[发明专利]可工业化的超临界流体技术制备聚合物发泡材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种可工业化的超临界流体技术制备聚合物发泡材料的方法，特别涉及一种可工业化的利用超临界流体发泡技术制备聚合物微孔发泡材料的方法。

技术背景

超临界流体(SCF，supercritical fluid)是指在临界温度以上、临界压力以上的流体。由于其粘度和扩散系数接近气体，而密度和溶剂化能力接近液体，可以利用超临界流体的这些优点来制备聚合物发泡材料，由此形成一种新的发泡技术，即超临界流体发泡技术。

相比于传统的发泡技术，超临界流体发泡技术不再受发泡剂分解温度的限制，不但能发泡通用的聚合物材料，还可以发泡耐热温度更高的特种工程塑料；而且临界流体的在聚合物中扩散速率快、溶解度高，容易制得泡孔尺寸较小、孔密度较高的微孔发泡材料。整个超临界发泡过程清洁，对环境和发泡制品都不会造成污染，因此超临界流体发泡技术越来越受到社会的重视。

相比于传统发泡材料，微孔发泡材料孔径较小，孔密度较高，可以在不损失机械性能的前提下减轻制品重量，具有较低的介电常数，可以制成制品尺寸较小、超薄的发泡制品，这些优点使微孔发泡可以满足重量轻、机械性能高的领域(如航空航天、汽车、体育器材等)，减震、缓冲、包装、隔热(特别是精密微电子器件的包装、缓冲)，食品、生物医用材料、人居，光电材料(如反射板、超大规模集成电路)，声音阻尼材料，吸附、膜分离、组织工程支架材料等等领域。

聚合物微孔发泡材料多应用超临界流体技术来制备，比如超临界二氧化碳技术(scCO₂)和超临界氮气(scN₂)技术，这些技术和不同的发泡工艺结合起来，衍生出超临界注塑发泡、超临界连续挤出发泡、超临界固态间歇发泡等一系列微孔发泡工艺方法。

目前的微孔发泡工艺还存在许多问题，如在超临界注塑或挤出发泡工艺中，其优点是连续化生产效率高，但是此类工艺加工温度高于聚合物的熔融温度，而且要求聚合物有较高的熔体强度，发泡的过程中压力降低速率比较低，通常制得的发泡产品泡孔粗大、孔径分布不均，并且发泡倍率较小。超临界固态间歇发泡工艺通常饱和温度较低，饱和需要几个小时甚至几十个小时，生产效率较低，大大限制了这种工艺的大规模工业化。

发明内容

本发明的目的是提供一种可工业化的超临界流体技术制备聚合物微孔发泡材料的方法，以克服现有技术存在的缺陷，满足相关领域的发展需要。

本发明的技术构思是这样的：设想在较高温度下，聚合物在此温度下维持原有形状，利用超临界流体对欲发泡聚合物进行溶胀渗透，达到扩散平衡，形成聚合物-超临界流体均相溶液；然后通过控制卸压速率使聚合物-超临界流体均相溶液体系过饱和，从而形成大量气核，体系内溶解的气体扩散进入气核使气核继续生长，最后形成孔径均一、孔密度可以调节的微孔发泡材料。

基于上述构思，本发明所述可工业化的采用超临界流体技术制备聚合物发泡材料的方法包括如下步骤：

1)将欲发泡的聚合物原料经过熔融、混炼及冷却，制成原胚；

所述聚合物原料是具有如下结构特征的聚烯烃：

R＝H or Cl or CH₃ or C₆H₅

n＝degree

或是具有如下结构特征的聚酯：

m＝2～4，n＝degree

或具有如下结构特征的共聚烯烃：

R＝CN or C₆H₅    m，n＝degree

本发明对上述原料的聚合度(degree)没有特别的要求，通用聚合物的聚合度均能满足要求。

2)将原胚放在容器中，充入超临界流体，进行溶胀渗透；

3)通过控制卸压速率，从而引发成核、发泡，形成孔径均匀、孔密度可调节的闭孔微孔聚合物发泡材料。

由于超临界流体对聚合物材料非晶区溶胀渗透较快，对晶区溶胀渗透较慢。一般说来，结晶度越低，溶胀渗透越快，制备发泡材料效率越高。因此本发明要求步骤1)制得的原胚结晶度在30％以下。要实现原胚结晶度在30％以下，选择结晶度在30％以下的聚合物原料，通过一般的混炼挤出方法即可实现。