高性能聚丙烯微孔發(fā)泡材料綠色制備過程的優(yōu)化和強(qiáng)化

塑料部件在國內(nèi)汽車上占重量的10%左右遥赚，在國外汽車上達(dá)到了15%至20%。微孔發(fā)泡技術(shù)能使塑料部件的重量降低15%至30%阐肤，廣泛應(yīng)用于儀表板凫佛、電機(jī)支架、座位板孕惜、空調(diào)風(fēng)罩愧薛、門嵌飾板等內(nèi)外飾。聚丙烯使用量占比塑料部件50%以上诊赊。讓汽車用上更多的塑料部件厚满，還有很多功課可以開展府瞄。

全球微孔發(fā)泡相關(guān)的專利申請碧磅，前三位為：美國碘箍、日本、德國鲸郊。Trexel公司的MuCell技術(shù)是目前最為成熟丰榴、商品化最為廣泛的微孔發(fā)泡技術(shù)，該技術(shù)來源于麻省理工學(xué)院在20世紀(jì)80年代提出的發(fā)明專利秆撮。Trexel公司在1995年通過專利權(quán)轉(zhuǎn)讓獲得這項(xiàng)技術(shù)的全球開發(fā)和商品化推廣四濒，并在此基礎(chǔ)上開發(fā)出連續(xù)微孔成型技術(shù)--MuCell。MuCell技術(shù)的核心即采用超臨界流體為發(fā)泡劑职辨，發(fā)泡劑在聚合物中形成均勻分布的微小氣孔盗蟆，通過壓力控制氣泡的生長使樹脂形成泡孔均勻的微孔結(jié)構(gòu)。

微孔發(fā)泡技術(shù)讓汽車駛向輕量化——在汽車非金屬部件的輕量化領(lǐng)域舒裤，微孔發(fā)泡材料是行業(yè)競相研究的主要課題之一喳资。2018年，中石化就將聚丙烯微孔發(fā)泡材料應(yīng)用技術(shù)開發(fā)列為重點(diǎn)課題腾供。

國內(nèi)微孔發(fā)泡材料注重原料技術(shù)研發(fā)仆邓。在高校方面，北京化工大學(xué)在微孔發(fā)泡工藝的專利申請量上占有主要地位伴鳖，主要發(fā)明人為楊衛(wèi)民課題組和何亞東課題組节值。楊衛(wèi)民課題組的研究方向主要是微孔發(fā)泡專用注射機(jī)的結(jié)構(gòu)改進(jìn)，在專利申請方向上側(cè)重于改進(jìn)螺桿結(jié)構(gòu)和設(shè)置滲透釜來獲得聚合物熔體/超臨界氣體均相體系榜聂。

近期搞疗，華東理工大學(xué)化工學(xué)院趙玲教授領(lǐng)銜的“高性能聚丙烯微孔發(fā)泡材料綠色制備過程的優(yōu)化和強(qiáng)化”項(xiàng)目斬獲上海市科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。

北京化工大學(xué)教授峻汉、教育部“長江學(xué)者獎(jiǎng)勵(lì)計(jì)劃”特聘教授楊衛(wèi)民贴汪，華東理工大學(xué)化工學(xué)院院長、聯(lián)合化學(xué)反應(yīng)工程研究所所長休吠、教育部“長江學(xué)者獎(jiǎng)勵(lì)計(jì)劃”特聘教授趙玲扳埂，兩位教授將出席“2020中國聚烯烴大會(huì)”，并介紹聚烯烴發(fā)泡技術(shù)與材料開發(fā)瘤礁。

國內(nèi)汽車產(chǎn)業(yè)節(jié)能減排發(fā)展趨勢愈加顯著阳懂，對汽車輕量化提出了更高要求。特別是在車市持續(xù)萎靡柜思、新能源汽車競爭愈發(fā)激烈的情況下岩调，輕量化成為汽車產(chǎn)業(yè)從困境中突圍的重要方向。整車廠赡盘、改性塑料企業(yè)都在加大輕量化材料領(lǐng)域的布局号枕。

汽車輕量化要求更高，對聚丙烯微孔發(fā)泡材料的需求正在進(jìn)一步放大陨享！在這個(gè)領(lǐng)域有哪些的進(jìn)展和要求葱淳？有哪些的技術(shù)研發(fā)钝腺？趙玲教授將在“2020中國聚烯烴大會(huì)”開講。

口罩領(lǐng)域赞厕，聚烯烴生產(chǎn)企業(yè)可以調(diào)整身份艳狐，從種小麥搖身到賣面包，這種新業(yè)態(tài)是不是也可以分分鐘復(fù)制到其他領(lǐng)域呢皿桑？

日常生活中毫目，當(dāng)人們購買兒童玩具、家具用品等塑料制品時(shí)诲侮，都會(huì)十分在意其材質(zhì)是否無毒無味镀虐、綠色環(huán)保，近年來綜合性能優(yōu)異沟绪、可回收的聚丙烯發(fā)泡材料已成為泡沫塑料家族中的“新寵”粉私，日益受到熱捧，是聚合物泡沫材料中增長速度最快的品種近零。

超臨界CO2（二氧化碳）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)诺核。

在5月19日召開的上海市科技獎(jiǎng)勵(lì)大會(huì)上，華東理工大學(xué)化工學(xué)院趙玲教授領(lǐng)銜的“高性能聚丙烯微孔發(fā)泡材料綠色制備過程的優(yōu)化和強(qiáng)化”項(xiàng)目斬獲科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)久信。

鎖定新材料發(fā)展重點(diǎn)領(lǐng)域

布局綠色制造新技術(shù)

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輕量化材料已是我國新材料發(fā)展重點(diǎn)領(lǐng)域窖杀，發(fā)泡則是實(shí)現(xiàn)聚合物輕量化的最直接手段。隨著航天航空裙士、國防入客、能源、交通腿椎、包裝桌硫、電器、運(yùn)動(dòng)器械等行業(yè)的快速發(fā)展啃炸，對具有優(yōu)異機(jī)械性能和絕熱铆隘、隔音、絕緣南用、緩沖等特性的聚合物發(fā)泡材料需求越來越迫切膀钠。聚丙烯作為產(chǎn)量大、增長量快裹虫、應(yīng)用領(lǐng)域廣泛的五大通用熱塑性樹脂之一肿嘲，其高品質(zhì)發(fā)泡材料的綠色制備一直是聚合物發(fā)泡領(lǐng)域的熱點(diǎn)與難點(diǎn)。

2016年筑公，由華東理工大學(xué)牽頭申報(bào)的國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“重點(diǎn)基礎(chǔ)材料技術(shù)提升與產(chǎn)業(yè)化”重點(diǎn)專項(xiàng)項(xiàng)目——“聚合物材料的輕量化技術(shù)”獲準(zhǔn)立項(xiàng)雳窟。該項(xiàng)目所聚焦的正是運(yùn)用綠色高效發(fā)泡工藝，開展聚合物輕量化的應(yīng)用基礎(chǔ)—共性技術(shù)—產(chǎn)業(yè)化示范的“一條鏈?zhǔn)健毖邪l(fā)工作匣屡。

據(jù)趙玲介紹封救，聚合物發(fā)泡有物理發(fā)泡劑和化學(xué)發(fā)泡劑兩大類际长。化學(xué)發(fā)泡劑常常存在化學(xué)殘留兴泥、發(fā)泡過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臭氧層有破壞作用虾宇，已逐漸被禁止和限制使用搓彻；一些新型氟碳?xì)浠衔锏娜蜃兣瘽撃苤等韵鄬^高或價(jià)格昂貴，烷烴類發(fā)泡劑則易燃燒不安全嘱朽。

相比傳統(tǒng)發(fā)泡劑影響氣候旭贬、火災(zāi)危險(xiǎn)、有害殘留以及VOC排放等問題和弊端搪泳，超臨界流體稀轨，特別是超臨界CO2發(fā)泡聚合物是綠色制造技術(shù)，被工信部列入我國優(yōu)先發(fā)展的產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵共性技術(shù)岸军，而且CO2進(jìn)入聚合物后會(huì)引起熔點(diǎn)奋刽、表面張力和粘度下降、結(jié)晶行為改變等一系列變化艰赞，可以制備微孔甚至納米泡孔材料佣谐。

聚丙烯是結(jié)晶聚合物，低溫固態(tài)發(fā)泡受結(jié)晶限制方妖，很難制備高發(fā)泡倍率產(chǎn)品狭魂；高溫發(fā)泡聚合物熔體強(qiáng)度不夠無法保持完整泡孔，可操作窗口窄党觅。因此雌澄，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。

為了攻克這一難題杯瞻，近年來镐牺，華理趙玲團(tuán)隊(duì)聯(lián)合無錫會(huì)通、中石化北化院魁莉、浙江新恒泰任柜、鎮(zhèn)海煉化等單位，在合適物料體系沛厨、可控工藝過程和高效工業(yè)裝備等方面開展了超臨界CO2發(fā)泡聚丙烯的優(yōu)化宙地、強(qiáng)化和工程化等系列工作，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)建流場結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)高效規(guī)模制備”等三大技術(shù)創(chuàng)新優(yōu)勢：

根據(jù)在低于其流動(dòng)溫度的可變形區(qū)發(fā)泡既可以突破結(jié)晶的制約又能保證發(fā)泡材料微孔結(jié)構(gòu)和外形尺寸的穩(wěn)定成型這一發(fā)泡機(jī)制逆皮，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)泡專用料宅粥，以及能有效改善泡孔結(jié)構(gòu)和表觀形態(tài)的新型功能助劑/添加劑；CO2變壓飽和提高了過程效率和發(fā)泡倍率电谣，氣泡成核和生長的分段實(shí)施大幅減小了高壓設(shè)備體積秽梅；釜壓發(fā)泡抹蚀、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)保證了均勻的壓力場、溫度場和速度場企垦，成功實(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)环壤。

核心技術(shù)落地提升市場競爭力

瞄準(zhǔn)新興領(lǐng)域拓展高端應(yīng)用