[发明专利]双峰闭孔结构的发泡聚合物复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种双峰闭孔结构的发泡聚合物复合材料及其制备方法，该复合材料由基体材料和无机纳米填料组成，无机纳米填料的量为基体材料重量的0.05wt％～1.0wt％，该复合材料同时具有闭孔结构的大孔和闭孔结构的小孔，小孔的孔径分布在0.5～3μm之间，大孔的孔径分布在5～30μm之间。其制备方法为：将无机纳米填料均匀分散到基体材料中形成复合材料并制成成型坯体；(2)将成型坯体置于反应釜中，将反应釜的温度升至T℃，T_g＜T＜(T_g+20℃)，向反应釜中通入CO₂至反应釜中的压力达到20～30MPa，使成型坯体在超临界CO₂中保持至少2h，然后将反应釜中的压力快速降至常压使成型坯体发泡，再冷却定型即得。

技术领域

本发明属于多孔聚合物材料领域，特别涉及一种双峰闭孔结构的发泡聚合物复合材料及其制备方法。

背景技术

具有双峰孔结构的发泡聚合物材料是指同时具备大孔和小孔，并且两种孔的孔径差异较大的多孔材料。目前，制备双峰闭孔结构的发泡聚合物材料的方法主要分为一步发泡法和两步发泡法。

两步发泡法是指制备好样品或粗产物后通过改变发泡条件两次发泡成型制得双峰闭孔结构的发泡聚合物材料，主要包括两步升温法和升温降压协同法，现有的两步发泡法存在着工艺繁琐、生产周期长的不足，由于温控的准确性难以保证，因而还存在着发泡产品质量的可控性较差的缺点。

一步发泡法是指制备好样品或粗产物后通过一次发泡成型制得双峰闭孔结构的发泡聚合物材料，主要包括双组分法和双发泡剂法。双组份法是将两种不同的聚合物混合后挤出发泡得到双峰闭孔结构的发泡材料，Wang等将聚丙烯(PP)/聚苯乙烯(PS)熔融共混，然后采用超临界二氧化碳挤出发泡，获得了同时具有闭孔结构的大孔和小孔的发泡材料(Wang K, Pang Y,Wu F,et al.The Journal of Supercritical Fluids,2016,110:65-74.)。该方法对两种聚合物的发泡行为有较高的要求，必须选取在发泡时能形成泡孔尺寸和密度差距很大的两种聚合物材料，存在着材料选择的限制较大的不足，同时，由于高分子化合物之间的相互作用力通常较弱，这使得双组份法制备的发泡材料的机械性能较为有限。双发泡剂法是在挤出发泡过程中通过加入两种物理发泡剂，从而制备双峰闭孔结构的发泡聚合物材料，Zhang等将水和超临界二氧化碳两种发泡剂同时注入挤出机中，制备了同时具有闭孔结构的大孔和小孔的PS 发泡材料(Zhang C,Zhu B,Li D,et al.Polymer,2012,53(12):2435-2442.)。该方法采用水和超临界二氧化碳为发泡剂，由于在发泡过程中水会转变为水蒸气，挤出压力难以准确控制，产品性能的可控性还有待提高。双组分法和双发泡剂法均需要采用超临界CO₂挤出发泡，现有的挤出发泡设备采用两台挤出机通过双泵注入气体，这对挤出发泡设备的气密性要求很高，设备成本高昂，不利于产业化生产，特别是双发泡剂法需要同时注入水和CO₂作为发泡剂，会进一步增加对挤出发泡设备的气密性的要求，设备成本更高。现有一步发泡法制备的双峰闭孔结构的多孔聚合物材料的孔径较大，大孔直径一般大于300μm，小孔直径一般大于100 μm，这会造成发泡材料的力学强度较低，力学性能还有待提高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种双峰闭孔结构的发泡聚合物复合材料及其制备方法，以降低生产成本、提高方法的可控性，并改善双峰闭孔结构的发泡聚合物材料的力学性能。

本发明提供的双峰闭孔结构的发泡聚合物复合材料，由基体材料和无机纳米填料组成，基体材料为非晶热塑性聚合物，无机纳米填料的量为基体材料重量的0.05wt％～1.0wt％，该发泡聚合物复合材料同时具有闭孔结构的大孔和闭孔结构的小孔，小孔的孔径分布在0.5～3 μm之间，大孔的孔径分布在5～30μm之间。