微孔塑料的研究开发进展

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1、微孔塑料的研究开发进展李明华 摘要：介绍微孔塑料的性能应用、常用制备方法及关键问题，并探讨了我国微孔塑料发展的方向。关键词：微孔塑料  制备方法  性能微孔塑料是一种新型泡沫塑料，其泡孔直径在0.1～10μｍ，泡孔密度在109～1015/cm3之间，材料的密度可比发泡前减少5%～98%[1]。当聚合物中的自由体积和缺陷能被一些微小的孔所取代，微孔将能减缓材料内部的应力集中，从而优化和改善材料的抗冲击性能[]。微孔塑料的研究在国外开展得十分活跃。在1980年美国麻省理工学院的NamP.Suh教授提出通过气体核将非常小的的泡孔引入到塑料制品中去，从而达到既降低成本，又提高性能的双重效

2、果。其设计思想来源于以下事实：（1）当泡沫塑料中的泡孔尺寸小于材料内部的缺陷时，泡孔的存在将不会降低材料的强度；（2）由于微孔的存在使材料中原来存在的裂纹尖端钝化，有利于阻止裂纹在应力作用下的扩展，改善了塑料的力学性能。因此微孔塑料具有比一般泡沫塑料优异得多的机械力学性能。微孔塑料与不发泡的塑料相比，疲劳寿命可延长5倍，断裂韧性可提高近4倍，比强度可提高3～5倍，热稳定性高，导热系数和介电常数低[3]。对于超微孔塑料，由于其泡孔直径(0.1～1μm)已小于可见光的波长，因此可以制成透明泡沫塑料。目前，微孔塑料已成为材料领域的一个研究热点。除了PVC已开发出微孔塑料外，PS也是一类

3、研究较多的微孔塑料。其他的一些用常用发泡剂很难实现发泡的品种也采用了超饱和气体法成功地制得了微孔塑料，如聚碳酸酯[4](PC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯[4](PET)等。由于微孔聚合物的优异性能使其很适合应用于各种包装、隔音材料，航空和汽车零部件，而且具有开孔结构的的微孔材料可用于分离、吸附材料，催化剂的载体、药物缓释材料等很多方面。在有的应用场合，一般的发泡材料因泡孔过大会产生泡孔的塌陷，而使用微孔材料则可以很好的解决这一问题。此外采用微孔发泡技术一般不需使用化学发泡剂分解产生气泡，而多采用超饱和气体注入，这种加工方式将满足日益严格的环保标准。 1 微孔塑料的制备方法微孔塑料的制

4、备方法一般有相分离法、单体聚合法、超临界流体沉析法、超饱和气体法。1.1 相分离法[此方法是先将聚合物溶于一定的溶剂中升高温度，使溶液体系呈均相，再迅速的降温，使体系分相，从而得到带有微孔结构的聚合物，最后将溶剂和聚合物分离(一般采用升华或超临界萃取等方法)。该制备方法主要利用聚合物-溶剂体系相容性对于温度的依赖加以实现。该方法操作较复杂，而且会由于降温过程和溶剂的分离导致泡孔塌陷，这种制备方法出现的较早，目前的研究不是很活跃。1.2 单体聚合法[Raj等人通过微乳液聚合得到了微孔聚合物。他们在甲基丙烯酸甲酯(MMA)、水、十二烷基磺酸钠组成的乳液中，用2,2-二甲氧基-2-苯基

5、-苯乙酮(DMPA)做引发剂聚合得到微孔直径为1～4μｍ的聚合物。研究显示：聚合物的泡孔结构和体系中的含水量有密切的关系，当水的含量小于20%时会形成闭孔结构；当水的含量在20%～80%时会形成开孔结构的微孔塑料，而且水的含量越高，则泡孔结构的直径就越大。在聚合的过程中由于各组分之间的静电作用和位阻效应会破坏材料的微乳液状态，引起相分离，最终破坏材料的微孔结构。因此，在该方法中研究影响泡孔结构的因素十分重要，应尽量使那些因素的影响减小，如通过适当的加快聚合反应速度，使反应在相的重构之前完成。1.3超临界流体沉析法所谓超临界流体是指超过了物质的临界温度和临界压力的流体，既有气体又有

6、液体的优点，它可以象气体一样很容易扩散，同时又有很强的溶解能力，而且其相关的物理性质参数都可通过压力加以控制。1993年，Dixon等人用该方法成功地制备了聚苯乙烯(PS)微孔塑料。具体方法是：先将PS溶于溶剂中，该溶剂可与超临界的CO2相溶，再将该溶剂喷入盛有超临界的CO2的容器内，当溶剂与超临界的CO2接触时，由于溶剂对超临界的CO2的吸收而使体积稀释膨胀，从而改变溶剂和溶质PS间的作用力，降低了溶剂的溶解能力，使PS形成过饱和而沉析出微孔颗粒。研究表明：通过控制压力、温度、溶液初始浓度和溶剂引入速率等参数，可以控制饱和度的变化，进而对微孔的直径加以控制。超临界流体沉析法是国

7、际上正在积极研究的热点工作之一。1.4超饱和气体法目前，在微孔塑料的制备方法中超饱和气体法是最为常用的。该方法利用气体在聚合物中的溶解度对压力和温度的依赖关系，即：使聚合物在高压(一般为6～30MPa)下被惰性气体(常用的为CO2和N2)所饱和，形成聚合物-气体的均相体系，再通过控制温度和压力，降低气体在聚合物中的溶解度，产生超饱和态，从而得到微孔聚合物。超饱和气体法按照生产方式可分成两类：两步法（又称间歇操作法）和连续挤出法。最初微孔塑料的加工生产均采用两步法。用这种方法生产微