[发明专利]一种聚合物发泡材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚合物发泡材料的制备方法，尤其涉及一种采用超临界流体制备聚合物发泡材料的方法。

背景技术

泡沫塑料作为一种以气体为填料的新型复合材料，不仅质量轻，省材料，比强度高，而且具有优良的隔热、隔声、缓冲等性能，因此在工业、农业、包装业、交通运输、日用品甚至IT以及航空航天、可控膜分离等高新技术领域都有着广泛的应用。聚合物的发泡和成型技术的应用主要集中在聚苯乙烯、硬（软）质聚氨酯、硬（软）质聚氯乙烯、聚烯烃、海绵橡胶等聚合物，近年来在国际、国内市场的需求量均持续快速增长。时至今日，泡沫塑料及其成型技术已成为聚合物加工成型领域中的重要组成部分。

以发泡气体产生时是否发生化学变化作为分类标准，传统的聚合物发泡方法通常可以分为物理发泡法和化学发泡法。化学发泡法的应用虽十分普遍，但随着对环境保护、消费后塑料回收和制品性能价格比等要求的提高，以CO₂、N₂、丁烷和戊烷等物理发泡剂为主的物理发泡法愈发得到广泛重视。尤其是进入上世纪90年代后，以超临界流体（CO₂、N₂等）为物理发泡剂进行的聚合物微孔发泡成型技术得到了飞速发展。以此衍生出固态间歇成型、半连续加工成型、挤出成型以及注塑成型等一系列工艺方法。

传统的超临界二氧化碳间歇发泡过程是在二氧化碳渗透进聚合物基体后，通过快速卸压在聚合物基体内产生泡孔。通常来说，这种方法生成的泡孔孔径大约在10μm左右，孔密度约为109cells/cm³。聚合物泡沫材料的性能和应用在很大程度上取决于其基体内的泡孔形貌。特别是当孔径小于1μm时，聚合物泡沫塑料具有普通发泡材料无法具备的一些优异性能，比如优异的机械性能、超低的介电常数、超高的透光性等。

另一方面，寻找一种通过降低孔径提高孔密度从而获得均匀分布的纳米泡孔形貌也是一个很大的挑战。在目前的聚合物微孔发泡工艺中，还未发现利用挤出和注塑发泡技术来制备纳米孔的相关报道，而对于聚合物固态间歇发泡，有几个制备出纳米泡孔的例子：有人利用纳米分相的嵌段共聚物，通过不发泡相对泡孔生长的限制制备出了纳米发泡材料，但这一过程对嵌段共聚物两相材料的选择要求较高，生产效率低，并且很难工业化；也有人通过快速升温法制备出纳米孔径的聚酰亚胺发泡材料，但这一过程需要极长的饱和时间，并且只适用于聚酰亚胺这类高T_g的无定形材料。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述的技术现状而另提供一种采用超临界流体制备聚合物发泡材料的方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种聚合物发泡材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

①将聚合物颗粒通过挤出机混炼挤出或通过注塑机注塑，获得聚合物样品；

②将步骤①获得的聚合物样品置于超临界流体中进行溶胀渗透，然后快速卸压，得到聚合物发泡材料。

步骤①中，所述挤出机或注塑机的工作温度为150～500℃。

步骤①中，所述挤出机的螺杆转速为10～100转/min。

将步骤①制取的聚合物样品置于高压模具内，模压机和模，高压模具密封，再充入二氧化碳吹扫高压模具，将模具内空气置换干净，充入超临界流体对聚合物样品进行溶胀渗透，然后快速卸压，得到聚合物发泡材料，高压模具内温度为30～500℃，压力为5～35MPa，溶胀渗透时间为0.1～5h。

所述超临界流体为二氧化碳和氮气中的一种或两种以任意比例的共混气体。

所述快速卸压指将超临界流体通过减压装置瞬间急速降压。

所述聚合物为聚丙烯、聚乙烯、聚乳酸和聚对苯二甲酸乙二醇酯的一种或一种以上的共混物。

所述聚合物发泡材料的平均孔径为20～300nm，孔密度为10¹⁰～10¹⁴个/cm³，体积膨胀倍率为1.05～2倍。

与现有技术相比，本发明的优点在于：利用结晶型聚合物在强剪切流动过程中会生成串晶结构这一特点，在对聚合物进行超临界流体溶胀渗透处理前，先使用挤出机混炼挤出或通过注塑机注塑，通过调节挤出或注塑过程参数制备具有串晶结构的聚合物样品。本方法利用无定形区不发泡的原理将泡孔成核和生长限制在纳米级分相的无定形区，并结合超临界流体对聚合物的塑化作用，控制发泡工程工艺制备具有均匀的纳米泡孔结构的聚合物泡沫。本方法过程简单，易于工业化，并且适用于大部分结晶型聚合物，且发泡效果好。