中科院长春应化所唐涛研究员课题组：利用水的相变热调控聚丙烯发泡材料的泡孔结构
聚合物发泡材料(俗称泡沫材料)在轻量化、保温隔热、吸能降噪等方面具有重要的应用价值。目前热塑性聚合物发泡领域面临的问题是如何高效率制备出尺寸大的发泡制品，特别是半结晶聚合物(如：聚丙烯(PP)树脂)。其难点在于形成发泡结构后，泡孔壁由无数厚度小的聚合物薄膜组成，由于热量导出困难，聚合物发泡体内部熔体不能快速冷却，导致泡孔壁破裂，甚至泡孔结构塌陷、合并等，严重制约了高性能聚合物发泡材料的制备及其发泡产品的应用。如何设计一种材料体系使其自身在发泡过程中具有原位冷却的作用，进而提高泡孔定型能力，是亟待探索的重要问题。
(图一 聚丙烯发泡过程中水原位冷却机理示意图)
基于上述背景，中国科学院长春应用化学研究所唐涛研究员课题组在《高分子学报》2017年第12期发表的快报中以二氧化碳物理发泡制备PP泡沫的模压工艺为例，将少量聚乙二醇(PEG)加入到PP中形成共混物(PP/PEG)，使PP体系具有吸水性。其中，PP共混物中吸附的水在发泡过程中可以同时起到助发泡剂和原位冷却剂的作用，进而实现对泡沫定型阶段的控制。
实验证明，纯PP几乎不吸水，而PP/PEG共混物对水的吸附量明显提高。对比泡孔结构，他们发现PP/PEG泡沫表层泡孔和芯部泡孔的尺寸、孔密度、闭孔率差异性很小；而纯PP泡沫芯部泡孔直径明显大于表层泡孔直径，且芯部泡孔密度和闭孔率明显低于表层，说明纯PP样品在发泡后期，泡沫内部泡孔存在并孔和塌陷的现象。
(图二 PP泡沫和PP/PEG泡沫表层和芯部泡沫的SEM照片)
他们进一步采用红外成像仪在发泡样品取出后快速测试了样品内部与表层温度。从红外成像照片可以看到，PP/PEG共混物泡沫样品的内部温度明显低于纯PP泡沫样品。这一结果证明吸附的水确实起到原位冷却作用，从而促进泡孔壁的冷却和定型，防止了泡沫芯部泡孔合并和塌陷现象发生。上述发现为高效制备结构均匀的聚合物发泡材料奠定了理论基础。
（图三 发泡后快速取出的泡沫样品温度分布的红外成像照片）
李明罡助理研究员是该论文的第一作者，唐涛研究员和姜治伟副研究员为通讯作者。该项工作得到国家自然科学基金委(基金号2130408951233005)和国家高技术研究发展计划(863计划，项目号2015AA033901)资助.
论文链接：
http://www.gfzxb.org/CN/abstract/abstract14960.shtml
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