超臨界CO2發(fā)泡聚苯乙烯泡沫形態(tài)結(jié)構(gòu)調(diào)控研究.pdf

1、聚苯乙烯(PS)泡沫材料具有優(yōu)異的保溫絕熱性能、緩沖性能、絕緣性能和耐腐蝕性能，傳統(tǒng)的PS泡沫材料都是采用氟利昂類或是烷烴類作為發(fā)泡劑，隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)和生產(chǎn)安全關(guān)注度的提高，CO2作為綠色環(huán)保的發(fā)泡劑是未來應(yīng)用的主要方向，但是CO2在PS中應(yīng)用時(shí)存在溶解度低，擴(kuò)散系數(shù)高等問題，使用其作為發(fā)泡劑，發(fā)泡材料的泡孔結(jié)構(gòu)難以得到有效控制，而泡孔形態(tài)結(jié)構(gòu)對(duì)于泡沫材料的性能具有重要影響，因此如何對(duì)PS和CO2發(fā)泡體系的泡孔形態(tài)結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)控具

2、有重要意義。泡沫材料制備的過程中，氣泡成核是其中最為關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)，使用氣泡成核劑是控制泡孔形態(tài)結(jié)構(gòu)的主要方法，傳統(tǒng)的無機(jī)成核劑由于與聚合物相容性差，不僅在聚合物中很難分散均勻，而且對(duì)聚合物泡沫性能會(huì)產(chǎn)生不利影響。
　　本文提出了以聚合物的交聯(lián)點(diǎn)和共混物中的分散相作為成核劑的新方法，通過調(diào)整分散相和交聯(lián)點(diǎn)的形態(tài)和分布，以達(dá)到調(diào)控泡孔形態(tài)結(jié)構(gòu)的目的，同時(shí)聚合物的交聯(lián)點(diǎn)和共混物中的分散相對(duì)于發(fā)泡劑的溶解度、氣體在熔體中的擴(kuò)散速率等方面

3、都會(huì)產(chǎn)生影響，從而可以控制泡孔的形態(tài)結(jié)構(gòu)。主要研究工作如下:
　　(1)通過溶解—聚合法制備了PS/交聯(lián)PS的共混物，通過調(diào)整單體部分的含量控制PS/交聯(lián)PS共混物中的交聯(lián)程度，從而調(diào)控交聯(lián)點(diǎn)的數(shù)量和分布;采用釜壓發(fā)泡法制備了PS/交聯(lián)PS共混物泡沫，研究了交聯(lián)點(diǎn)數(shù)量和分布與PS/交聯(lián)PS共混物泡沫的泡孔形態(tài)之間的關(guān)系。結(jié)果表明，適量的交聯(lián)單體可以使交聯(lián)點(diǎn)均勻地分散在PS基體中，單體添加量過高，交聯(lián)部分不能均勻地分散在線形部分中，

4、使部分區(qū)域交聯(lián)度過高;PS/交聯(lián)PS共混物的熔體強(qiáng)度會(huì)隨著單體用量的增加而先降低后增大;在PS/交聯(lián)PS共混體系中，交聯(lián)點(diǎn)可以起到異相成核劑的作用，表現(xiàn)出顯著的異相成核行為，在苯乙烯(St)用量24份時(shí)，PS/交聯(lián)PS共混物泡沫的泡孔密度可達(dá)到1.6×108個(gè)/cm3。
　　(2)采用熔融共混的方法制備了PS和無定形聚合物聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯-1，4-環(huán)己烷二甲醇酯(PETG)共混物;采用釜壓發(fā)泡法制各了PS/PETG共混物泡沫;

5、采用二次降壓法調(diào)控泡沫的成核和增長(zhǎng)過程，制備復(fù)合泡孔結(jié)構(gòu)的PS/PETG共混物泡沫。結(jié)果表明，PS/PETG的配比、混煉溫度、密煉機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)對(duì)于PS/PETG共混物的相態(tài)結(jié)構(gòu)有影響;分散相顆粒密度高、分散相顆粒均勻度高，有利于提高泡孔密度和泡孔尺寸的均勻度;通過調(diào)整混煉工藝，可以使PS/PETG共混物的分散相顆粒密度提高到3.32×1011個(gè)/cm3，使用該共混物發(fā)泡可以獲得泡孔密度2.93×109個(gè)/cm3，平均泡孔直徑7.65μm的微孔

6、泡沫塑料;通過控制第一次壓力降和其后的保壓時(shí)間可以獲得具有復(fù)合泡孔結(jié)構(gòu)的共混物泡沫材料，在第一次壓力降為2.5 MPa，第二次保壓時(shí)間為20 min的條件下，可以獲得大泡孔的平均泡孔直徑220.8μm，泡孔密度6.27×105個(gè)/cm3，小泡孔平均泡孔直徑58.4μm，泡孔密度2.62×107個(gè)/cm3的復(fù)合泡孔結(jié)構(gòu)的PS/PETG共混物泡沫。
　　(3)采用熔融共混的方法制備了PS和半結(jié)晶型聚合物聚乳酸(PLA)的共混物，采用反

7、應(yīng)型增容劑調(diào)控PLA分散相在PS中的分散相顆粒數(shù)量、分布和結(jié)晶度。研究結(jié)果表明，反應(yīng)型增容劑可以起到很好的增容作用;由于使PLA的分子鏈由線形結(jié)構(gòu)變?yōu)橹ЩY(jié)構(gòu)，使等溫結(jié)晶過程中的結(jié)晶度降低;PLA作為分散相在PS/PLA共混物的發(fā)泡過程中能夠起到異相成核劑的作用，使泡孔數(shù)量明顯增加;PLA的結(jié)晶能夠阻礙氣體的擴(kuò)散，通過調(diào)控PLA分散相的顆粒密度和PLA的結(jié)晶度，可以獲得泡孔密度9.27×107個(gè)/cm3、平均泡孔直徑66.64μm、表觀

8、密度0.045 g/cm3的PS/PLA共混物泡沫材料。
　　(4)采用溶解-聚合法制備了PS/交聯(lián)聚丙烯酸甲酯(PMA)的共混物和PS/交聯(lián)苯乙烯-丙烯酸甲酯共聚物[P(St-MA)]共混物，并研究了PS/交聯(lián)PMA和PS/交聯(lián)P(St-MA)共混物結(jié)構(gòu)和性能對(duì)共混物泡沫形態(tài)結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明，與St相比，MA單體與PS溶解的過程中存在相容性差的問題，濃度過大時(shí)，聚合時(shí)容易導(dǎo)致局部交聯(lián)點(diǎn)密度過高，從而使分散性下降;使用St作為

9、共聚單體，能夠提高M(jìn)A、偶氮二異丁腈(AIBN)在PS中分散的均勻程度，由于MA的活性較高，可以減少線形PS部分的降解，從而降低體系的凝膠率;MA的引入能提高體系的成核效率，PMA的表面張力高，其成核效率比交聯(lián)PS中的交聯(lián)點(diǎn)的成核效率高，并且MA的加入能夠提高體系中CO2的溶解度，從而可獲得泡孔密度高、泡孔尺寸大、表觀密度低的PS發(fā)泡材料，MA含量9.6份時(shí)，PS/交聯(lián)P(St-MA)共混物泡沫的泡孔密度為1.01×108個(gè)/cm3，平