[发明专利]一种无表面气痕的超微孔聚合物材料制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超微孔聚合物材料的制备方法，尤其涉及一种无表面气痕的超微孔聚合物材料的非超临界发泡制备方法。

背景技术

传统的发泡加工方法会导致较宽的孔径分布、较低的单位体积孔数量和较大的孔尺寸，这些大而尺寸不均的泡孔会导致产品力学性能的显著下降。同时，较差的表面质量、较低的热变形温度和较差的尺寸稳定性也是限制传统发泡聚合物材料应用的关键问题。微孔发泡聚合物材料则能在较大程度上解决这些问题。微孔聚合物技术最初于1979年由麻省理工学院（MIT）的Nam P. Suh教授发明，具体描述可见U.S. Patent 4473665（1984）。超微孔聚合物材料是指孔径介于0.1～1 μm之间、单位体积孔数量达到10¹²/cm³以上的微孔聚合物材料，其基体组成包括各种热塑性和热固性塑料以及弹性体。相对于一般的微孔聚合物材料，超微孔聚合物的综合性能更加优异。超微孔结构能够有效提高材料的冲击强度，不损失或较少损失材料的拉伸和弯曲强度，同时降低材料密度和用量。超微孔聚合物材料的孔结构和材料表面质量，对其力学性能和最终应用都具有决定性影响。

目前，可用于制备超微孔聚合物的技术非常有限，即MuCell技术。但其需要非常苛刻的条件，如非常高的压力和压降速率，以及昂贵的设备投资，显著增加了生产成本。此外，MuCell技术无法解决材料表面质量问题，如表面气痕，也是限制其技术应用的重要因素。表面质量问题限制了微孔及超微孔塑料在很多领域的应用。尽管目前已经有很多方法用以控制样品表面质量问题。如采用背压加工方法控制表面气痕，背压可以防止聚合物-气体体系在注塑阶段发泡，注塑完成后再将背压释放；共注射塑模方法，其主要手段是将一定量的固态皮层材料在发泡芯材料注塑之前注塑到模具中；也可通过对模具进行快速和精确控温，通过提高模具温度，随着熔体进入模腔，增大的压力会使表面气痕消失，气体重新溶解到熔体中。上述几种方法虽然可以在一定程度上改善表面质量，但也增加了设备和制造的复杂程度和成本，延长加工周期，

目前，对于传统发泡材料表面质量问题的解决方法是发泡剂的胶囊化，即热膨胀微球。热膨胀微球最早由Dow化学公司在七十年代初发明，具体描述可见US Patent 3615972 （1971）。相对于常用的化学或物理发泡剂，热膨胀微球具有易于使用和控制等优势，容易产生均匀的闭孔结构，且结构稳定性好。由于烃类化合物是胶囊化于核壳结构中，使用热膨胀微球可尽量避免基体聚合物的熔融指数和气体阻隔性能的影响。此方法不但可以有效限制发泡剂气体的扩散，且加工简单，加工窗宽，更容易控制泡孔结构，不需要高压和高压降速率，通过传统聚合物加工方法进行发泡塑模，不需要使用特殊设备，成本低廉。然而，利用现有热膨胀微球合成技术得到的微球尺寸都在10-50 μm范围，且微球加热膨胀（几十倍）后尺寸会更大，因此不能用于微孔聚合物材料的制备。

因此，克服现有超临界流体超微孔聚合物制备技术的缺陷，通过简单、快速、经济的方法制备出无表面气痕的超微孔聚合物材料是一项亟待解决的问题。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种简单、快速、易于控制孔尺寸、单位体积孔数量且不会在制品表面产生气痕的聚合物超微孔材料的方法。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案包括下列步骤：

1) 采用一步相分离乳液聚合方法制备聚合物纳米核壳粒子；

2) 利用所制得的聚合物核壳粒子，通过熔融共混或原位聚合方法得到超微孔聚合物材料。

进一步地，本发明所述的超微孔聚合物材料采用聚合物纳米核壳粒子作为填充材料，聚合物核壳粒子壳层具有化学交联结构。

进一步地，本发明所述的聚合物纳米核壳粒子的配方如下：所用的单体为苯乙烯，分两阶段加入；连续相蒸馏水与单体的质量比约为1.48；单体溶剂异辛烷与单体的质量比区间约为0.41～0.77；引发剂过硫酸钠与单体的质量比区间约为0.01～0.02，以水溶液形式分两阶段加入；分子量调节剂叔十二烷基硫醇与单体的质量比区间约为0.05～0.09；乳化剂十二烷基磺酸钠和十二烷基苯磺酸钠与单体的质量比分别约为0.0068和0.0057，以水溶液形式加入；交联剂二乙烯基苯与单体的质量比区间约为0.06～0.16；共单体甲基丙烯酸与单体的质量比约为0.017，分两阶段加入；界面张力调节剂甲醇与单体的质量比区间约为0.15～0.44。

进一步地，本发明所述的聚合物纳米核壳粒子的制备方法包括以下步骤：