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微孔塑料的制备方法

www.injtrain.com 2010年05月07日 11时19分18秒 未知 浏览:

微孔塑料的制备方法一般有相分离法、单体聚合法、超临界流体沉析法、超饱和气体法。

 1、相分离法

此方法是先将聚合物溶于一定的溶剂中升高温度,使溶液体系呈均相,再迅速的降温,使体系分相,从而得到带有微孔结构的聚合物,最后将溶剂和聚合物分离(一般采用升华或超临界萃取等方法)。该制备方法主要利用聚合物 - 溶剂体系相容性对于温度的依赖加以实现。该方法操作较复杂,而且会由于降温过程和溶剂的分离导致泡孔塌陷,这种制备方法出现的较早,目前的研究不是很活跃。

2、单体聚合法

Raj等人通过微乳液聚合得到了微孔聚合物。他们在甲基丙烯酸甲酯(MMA)、水、十二烷基磺酸钠组成的乳液中,用2,2-二甲氧基-2-苯基-苯乙酮(DMPA)做引发剂聚合得到微孔直径为1~4μm的聚合物。研究显示:聚合物的泡孔结构和体系中的含水量有密切的关系,当水的含量小于20%时会形成闭孔结构;当水的含量在20%~80%时会形成开孔结构的微孔塑料,而且水的含量越高,则泡孔结构的直径就越大。在聚合的过程中由于各组分之间的静电作用和位阻效应会破坏材料的微乳液状态,引起相分离,最终破坏材料的微孔结构。因此,在该方法中研究影响泡孔结构的因素十分重要,应尽量使那些因素的影响减小,如通过适当的加快聚合反应速度,使反应在相的重构之前完成。

3、超临界流体沉析法

所谓超临界流体是指超过了物质的临界温度和临界压力的流体,既有气体又有液体的优点,它可以象气体一样很容易扩散,同时又有很强的溶解能力,而且其相关的物理性质参数都可通过压力加以控制。1993年,Dixon等人用该方法成功地制备了聚苯乙烯(PS)微孔塑料。具体方法是:先将PS溶于溶剂中,该溶剂可与超临界的CO2相溶,再将该溶剂喷入盛有超临界的CO2的容器内,当溶剂与超临界的CO2接触时,由于溶剂对超临界的CO2的吸收而使体积稀释膨胀,从而改变溶剂和溶质PS间的作用力,降低了溶剂的溶解能力,使PS形成过饱和而沉析出微孔颗粒。研究表明:通过控制压力、温度、溶液初始浓度和溶剂引入速率等参数,可以控制饱和度的变化,进而对微孔的直径加以控制。超临界流体沉析法是国际上正在积极研究的热点工作之一。

4 、超饱和气体法

目前,在微孔塑料的制备方法中超饱和气体法是最为常用的。该方法利用气体在聚合物中的溶解度对压力和温度的依赖关系,即:使聚合物在高压(一般为6~30MPa)下被惰性气体(常用的为CO2和N2)所饱和,形成聚合物-气体的均相体系,再通过控制温度和压力,降低气体在聚合物中的溶解度,产生超饱和态,从而得到微孔聚合物。

超饱和气体法按照生产方式可分成两类:两步法(又称间歇操作法)和连续挤出法。最初微孔塑料的加工生产均采用两步法。用这种方法生产微孔塑料能比较容易地控制微孔塑料内的泡孔大小与密度,也易于分析影响微孔塑料产品的各种因素。生产微孔塑料的两步法是间歇生产法,该方法生产周期长,产量低,但能加工成型较复杂的微孔塑料产品。为了满足大规模生产的需要,必须使微孔塑料的生产能连续进行。最近几年,有关微孔塑料的研究重点已转到微孔塑料连续挤出方面。

4.1两步法

首先将待加工聚合物放在一个压力容器中,在一定的压力和温度下,被某一非反应气体所浸润,这一浸润时间应足够长(超过20h)以达到气体在聚合物中均匀浓缩,得到饱和聚合物-气体均相体系,这是在聚合物中获得均匀的气泡核的必要步骤。这一浸润过程通常在常温下进行,但较高的温度可以加速气体在聚合物中的扩散,缩短浸润时间。然后,将处在饱和状态下的聚合物加热到发泡温度,此温度接近聚合物的玻璃化温度,由于热力学体系的不稳定,使得聚合物内部形成大量细密的气泡核,之后膨胀、固化定型得到微孔塑料。由于在玻璃化温度附近聚合物的高粘性,气泡生长很慢,因此可通过控制发泡时间和发泡温度来调节气泡大小和泡沫密度至所需程度。

4.2连续挤出法

因为两步法制备微孔塑料不能实现连续生产,限制了其商业化应用。很多学者因此转而研究微孔塑料的连续挤出成型。Kumar于80年代末期利用改进的热成型加工技术,开发出了一种微孔塑料半连续挤出工艺。接着,美国麻省理工学院(MIT)又开发了微孔塑料连续挤出工艺和设备。整个微孔塑料的连续挤出过程可分为两步,首先是要形成气体-聚合物均相体系。然后,让气体从聚合物中析出,形成泡核,泡核再进一步长大。当泡核长大到一定尺寸时,对其冷却定型就可得到微孔塑料产品。

微孔塑料连续挤出时,聚合物粒料由料斗送进单螺杆挤出机,气体从单螺杆挤出机均化段注入聚合物熔体,经过螺杆的剪切、混合器的混合,聚合物-气体两相体系逐渐变为聚合物-气体均相体系,成为聚合物-气体均相体系的熔体再经过成核定型机头。
 

(编辑:huananzhusu)
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