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聚苯乙烯微孔材料的制备及性能研究(3)

时间:2018-04-28 18:05来源:毕业论文
超临界二氧化碳(Sc-CO2)是最常用的超临界流体之一,其在发泡领域的应用极为广泛,目前已成功替代了许多物理和化学发泡剂,成为近年来工业生产和科


超临界二氧化碳(Sc-CO2)是最常用的超临界流体之一,其在发泡领域的应用极为广泛,目前已成功替代了许多物理和化学发泡剂,成为近年来工业生产和科学研究的热点[12] 。
 纯流体温度和压力的关系图
图1.1 纯流体温度和压力的关系图
表1.1 常见流体的临界参数
物质名称    临界温度/℃    临界压力/MPa
CO2    31.1    7.37
乙烯    9.3    5.04
乙烷    32.3    4.88
氮    -147.0    3.39
氨    132.5    11.28
甲醇    293.4    8.10
乙醇    243.0    6.38
甲苯    318.5    4.11
环己烷    280.3    4.07
水    374.2    22.05
表1.2 气体、液体和超临界流体的性质比较
流体/性质    密度/ (g/cm3)    粘度/ (Pa•s )    扩散系数/ (cm2/s)
气体    10-3    10-5    10-1
超临界流体    0.1~0.5    10-4~10-5    10-3
液体    1    10-3    10-5
采用超临界CO2制备聚苯乙烯微孔材料具有许多优点[13-15]:
(1) 超临界CO2的临界温度为31.1℃、临界压力为7.37MPa,因而可以容易地实现超临界流体操作;并且CO2的临界压力低,设备加工较为安全;
(2) 超临界CO2的黏度与气体相近,扩散系数比液体大2个数量级,因而具有较好的流动性、渗透性和传递性,可以较快速地在聚合物熔体中达到平衡浓度,从而大大缩短了加工时间,使得聚苯乙烯发泡材料的工业化生产成为可能;
(3) 超临界CO2在聚合物中的溶解能力随温度和压力而变化,可以通过改变温度或者压力,来调控超临界CO2在聚合物熔体中的溶解情况,控制聚合物发泡。
(4) 在相同的温度下,使用超临界CO2作为发泡剂可以达到更高的平衡浓度,根据经典成核理论,成核速率随之增大,从而可制得发泡性能更好的聚苯乙烯微孔材料,其泡孔孔径更小、泡孔密度更大;
(5) CO2化学性质稳定,无色、无臭、无毒性,不腐蚀、不易燃、不爆炸,对环境友好、来源广泛、价格低廉。
基于超临界CO2的以上优点,用它取代传统的物理和化学发泡剂,已成为聚苯乙烯发泡研究和生产的必然趋势之一。
1.3  聚苯乙烯微孔材料
1.3.1  使用纳米填充改性聚苯乙烯微孔材料
为了改善聚苯乙烯的发泡性能,常常采用引入纳米填料的方法,引导异相成核。由于纳米粒子具有许多特殊性质,比如尺寸极小,往往在纳米级别,因而具有极大的比表面积,在聚合物发泡过程中,可以提供大量的成核点,并且为CO2的吸收提供更大的界面积,从而促进和加强泡核的形成[18]。
研究表明:聚合物发泡体系中加入少量纳米填料后,可以降低微发泡材料的泡孔尺寸1个数量级,增加泡孔密度2-3个数量级[19]。这是因为无机粒子加入到聚合物中,引导能垒远低于均相成核的异相成核作用发生,从而有利于制备更好的微孔材料。而使用纳米改性的复合材料表现出来的平均性质,取决于聚合物与纳米填料之间的相互作用情况,聚合物和无机填料之间往往存在很大的且相互作用较强的界面,所以该复合材料兼具无机物优良的力学、耐热性能和聚合物的韧性、介电性能相结合的优点[20],是制备新型材料的有效方法。 聚苯乙烯微孔材料的制备及性能研究(3):http://www.youerw.com/huaxue/lunwen_14421.html
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