聚丙烯發(fā)泡材料的綠色制造和高端應(yīng)用

央廣網(wǎng)上海9月17日消息（記者唐奇云 通訊員張婷）日常生活中，當(dāng)人們購買兒童玩具肤粱、家具用品等塑料制品時(shí)弹囚，都會(huì)十分在意其材質(zhì)是否無毒無味、綠色環(huán)保领曼，近年來綜合性能優(yōu)異鸥鹉、可回收及易降解的聚丙烯發(fā)泡材料已成為泡沫塑料家族中的“新寵”，日益受到熱捧庶骄，是聚合物泡沫材料中增長(zhǎng)速度最快的品種毁渗。

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)。在第22屆工博會(huì)高校展區(qū)单刁，華東理工大學(xué)化工學(xué)院教授趙玲領(lǐng)銜的“高性能輕量化聚合物材料的綠色高效制備”項(xiàng)目灸异，聚焦的正是輕量化聚丙烯發(fā)泡材料的綠色制造和高端應(yīng)用。該項(xiàng)目也是2019年度上海市科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)項(xiàng)目羔飞。

無水發(fā)泡制備聚合物珠粒實(shí)驗(yàn)裝置（央廣網(wǎng)發(fā) 華東理工大學(xué)供圖）

鎖定新材料發(fā)展重點(diǎn)領(lǐng)域肺樟，布局綠色制造新技術(shù)

輕量化材料已是我國新材料發(fā)展重點(diǎn)領(lǐng)域，發(fā)泡則是實(shí)現(xiàn)聚合物輕量化的最直接手段褥傍。隨著航天航空儡嘶、國防、能源恍风、交通蹦狂、包裝誓篱、電器、運(yùn)動(dòng)器械等行業(yè)的快速發(fā)展凯楔，對(duì)具有優(yōu)異機(jī)械性能和絕熱窜骄、隔音、絕緣摆屯、緩沖等特性的聚合物發(fā)泡材料需求越來越迫切邻遏。聚丙烯作為產(chǎn)量大、增長(zhǎng)量快虐骑、應(yīng)用領(lǐng)域廣泛的五大通用熱塑性樹脂之一准验，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年廷没，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)糊饱，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)工作颠黎。

據(jù)趙玲介紹另锋，聚合物發(fā)泡有物理發(fā)泡劑和化學(xué)發(fā)泡劑兩大類∠凉椋化學(xué)發(fā)泡劑常常存在化學(xué)殘留夭坪、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(duì)臭氧層有破壞作用过椎，已逐漸被禁止和限制使用室梅；一些新型氟碳?xì)浠衔锏娜蜃兣瘽撃苤等韵鄬?duì)較高，烷烴類發(fā)泡劑則易燃燒不安全疚宇。相比傳統(tǒng)發(fā)泡劑影響氣候竞惋、火災(zāi)危險(xiǎn)、有害殘留以及VOC排放等問題和弊端灰嫉，超臨界流體拆宛，特別是超臨界CO2，發(fā)泡聚合物是綠色制造技術(shù)讼撒，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)浑厚，而且CO2進(jìn)入聚合物后會(huì)引起熔點(diǎn)、表面張力和粘度下降根盒、結(jié)晶行為改變等一系列變化钳幅，可以制備微孔甚至納米泡孔材料。

聚丙烯是結(jié)晶聚合物炎滞，低溫固態(tài)發(fā)泡受結(jié)晶限制敢艰，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)度不夠無法保持完整泡孔册赛，可操作窗口窄钠导。因此震嫉，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。

為了攻克這一難題牡属，近年來華理趙玲團(tuán)隊(duì)聯(lián)合無錫會(huì)通票堵、中石化北化院、浙江新恒泰逮栅、鎮(zhèn)海煉化等單位悴势，在合適物料體系、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)化措伐、強(qiáng)化和工程化等系列工作特纤，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”等三大技術(shù)創(chuàng)新優(yōu)勢(shì)：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，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)泡專用料侥加，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/添加劑叫潦；CO2變壓飽和提高了過程效率和發(fā)泡倍率，氣泡成核和生長(zhǎng)的分段實(shí)施大幅減小了高壓設(shè)備體積官硝；釜壓發(fā)泡、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(chǎng)短蜕、溫度場(chǎng)和速度場(chǎng)氢架，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)。

趙玲教授在實(shí)驗(yàn)室（央廣網(wǎng)發(fā) 華東理工大學(xué)供圖）

核心技術(shù)落地提升市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力朋魔，瞄準(zhǔn)新興領(lǐng)域拓展高端應(yīng)用

利用上述創(chuàng)新技術(shù)岖研，2016年至今，項(xiàng)目已成功建設(shè)了7套年產(chǎn)3萬立方模壓發(fā)泡裝置警检，實(shí)現(xiàn)了低密度聚丙烯微孔厚板的制造孙援；新建了6套、優(yōu)化改造了3套年產(chǎn)4—6萬立方的釜壓發(fā)泡裝置扇雕，生產(chǎn)效率提高25%拓售，成品率提高到99%以上；發(fā)泡專用料已在鎮(zhèn)海煉化生產(chǎn)镶奉。

項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)獲得授權(quán)發(fā)明專利13件础淤、實(shí)用新型專利16件；相關(guān)研究成果發(fā)表了69篇SCI/EI收錄論文哨苛「胄祝“國外同行認(rèn)為我們?nèi)嫦到y(tǒng)地研究了CO2間歇發(fā)泡聚丙烯行為〗ㄇ停”趙玲說玻侥，科技查新表明，模壓發(fā)泡的工程化技術(shù)達(dá)到國際領(lǐng)先水平亿蒸，釜壓發(fā)泡的優(yōu)化與強(qiáng)化技術(shù)具有國內(nèi)外新穎性凑兰。

“可以說掌桩，我們的項(xiàng)目引領(lǐng)了高性能聚丙烯微孔發(fā)泡材料的綠色制造和高端應(yīng)用∑币。”團(tuán)隊(duì)的底氣拘鞋，來源于“硬核”的技術(shù)和不斷開拓的應(yīng)用領(lǐng)域：全新的超臨界CO2模壓發(fā)泡技術(shù)通用性強(qiáng)，除聚丙烯外矢门，還成功用于聚氨酯彈性體微孔發(fā)泡材料生產(chǎn)盆色，并已經(jīng)完成了多種熱塑性聚合物及其復(fù)合材料的中試；釜壓發(fā)泡各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)與日本公司相當(dāng)祟剔；開發(fā)的聚丙烯發(fā)泡專用料打破了國外公司的壟斷隔躲；除廣泛應(yīng)用于汽車零部件和內(nèi)飾、緩沖包裝等傳統(tǒng)領(lǐng)域物延，由于CO2發(fā)泡產(chǎn)品環(huán)保健康宣旱，很好地滿足了兒童玩具、食品叛薯、醫(yī)療浑吟、家居用品等領(lǐng)域?qū)G色材料的需求；特別由于微孔賦予了聚丙烯一些優(yōu)異的獨(dú)特性能耗溜，聚丙烯微孔發(fā)泡材料不斷地在新興領(lǐng)域成功應(yīng)用组力，包括新能源汽車動(dòng)力電池墊片、5G通信微波中繼天線罩抖拴、高檔汽車音響振膜燎字、防彈衣背板等等，產(chǎn)品附加值高阿宅。

領(lǐng)銜了“十三五”重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目候衍、推進(jìn)了國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定、擔(dān)任了國際發(fā)泡塑料期刊的副主編洒放、培養(yǎng)一批聚合物發(fā)泡研發(fā)和生產(chǎn)高層次人才蛉鹿，趙玲教授帶領(lǐng)的項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)已成為國內(nèi)、國際具有重要影響力的聚合物發(fā)泡研發(fā)團(tuán)隊(duì)往湿≌ノ“這只是起步，超臨界CO2發(fā)泡制備輕質(zhì)高強(qiáng)的聚合物材料很好地滿足了塑料減量化煌茴、材料輕量化和制造綠色化的要求随闺，發(fā)展前景廣闊÷”趙玲對(duì)團(tuán)隊(duì)及輕量化聚合物研發(fā)工作的未來充滿信心矩乐。