聚丙烯微孔發(fā)泡，你了解多少吓著？

微孔發(fā)泡材料是指尺寸直徑在微米級(jí)的多孔材料鲤嫡，由于自身獨(dú)特的泡孔結(jié)構(gòu)，同時(shí)與其他材料相比具有熱穩(wěn)定性好绑莺、減震性能以及隔音性能優(yōu)異等暖眼，而被廣泛應(yīng)用在家電行業(yè)、建筑材料纺裁、包裝材料等領(lǐng)域诫肠。近年來，超臨界二氧化碳（SC-CO2）因其綠色環(huán)保欺缘、成本低廉栋豫、易得而成為一種研究最熱的新型物理發(fā)泡劑。超臨界二氧化碳（SC-CO2）是應(yīng)用最為廣泛的一種谚殊。因?yàn)镾C-CO2除了擁有超臨界流體本身所具有的滲透性能好丧鸯、傳質(zhì)系數(shù)高等特點(diǎn)之外，還擁有以下優(yōu)點(diǎn)： 

（1）CO2達(dá)到超臨界狀態(tài)的條件很溫和嫩絮，只需溫度超過31.1℃丛肢、壓力超過7.38MPa，CO2就會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)?SC-CO2剿干；

（2）CO2來源廣泛蜂怎，價(jià)格低廉，并且無色置尔、無毒派敷、無臭、無害撰洗，具有優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性篮愉，不會(huì)發(fā)生燃燒和爆炸； 

（3）SC-CO2在聚合物熔體中具有較高的擴(kuò)散性和溶解度差导，對(duì)聚合物熔體有較強(qiáng)的增塑作用试躏，從而能顯著降低熔體黏度，提高熔體的流動(dòng)性设褐； 

（4）SC-CO2能輕易從產(chǎn)物中脫除颠蕴，完全省去了使用傳統(tǒng)溶劑帶來的復(fù)雜的后處理工序泣刹，并且還能實(shí)現(xiàn)對(duì) CO2的回收利用； 

（5）CO2分子成對(duì)稱結(jié)構(gòu)犀被，極性較弱椅您，它能溶解非極性或極性較弱的物質(zhì)，可以作為反應(yīng)介質(zhì)或萃取劑寡键；若要溶解無機(jī)鹽類或極性較強(qiáng)的物質(zhì)掀泳，需要在SC-CO2中加入一些極性共溶劑（如乙醇）來改善它的極性。 

1西轩、聚合物發(fā)泡機(jī)理

聚合物發(fā)泡過程可被分成三個(gè)階段员舵，即泡沫形成、泡沫增長藕畔、泡沫穩(wěn)定马僻，示意圖如圖1所示：

圖1 聚合物發(fā)泡過程示意圖

（1）泡孔形成

 將發(fā)泡劑加入到熔融狀態(tài)的聚合物樹脂中，就會(huì)生成溶液注服。當(dāng)氣體形成過飽和溶液時(shí)韭邓，氣體便會(huì)溢出而形成氣泡，這種過程稱為成核作用溶弟。通常仍秤，加入尺寸較小的固體粒子作為氣體的成核劑，即所謂的第二分散相可很，從而有利于氣泡的形成诗力。

（2）泡孔增長

 當(dāng)溶解氣體的含量增加，溫度升高時(shí)我抠，氣體膨脹和氣泡合并從而泡沫增長苇本。聚合物的表面張力、熔體粘度菜拓、發(fā)泡溫度瓣窄、發(fā)泡壓力、成核劑的尺寸及其分散是影響泡沫增大的主要因素纳鼎。氣泡形成后俺夕，氣泡內(nèi)的壓力與其尺寸成反比，氣泡越小贱鄙，其內(nèi)部壓力就越大劝贸。當(dāng)尺寸不相同的兩個(gè)泡孔，氣體就會(huì)從小泡孔擴(kuò)散到大泡孔中逗宁，發(fā)生并孔映九。

（3）泡孔穩(wěn)定

 在泡沫增大的過程中，形成無數(shù)的氣孔瞎颗，從而表面積增大件甥，破孔壁變薄捌议，使得泡沫不穩(wěn)定。通常穩(wěn)定泡沫的方法有：一是加入表面活性劑引有，降低聚合物熔體的表面張力瓣颅，減少氣體的擴(kuò)散作用，有利于生成細(xì)泡譬正，穩(wěn)定氣泡宫补；二是提高熔體強(qiáng)度來穩(wěn)定氣泡。在實(shí)際的生產(chǎn)中导帝，物料的冷卻或者固化交聯(lián)都可以提高熔體強(qiáng)度。

2穿铆、發(fā)泡材料制備方法

采用 SC-CO2對(duì)聚合物進(jìn)行發(fā)泡的主要方法有連續(xù)擠出發(fā)泡您单、快速卸壓發(fā)泡和注塑發(fā)泡。

1 連續(xù)擠出發(fā)泡

連續(xù)擠出發(fā)泡的過程如下首先將聚合物加入擠出機(jī)中進(jìn)行熔融塑化荞雏，然后在擠出機(jī)的前中部注入一定量的 SC-CO2虐秦，在螺桿和混合元件的強(qiáng)力剪切作用下，聚合物和 SC-CO2得以充分混合并形成聚合物/SC-CO2均相體系凤优；當(dāng)均相體系擠出口模時(shí)悦陋，由于壓力突然下降，SC-CO2在聚合物熔體中的溶解度迅速下降筑辨，體系的熱力學(xué)不穩(wěn)定性將誘導(dǎo)聚合物泡孔成核而發(fā)泡俺驶。隨著溫度的降低，聚合物基體逐漸變硬棍辕，擠出的發(fā)泡材料最終成型暮现。連續(xù)擠出發(fā)泡法的生產(chǎn)效率較高，所得制品用途廣泛楚昭。 

2 快速卸壓發(fā)泡

快速卸壓發(fā)泡屬于一步間歇發(fā)泡法栖袋，其發(fā)泡過程是不連續(xù)的「快速卸壓發(fā)泡是將聚合物置于高壓釜中塘幅，通入 sc-CO2，將聚合物加熱到軟化但不熔融的狀態(tài)尿贫，然后在此狀態(tài)維持一定時(shí)間使聚合物中的 SC-CO2達(dá)到充分飽和电媳；飽和完全后，打開高壓釜閥門使壓力在短時(shí)間內(nèi)卸至常壓庆亡，然后將發(fā)泡樣品取出高壓釜并冷卻定型匆背。釜內(nèi)壓力的瞬間釋放，會(huì)引發(fā)體系極大的熱力學(xué)不穩(wěn)定性身冀，從而使得聚合物迅速發(fā)泡膨脹钝尸。相比于連續(xù)擠出發(fā)泡括享，間歇發(fā)泡的生產(chǎn)周期較長，但其擁有一些獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)珍促，比如發(fā)泡材料的膨脹倍率較大铃辖，依靠發(fā)泡粒子成型工藝能制作出各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)的泡沫零部件。 

3 注塑發(fā)泡

與前兩種發(fā)泡方法相比猪叙，注塑發(fā)泡由于其自身的特點(diǎn)可以一步成型結(jié)構(gòu)復(fù)雜的泡沫制品娇斩。注塑發(fā)泡的主要過程如下：首先將聚合物加入預(yù)熱好的注塑機(jī)機(jī)筒內(nèi)熔融塑化，然后在機(jī)筒的熔融段注入一定量的 sc-CO2穴翩，在螺桿的轉(zhuǎn)動(dòng)下通過混合元件使聚合物和 sc-CO2充分混合形成聚合物/sc-CO2均相體系犬第；隨后，聚合物/SC-CO2均相體系在螺桿的帶動(dòng)下經(jīng)靜態(tài)混合器的進(jìn)一步混合后進(jìn)入擴(kuò)散室芒帕，之后快速加熱擴(kuò)散室歉嗓，使 sc-CO2在聚合物熔體中的溶解度迅速下降而誘發(fā)大量氣泡成核。為了抑制氣泡核的長大背蟆，在機(jī)筒和擴(kuò)散室應(yīng)保持高壓鉴分。注射時(shí)，螺桿推進(jìn)將含有大量微小氣泡核的聚合物熔體注入并充滿型腔带膀。充模完成后志珍，釋放壓力使氣泡膨脹，同時(shí)模具的冷卻作用使發(fā)泡制品最終成型垛叨。

3伦糯、超臨界發(fā)泡材料應(yīng)用

（1）發(fā)泡聚丙烯材料（EPP）

發(fā)泡聚丙烯（EPP）作為一種新型的環(huán)保輕質(zhì)材料，具有優(yōu)良的抗震吸能性嗽元，形變后回復(fù)率高舔株，較高的耐熱性，耐化學(xué)品性能強(qiáng)还棱，耐油性優(yōu)载慈，隔熱性好，輕量化珍手，無毒無味办铡，可實(shí)現(xiàn)100%循環(huán)使用，是一種理想的綠色包裝材料琳要！

EPP材料作為一體化包裝材料時(shí)寡具，

（1）較強(qiáng)的剛性可以為包裝物提供優(yōu)異的力學(xué)支撐；

（2）泡沫材料獨(dú)有的減震吸能性可以給包裝物提供可靠的緩沖保護(hù)效果稚补；

（3）極強(qiáng)的表面可塑性童叠，可通過模具皮紋處理制品表觀，以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品信息或設(shè)計(jì)理念的傳達(dá)，提升產(chǎn)品形象厦坛；

（4）相較于傳統(tǒng)的多種包裝材料組合使用五垮，一方面可以降低包裝成本，其次有助于包裝效率的提高（精簡物料品類杜秸、減少人工）放仗。基于此撬碟，EPP作為一種無毒無害的诞挨、可回收的環(huán)保材料，通過“一體化包裝”的方案呢蛤，與“綠色包裝”的理念剛好契合惶傻，實(shí)現(xiàn)可回收循環(huán)使用。

目前其障，無錫會(huì)通輕質(zhì)材料股份有限公司作為國內(nèi)領(lǐng)先的EPP材料的供應(yīng)商银室，一直致力于EPP輕質(zhì)材料的技術(shù)創(chuàng)新，新應(yīng)用開發(fā)静秆。

（2）發(fā)泡聚乳酸材料（EPLA）

 聚乳酸（PLA）作為熱門的可降解材料之一粮揉，尤其是在碳中和的理念下備受關(guān)注巡李。

 PLA可應(yīng)用于食品包裝領(lǐng)域的一次性飯盒抚笔、食品飲料外包裝和高附加值薄膜；在生物醫(yī)療領(lǐng)域侨拦，PLA還應(yīng)用于用于醫(yī)用縫合線殊橙、藥物控釋載體、骨科內(nèi)固定材料狱从、工程支架膨蛮、藥品緩釋控制材料、眼科材料等方面季研。PBAT在食品包裝領(lǐng)域應(yīng)用于一次性塑料袋和一次性餐具敞葛，在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，應(yīng)用塑料包裝薄膜与涡、農(nóng)用薄膜惹谐、一次性塑料袋等。

 換言之驼卖，可降解材料應(yīng)用最多的還在于日常生活中最常見的一次性應(yīng)用領(lǐng)域氨肌，比如飯盒、膜包裝酌畜、塑料袋等怎囚。但在傳統(tǒng)的緩沖包裝領(lǐng)域，可降解材料還處于空白狀態(tài)桥胞。

（3）發(fā)泡熱塑性聚氨酯材料（ETPU）

 TPU是熱塑性聚氨酯彈性體的英文簡稱恳守，是一種由二異氰酸酯考婴、擴(kuò)鏈劑、多元醇組成的嵌段共聚物井誉。

 其中多元醇組成的軟段表現(xiàn)出柔性和韌性蕉扮，而二異氰酸酯作為硬段，賦予材料硬度和剛性颗圣，并且硬段結(jié)晶后作為物理交聯(lián)點(diǎn)喳钟，使TPU表現(xiàn)出高彈性。因此TPU具有拉伸強(qiáng)度高在岂、伸長率大奔则，長期壓縮變形率低等顯著優(yōu)點(diǎn)，而發(fā)泡后的TPU即ETPU蔽午，會(huì)有良好的回彈性易茬，一般泡沫落球回彈值可達(dá)到60%。鞋材應(yīng)用最為典型的例子便是阿迪達(dá)斯的Boost科技——全片式地采用了巴斯夫的ETPU及老，又俗稱爆米花抽莱，可給人帶來傳說中的“踩屎感”穿著體驗(yàn)。

（4）發(fā)泡尼龍彈性體材料(E-PEBAX)

 尼龍彈性體是聚酰胺系熱塑性彈性體的俗稱骄恶，英文名是Thermoplastic polyamide-based elastomer食铐，縮寫為TPAE，是指由剛性聚酰胺硬段和柔性聚醚或聚酯嵌軟段組成的熱塑性半結(jié)晶型共聚物僧鲁。

對(duì)于尼龍彈性體材料來說虐呻，聚醚軟段賦予了它優(yōu)異的柔韌和高回彈性能，聚酰胺硬段賦予了它足夠的剛度寞秃，并且具有出色的低溫抗沖擊性能斟叼。