孔發(fā)泡聚丙烯是結(jié)晶聚合物兜看，低溫固態(tài)發(fā)泡受結(jié)晶限制锥咸，很難制備高發(fā)泡倍率產(chǎn)品;高溫發(fā)泡聚合物熔體強(qiáng)度不夠無(wú)法保持完整泡孔，可操作窗口窄细移。因此搏予，大規(guī)模制造具有穩(wěn)定均勻泡孔形貌和外形尺寸的高發(fā)泡倍率微孔材料難度大。為了攻克這一難題弧轧，趙玲團(tuán)隊(duì)聯(lián)合無(wú)錫會(huì)通缔刹、中石化北化院球涛、浙江新恒泰、鎮(zhèn)海煉化等單位校镐，在合適物料體系、可控工藝過(guò)程和高效工業(yè)裝備等方面開展了超臨界CO2發(fā)泡聚丙烯的優(yōu)化捺典、強(qiáng)化和工程化等系列工作鸟廓，形成了“適合超臨界CO2發(fā)泡的聚丙烯專用料”“分步/分段發(fā)泡新工藝”“優(yōu)化構(gòu)建流場(chǎng)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)高效規(guī)模制備”三大技術(shù)創(chuàng)新。趙玲介紹襟己，在低于流動(dòng)溫度的可變形區(qū)發(fā)泡引谜，既可突破結(jié)晶的制約，又能保證發(fā)泡材料微孔結(jié)構(gòu)和外形尺寸穩(wěn)定成型擎浴≡毖剩基于這一發(fā)泡機(jī)制，他們開發(fā)了兼具較寬發(fā)泡溫度窗口和較強(qiáng)的CO2溶解擴(kuò)散能力的聚丙烯發(fā)泡專用料贮预，以及能改善泡孔結(jié)構(gòu)和表觀形態(tài)的新型功能助劑/添加劑贝室。CO2變壓飽和提高了過(guò)程效率和發(fā)泡倍率，氣泡成核和生長(zhǎng)的分段實(shí)施減小了高壓設(shè)備體積;同時(shí)釜壓發(fā)泡仿吞、模壓發(fā)泡等高壓設(shè)備和聚合物預(yù)成型體的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)滑频，保證了均勻的壓力場(chǎng)、溫度場(chǎng)和速度場(chǎng)唤冈，實(shí)現(xiàn)了低密度聚丙烯微孔發(fā)泡材料的規(guī)模制造和柔性生產(chǎn)峡迷。利用上述創(chuàng)新技術(shù)，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)建設(shè)了2套年產(chǎn)3萬(wàn)立方米模壓發(fā)泡裝置你虹，實(shí)現(xiàn)了低密度聚丙烯微孔厚板的制造;新建了4套绘搞、優(yōu)化改造了3套年產(chǎn)4萬(wàn)~6萬(wàn)立方米的釜壓發(fā)泡裝置，生產(chǎn)效率提高25%傅物，成品率提高到99%以上夯辖，發(fā)泡專用料已在鎮(zhèn)海煉化生產(chǎn)，2016~2018年新增產(chǎn)值3.31億元挟伙、利稅1.09億元楼雹。此外，該團(tuán)隊(duì)已獲得授權(quán)發(fā)明專利8件尖阔、實(shí)用新型專利8件;相關(guān)研究成果發(fā)表了46篇SCI/EI收錄論文

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隨著國(guó)內(nèi)大煉化項(xiàng)目贮缅、PDH項(xiàng)目陸續(xù)上馬，國(guó)內(nèi)聚丙烯（PP）市場(chǎng)成為群雄角力之地介却。新建項(xiàng)目投產(chǎn)谴供，PP產(chǎn)能仍將快速增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)到2023年我國(guó)PP產(chǎn)能將超過(guò)3500萬(wàn)噸齿坷，自給率將近90%桂肌。屆時(shí)数焊，高性能產(chǎn)品將成為企業(yè)突出重圍的殺手锏。高性能PP成投資熱土2020年已經(jīng)有三家企業(yè)成功投產(chǎn)聚丙烯裝置崎场，浙江石化佩耳、恒力石化、利和知信谭跨。近一個(gè)月干厚，聚烯烴行業(yè)掀起了新一波高性能PP投資熱潮：4月22日，總投資約100億美元的绑χ妫克森美孚廣東惠州乙烯項(xiàng)目正式動(dòng)工蛮瞄，項(xiàng)目包括乙烯裝置和高端PE、PP等生產(chǎn)裝置谆扎，采用已經(jīng)成功應(yīng)用挂捅、先進(jìn)的專有工藝和催化劑技術(shù)生產(chǎn)高性能聚合物。聚丙烯微孔發(fā)泡5月17日堂湖，總投資約56億美元的中海殼牌惠州三期乙烯項(xiàng)目合作框架協(xié)議簽約闲先，項(xiàng)目產(chǎn)品包括聚α烯烴、高碳合成醇苗缩、茂金屬PE饵蒂、共聚PP等，共14規(guī)模生產(chǎn)裝置酱讶。18日退盯，徐州海天石化集團(tuán)年產(chǎn)10萬(wàn)噸高性能PP樹脂項(xiàng)目“云簽約”，落戶大慶龍鳳區(qū)泻肯。高性能產(chǎn)品研發(fā)能力不足我國(guó)已投入生產(chǎn)的高端聚丙烯專用樹脂有：三元共聚聚丙烯薄膜專用料F5606渊迁、管材專用料、薄壁注塑料M50T灶挟、高熔體強(qiáng)度薄膜專用料琉朽、丙丁共聚膜料、低溫抗沖注塑專用料稚铣、氫調(diào)法高流動(dòng)注塑料箱叁、高透明注塑專用料、抗菌系列專用料惕医、低灰分PP耕漱、快速成型PP、透明PP專用料等抬伺。但由于我國(guó)高端聚丙烯產(chǎn)品研發(fā)能力不足螟够，且同質(zhì)化嚴(yán)重，一些高性能和特殊性能產(chǎn)品，如茂金屬PP（mPP）妓笙、特種雙向拉伸聚丙烯（BOPP）膜若河、流延聚丙烯（CPP）膜等仍需大量進(jìn)口來(lái)滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求。我國(guó)mPP年消費(fèi)量約10萬(wàn)噸寞宫，除燕山石化少量供應(yīng)市場(chǎng)萧福，基本依賴進(jìn)口，主要用于生產(chǎn)醫(yī)用或食品用高透明PP制品辈赋、食品包裝薄膜统锤、無(wú)紡布、超細(xì)旦丙綸纖維等領(lǐng)域炭庙。具有高拉伸速度與幅寬、超薄煌寇、超透及更好低溫?zé)岱庑阅艿奶胤NBOPP薄膜焕蹄、電工膜、電容器膜阀溶、鍍鋁膜等PP薄膜料以及汽車和家電用PP注塑料的年進(jìn)口量均超百萬(wàn)噸腻脏。PP管材料的年進(jìn)口量約50萬(wàn)噸。高性能PP開發(fā)方向1抗菌PP此次新冠肺炎疫情的肆虐银锻，推動(dòng)汽車生產(chǎn)商聚焦抗菌PP在內(nèi)飾件中的應(yīng)用永品，這或?qū)⒊蔀檐囉肞P下一個(gè)熱點(diǎn)應(yīng)用領(lǐng)域。2玻纖增強(qiáng)PP長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)PP材料因具備更高的強(qiáng)度击纬、剛度鼎姐、韌度、尺寸穩(wěn)定性更振，廣泛應(yīng)用于儀表骨架板炕桨、車門組合件、前端組件肯腕、車身門板模塊献宫、車頂面板、座椅骨架等汽車部件上实撒。長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)PP材料在120℃時(shí)的高溫疲勞強(qiáng)度是普通玻纖增強(qiáng)PP材料的2倍姊途，甚至比以耐熱性著稱的玻纖增強(qiáng)尼龍材料高10%，具有作為結(jié)構(gòu)件所需的耐久性和可靠性知态。氣味散發(fā)耐刮擦PP隨著人們對(duì)汽車品質(zhì)的追求捷兰，車用PP材料需要滿足的已不僅僅是力學(xué)性能，還有對(duì)外觀肴甸、環(huán)保等方面的高要求寂殉。目前市場(chǎng)上低氣味散發(fā)PP材料多被Basell、北歐化工等公司產(chǎn)品壟斷原在，國(guó)產(chǎn)替代進(jìn)口任務(wù)艱巨友扰。制造高抗刮擦汽車內(nèi)飾件材料一方面要采用國(guó)外表面硬度較高的PP原料彤叉，另一方面需要添加助劑提升材料表面的爽滑度。但助劑在體系內(nèi)受熱會(huì)有小分子散發(fā)影響車內(nèi)空氣質(zhì)量村怪，同時(shí)又會(huì)出現(xiàn)表面遷移現(xiàn)象秽浇，影響內(nèi)飾件外觀。因此甚负，問(wèn)題核心仍取決于PP基材的性能柬焕。

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簡(jiǎn)述聚丙烯微孔發(fā)泡新材料(Microcellular Polypropylene foam), 簡(jiǎn)稱MPP，是特指泡孔尺寸小于100微米的聚丙烯多孔發(fā)泡材料(更嚴(yán)格地定義是泡孔尺寸小于10微米梭域，泡孔密度大于10的9次方個(gè)/cm3)斑举。由于材料內(nèi)部大量微米級(jí)泡孔的存在，MPP具有優(yōu)異的減震病涨、緩沖富玷、隔熱和吸聲等性能，可廣泛應(yīng)用于包裝既穆、交通工具赎懦、箱包、體育器材等領(lǐng)域幻工，是傳統(tǒng)EVA励两、PU、PS發(fā)泡材料囊颅、EPE和EPP的替代物当悔。聚丙烯微孔發(fā)泡性能與應(yīng)用應(yīng)用超臨界二氧化碳技術(shù)(supercritical carbon dioxide) 制備MPP，在高溫高壓下將二氧化碳?xì)怏w導(dǎo)入聚丙烯材料基體迁酸，并誘導(dǎo)其成核先鱼、發(fā)泡，形成含有大量微米尺度泡孔的微孔發(fā)泡材料奸鬓。發(fā)泡過(guò)程清潔無(wú)污染焙畔，發(fā)泡制品衛(wèi)生環(huán)保。發(fā)泡過(guò)程PP材料未發(fā)生交聯(lián)串远，因此可回收循環(huán)使用宏多。丙烯（PP）本身是無(wú)毒材料，是目前嬰兒奶瓶和可微波加熱餐盒的常用材料澡罚。清潔衛(wèi)生的MPP特別適合于醫(yī)療器械伸但、食品等包裝材料衛(wèi)生等級(jí)要求較高的領(lǐng)域。也可應(yīng)用于兒童拼圖留搔、玩具等對(duì)產(chǎn)品健康要求較高的領(lǐng)域更胖，代替常用的由AC發(fā)泡劑制造的交聯(lián)PE泡沫，EVA泡沫。PP是半結(jié)晶聚合物却妨，其熔點(diǎn)一般150~170℃饵逐。相比于耐溫只有70~80℃的PE、PS彪标、PU發(fā)泡材料倍权，MPP的使用溫度可達(dá)120℃，因此MPP特別適合高溫包裝捞烟、高溫保溫等領(lǐng)域薄声。MPP集增強(qiáng)、隔熱和降噪為一體题画，也特別適用于對(duì)材料輕量化要求較高的領(lǐng)域默辨，如汽車、軌道交通苍息，船舶廓奕，風(fēng)機(jī)葉片等。輕質(zhì)高強(qiáng)的MPP厚板作為結(jié)構(gòu)泡沫使用档叔，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的結(jié)構(gòu)泡沫如PVC/PU互穿結(jié)構(gòu)泡沫、PET結(jié)構(gòu)泡沫等蒸绩，特別是作為三明治夾芯復(fù)合材料的芯材使用衙四。MPP微米尺度的泡孔賦予材料的特別之處有：(1) 同等發(fā)泡倍率(或表觀密度)下，由于泡孔較小患亿，微孔發(fā)泡材料的機(jī)械性能損失較小传蹈。這意味著使用MPP可以更加節(jié)約材料，更加降低制品重量和體積步藕。2) 由于泡孔尺寸在1-100μm之間可控惦界，MPP可以被剖切成厚度小于0.1mm的超薄片材，而片材表面不會(huì)穿孔咙冗，可應(yīng)用于微電子器件的包裝沾歪。(3) 由于表面大量微米級(jí)泡孔的存在，MPP適合作為液晶顯示器背光模組的反射板雾消，提高漫反射率灾搏。(4) 微米尺度的泡孔有效降低了泡孔內(nèi)氣體的對(duì)流，從而有效降低了由空氣對(duì)流引起的熱傳遞立润。因此高倍率的微孔發(fā)泡材料具有較低的狂窑、依賴于泡孔結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期穩(wěn)定的低導(dǎo)熱系數(shù)。(5) 輕質(zhì)高強(qiáng)的MPP片材適合于作為揚(yáng)聲器振膜使用桑腮。(6) 同樣由于其微米尺度的泡孔泉哈，MPP具有極佳的表面保護(hù)性能，可應(yīng)用于液晶面板等防護(hù)性要求較高的包裝領(lǐng)域。

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發(fā)泡塑木復(fù)合材料是將塑料母粒丛晦、木粉奕纫、填料、發(fā)泡劑和各種助劑按一定比例混合采呐，于成型過(guò)程中在復(fù)合材料內(nèi)部引入泡孔而制成若锁。發(fā)泡劑在塑木共混物相體系中形成的氣體相可通過(guò)溶解氣體的分離、揮發(fā)性氣體的汽化或化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生氣體的釋放等途徑實(shí)現(xiàn)斧吐。聚丙烯微孔發(fā)泡發(fā)泡塑木復(fù)合材料內(nèi)部良好的泡孔結(jié)構(gòu)有助于鈍化普通WPC中的裂紋尖端又固，阻止裂紋擴(kuò)展，因而可以克服普通塑木復(fù)合材料脆性較大煤率、抗沖擊強(qiáng)度較小和材料伸長(zhǎng)率較低的缺點(diǎn)仰冠。另外，由于發(fā)泡塑木復(fù)合材料中含有大量泡孔蝶糯，材料內(nèi)部空隙較大洋只，制備時(shí)所用樹脂量大大削減，相對(duì)節(jié)約了原料成本昼捍，也有效降低了材料的密度（約為未發(fā)泡塑木復(fù)合材料的50%识虚，可達(dá)0.6～1.0g/cm3），材料的隔音妒茬、隔熱和緩沖效果也隨之提高担锤。此外，因發(fā)泡材料自重輕乍钻，便于運(yùn)輸肛循、施工和安裝，有望成為物流包裝等行業(yè)所用木材及塑料的替代品银择。發(fā)泡塑木復(fù)合材料還是一種環(huán)保材料多糠，原料來(lái)源廣（回收的二次纖維和廢舊塑料均可），制造成本低廉浩考，其本身還可多次回收再利用夹孔，減少了塑料的使用量，降低了環(huán)境污染析孽，也有益于保護(hù)森林資源析蝴。盡管目前國(guó)內(nèi)一些包裝材料制造商及研究單位在努力研發(fā)發(fā)泡型純植物纖維緩沖包裝材料，但相比較而言绿淋，F(xiàn)W－PC因集合了木材與塑料兩者之長(zhǎng)闷畸，因而仍在性能上更具優(yōu)勢(shì)，如強(qiáng)度更高吞滞、耐水性能更好佑菩、價(jià)格更低廉盾沫、應(yīng)用范圍更廣。聚丙烯（PP）價(jià)格適中殿漠，力學(xué)性能優(yōu)異赴精，耐熱溫度相對(duì)較高。PP基發(fā)泡材料的發(fā)泡體系性能和發(fā)泡機(jī)理的相關(guān)研究比較深入绞幌，制備工藝已基本成熟蕾哟。我國(guó)研究人員對(duì)聚丙烯基發(fā)泡塑木復(fù)合材料的研究較多，采用的木質(zhì)材料包括木粉莲蜘、農(nóng)作物廢料和竹粉等谭确，例如注塑法得到的發(fā)泡塑木復(fù)合材料微孔結(jié)構(gòu)及其增韌改性進(jìn)行研究，采用自制的塑木粒料和發(fā)泡粒料（比例9：1）在注塑成型機(jī)上進(jìn)行成型票渠，制備出具有不同微孔結(jié)構(gòu)的PP/木纖維復(fù)合材料逐哈。對(duì)材料綜合性能的測(cè)定結(jié)果表明：注射溫度為180℃、保壓壓力為10 ＭＰａ時(shí)问顷，所得發(fā)泡塑木復(fù)合材料的微孔平均孔徑為53μｍ昂秃，微孔密度為2.8×106個(gè)/ｃｍ3，微孔為“蜂窩”狀形貌杜窄。與未發(fā)泡的塑木復(fù)合材料相比肠骆，密度降低22%，沖擊韌性提高60%塞耕。材料中的微孔改變了裂紋擴(kuò)展方向哗戈，形成“臺(tái)階”、“分叉”荷科，從而增加了裂紋的擴(kuò)展路徑，同時(shí)可使周圍基體變形時(shí)容易產(chǎn)生強(qiáng)迫高彈形變纱注。另經(jīng)研究對(duì)木纖維/PP 復(fù)合微孔發(fā)泡材料制備工藝與材料性質(zhì)之間的關(guān)系進(jìn)行研究畏浆，采用化學(xué)發(fā)泡法，利用注塑成型制備得到孔徑更小的木纖維/PP復(fù)合微孔發(fā)泡材料狞贱。該項(xiàng)研究結(jié)果表明刻获，添加木纖維使復(fù)合材料的力學(xué)性能顯著提高，且材料的沖擊強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度高于未發(fā)泡材料瞎嬉，但后者的拉伸強(qiáng)度要高于木纖維/PP 復(fù)合微孔發(fā)泡材料蝎毡；復(fù)合微孔發(fā)泡材料的密度隨木纖維摻量的增加而增大，但小于未發(fā)泡材料的密度氧枣，而且當(dāng)木纖維摻量提高時(shí)沐兵，泡孔直徑先減后增，木纖維摻量為5% 時(shí)便监，泡孔直徑小扎谎，為20.5μｍ碳想。有研究顯示制備發(fā)泡塑木復(fù)合材料的主要原料選定為秸稈粉和PP，通過(guò)調(diào)整偶氮二甲酰胺（AC）發(fā)泡劑與乙烯－醋酸乙烯高聚物（EEVA）的比例毁靶、偶聯(lián)劑的種類和含量擠出工藝條件參數(shù)研究發(fā)泡工藝胧奔。結(jié)果表明：AC發(fā)泡劑含量為4份時(shí)，所得發(fā)泡材料密度小為0.95g/cm3预吆，沖擊強(qiáng)度大為14.88KJ/m2龙填；當(dāng)EVA含量在12％時(shí)，材料的密度達(dá)到小拐叉，為0.84g/cm3岩遗，沖擊強(qiáng)度達(dá)到大，為11.4KJ/m2巷嚣；偶聯(lián)劑（馬來(lái)酸酐接枝聚丙烯喘先，MAH－ｇ－PP）為6份時(shí)，發(fā)泡材料的沖擊強(qiáng)度達(dá)到大廷粒，為11.56KJ/m2窘拯；制備發(fā)泡母粒時(shí)，擠出機(jī)螺桿溫度為150℃ 時(shí)坝茎，密度達(dá)到0.94g/cm3涤姊，沖擊強(qiáng)度達(dá)到12.04KJ/m2。以竹粉和PP為原料采用注塑法制備了發(fā)泡塑木復(fù)合材料嗤放。實(shí)驗(yàn)以乙烯辛烯共聚物（POE）和馬來(lái)酸酐接枝POE（POE－ｇ－MAH）作為復(fù)合材料的增韌劑思喊。結(jié)果顯示：添加POE和POE－ｇ－MAH會(huì)略微降低材料拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度，但可明顯提高材料的缺口沖擊強(qiáng)度次酌，二者用量分別為15%和8%恨课；采用8%POE－ｇ－MAH增韌的復(fù)合材料的缺口沖擊強(qiáng)度為8.55KJ/m2，提高了35.7%岳服，可很好地應(yīng)用于汽車內(nèi)飾件剂公。環(huán)境掃描電鏡（ESEM）測(cè)定結(jié)果顯示，增韌后的復(fù)合材料斷裂形式轉(zhuǎn)變?yōu)轫g性斷裂吊宋。動(dòng)態(tài)頻率掃描結(jié)果顯示纲辽，POOE對(duì)復(fù)合材料流變性能的影響較小，而POE－ｇ－MAH增韌的復(fù)合材料的儲(chǔ)能模量和復(fù)數(shù)黏度明顯增大璃搜。