纳米孔结构聚合物发泡材料的制备与性能研究进展.pdf

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1、第31卷第6期2015年12月化学反应工程与工艺ChemicalReactionEngineeringandTec

2、lnologyvol31．No6Dec．2015文章编号：100l—7631(2015)0仁0499-_08纳米孔结构聚合物发泡材料的制备与性能研究进展袁绍杰，余嘉琪，陈枫，范萍，钟明强，杨晋涛浙江工业大学化学工程与材料学院，浙江杭州310叭4摘要：综述了近几年来具有纳米孔结构聚合物发泡材料的制备方法，主要包括嵌段共聚物、纳米复合材料和聚合物共混物发泡以及改进的传统制备方法，并对其独特的

3、热学、力学、电学和光学性能进行介绍。最后，对其未来的发展方向进行了展望。随着研究的深入，纳孔发泡材料的制备工艺和性能将会进一步优化。关键词：发泡纳米结构聚合物纳米孔材料中图分类号：TQ328文献标识码：A发泡材料是聚合物应用的一个重要领域，与人类的生产生活息息相关。传统的发泡材料泡孔尺寸一般均大于50岬，力学强度低，主要用于保温隔热。具有微孔结构(泡孔尺寸1～lO岬)的发泡材料具有强度高、韧性好、疲劳寿命长及热稳定性好等特点，能够部分替代本体材料使用，目前已有部分商品化产品面世。通常，发泡材料的泡孔尺

4、寸越小，泡孔密度越高，其力学和隔热等性能越高，特别是当泡孔尺寸低于100nm时，这些性质甚至出现质的飞跃，因此，具有纳米孔结构的聚合物发泡材料成为该领域的一个研究热点，受到越来越多工业界和学术界的关注。纳米孔结构的聚合物发泡材料的泡孔直径小(10～100nm)，泡孔密度高(1015～1018个／cm3)ll’2J，而在聚合物发泡过程中，泡孔成核的临界尺寸约为10m，且一旦孔核形成后，泡孔迅速增大，因此，与微孔发泡材料相比，纳米孔发泡材料的制备难度大大增加，传统制备方法已无法胜任。随着研究的不断深入，人

5、们开发了一系列新的制备方法和体系，如：改进的传统发泡法；利用聚合物共混、接枝或嵌段共聚物等方式实现纳米分散相结构，然后采用蚀刻、分散相发泡等。其中，利用嵌段共聚物构建纳米结构的方法受到了广泛关注[31。纳米孔发泡材料因具有更小的泡孔尺寸和更高的泡孑L密度，其机械性能、透光性、吸音及电绝缘性能等与微孔发泡材料相比也有显著提高甚至有质的飞跃，以热绝缘性为例，根据Knudsen效应，如果将气体分子限制在尺寸接近甚至小于平均自由路径的泡孔内，由气体分子造成的传热会大大降低甚至完全消除。纳米孔聚合物发泡材料已经

6、在一些领域中得到应用，如纳米开孔薄膜应用于蓄电池隔板，高比表面的纳米孑L发泡材料用于储藏气体【4J和用作催化剂载体【5J，除此之外，纳米孔发泡材料还有很多潜在的应用。本工作对聚合物纳米孔发泡材料的主要制备方法，特别是利用超临界二氧化碳(scC02)为发泡剂的制备方法进行分类介绍，综述了聚合物纳米孔发泡材料的基本性能，并进行了展望。收稿日期：2015。03．26：修订日期；2015—10一27。作者简介：袁绍杰(1989一)，男，硕士研究生；杨晋涛(1978一)，男，副教授，通讯联系人。E—mail：y

7、an百t@zjut．edu．cn。基金项目：国家自然科学基金项目(50903070，51273178，21274131)；浙江省基金项目(LYl2E03004)；浙江省重点创新团队项目(2009R50010)。500化学反应工程与工艺2015年12月1制备方法1．1改进传统制备法发泡降压法是聚合物发泡传统方法之一，该法是将样品在一定温度和压力下放入反应釜中，在scc02环境中饱和特定时间之后，快速泄压并迅速冷却定型，得到发泡材料。这种发泡方式所得材料的泡孔直径较大，泡孔密度较小，且样品边缘存在较厚的未

8、发泡区域，其扫描电镜(SEM)照片如图1(a)所示。siripurapu掣61对加压发泡法进行改进，制备了具有纳米孔结构的发泡材料，即采用两块表面平滑的不锈钢板将厚度为100岫的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)样品夹紧的方法来阻止发泡时C02的逃离，如图l(b)所示。在这种情况下，C02只能从薄膜边缘逸出，使得在体系降压时C02的逃逸率大大减小，所得发泡材料的泡孔直径通常为100～300nm，且样品边缘未发泡区域也大大减小。随着样品厚度的减小，泡孔直径能减小到100I吼以下。研究表明，饱和压力、增加降压速

9、率和降低温度均有利于泡孔直径的减小和泡孔密度的增加。该法基于传统方法，操作简便，易于工业化放大生产，但仅限于薄膜材料的制备，而对于聚合物块体材料很难实施。图1PMMA纳孔材料的SEM照片Fig．1SEMimagesofPMMAnanoceUularmaterial1．2高玻璃化转变温度的聚合物发泡对于某些具有高玻璃化转变温度的聚合物，例如聚苯乙烯(PS)和聚醚砜(PES)等，玻璃化转变温度通常高于100℃，可利用升温发泡法，通过控制发泡温度实现纳米孔结构