超临界流体技术在微孑发泡聚合物制备中的应用L

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1、，东塑料pI~IITIClii；；iiii；盖ii2005．No01—35期超临界流体技术在微孑L发泡聚合物制备中的应用张建伟王澜王佩璋北京工商大学100037摘要：介绍了超临界流体技术和微孔聚合物的概念及优点。着重介绍了超临界流体技术在微孔聚合物制备中的应用及发展状况，并简单介绍了制备微孔聚合物的影响因素，最后阐述了对超临界流体技术的展望和建议。关键词：超临界流体微孔聚合物发泡应用微孔发泡塑料(以下简称微孔塑料)是指一种泡孔1879年又发现了它具有特殊的溶力，1933年在超临直径在0．1-10m(比普通泡沫塑料泡孔小几百

2、倍)，泡界状态下发现了乙烯的聚合，1970年以来用超临界作孔密度在1xlO9-lxlO”个om，材料密度比发泡前降为咖啡因的萃取剂业已实现了工业化生产。低5％-95％的新型泡沫材料。与一般塑料相比，微孔图1所示为物质的压力一温度图，其中c点为物塑料具有一系列的优点，如质轻、比强度高、能够吸收质的临界点，该点相对应的温度和压力分别称为临界冲击能、隔热、隔音性能好等。适合用作包装材料、航温度Tc和临界压力Pc，图中高于临界温度和临界压空和汽车工业零部件、隔音材料等，开孔结构的微孔力的阴影区域即为超临界状态。处于超临界状态的流发

3、泡塑料则适合用作分离、吸附材料、催化剂载体、药体称为超临界流体，此时气液的分界面消失，体系的物缓释材料等。性质变得均一，不再分为气体和液体。微孔塑料采用物理发泡成型，所用发泡剂为CO：和N等小分子气体，目前人们多以超临界流体为发泡剂。用超临界CO作发泡剂除具有无毒、成本低、不污染环境、表面张力小等优点外，还具有类似液体的溶解度和类似气体的扩散系数，容易在聚合物中迅速溶解，其自成核能力有助于形成大量的气泡核。1超临界流体技术超临界流体(Supercriticalfluids，简称SCF)，是指某种物质在临界点(临界温度，临界

4、压力)以上，所具有不同于液体或气体的独特物性的流体，既具有气体的特性又具有液体的特性，因此可以说，超临界流体是温度存在于气体、液体这两种流体状态以外的第三流体。图1纯物质的压力一温度图早在1821年人们就发现了这种超临界CO：现象，超临界流体相比液体没有太大的差别，但是，它作者简介：张建伟，1981年出生，男，在读研究生，研究方向为模有不同于液体的特性，这就是当加压时它会被压缩，具设计。从而密度增大。由于密度与溶解度有关，因此，在超Il伍径。(4)同时还具有无毒、不可燃和有高纯的工业产品界流体状态下，可以通过调节控制压力，

5、使超I临界流等特点。由于在微发泡聚合物制备中使用超I临界C02体的溶解能力产生大幅度的变化。也就是说，控制压具有E述优点，90年代中后期，在工业上得到了极为．力可以调节溶解度的变化。这就提供了一种对不同的广泛的应用，有关微发泡聚合物的研究大多围绕着超_对象物质，分别进行溶解与分离的可能性。临界CO：展开。另外，超I临界流体的粘性与气体很相近。因此，超临界流体可以与气体一样穿过很细的管子而高速流通。超I临界流体的扩散系数处于气体与液体之间，比起液体来，超I临界流体中，物质的移动以及浓度平衡状态的建立要比在液体相中快得多。这标

6、志着超I临界流体有很强的扩散能力。扩散系数【cm2／s)粘度【g／cm·s)密度【g／cm)1O10I．1口101O’10图2超临界流体与气体和液体的物性比较31．1℃温度T(oC)图2表示了超I临界流体的特性。由图可见，扩散图3二氧化碳的相变图系数处于气体与液体之间，粘度与气体相近，密度与图3表示了二氧化碳随着温度、压力的变化而发液体相近。这些基本性质决定了超临界流体的物理性生相应变化的过程，叫作二氧化碳的相变图。由图可以质看出，二氧化碳的临界点为31．I~C，75．2kg／cm，在超过表1几种常见物质的临界参数该温度压

7、力值以上的区域范围内，二氧化碳成为超临界体。2微孔聚合物微孔聚合物的基本概念是在1980年由美国麻省理工学院的Suh教授提出的。他的基本设想是如果泡孔尺寸小于聚合物材料中业已存在的I临界裂纹尺寸，则可加入足够数目的泡孔，使得材料密度降低而又不常见的几种超临界流体的临界参数列于表1中。会失去必要的力学幽毙，从而达到降低成本、提高材料而这些物质在具体应用方面又有不同的特点，如N的性价比的目的。这种微孔泡沫塑料作为一种新型发泡溶解性较低，水有一定的腐蚀性，溶解性也较低，其它甥料，最先在美国作为汽车保险杠材料。它的耐冲击有机溶剂对

8、环境有不利影响等，而CO却具有独特的性、韧性、刚性及耐久性比未发泡塑料(单位重量)的均优势：(1)临界温度较低，在室温附近即可实现超临界有大幅度提高，比先前发泡塑料的物性也要高得多，它操作，且临界压力并不高，设备加工也不困难。(2)传质还可用于宇航、电子及运动器械诸领域。这种新型发泡系数高，可在较短的时