微孔聚合物材料泡孔結(jié)構(gòu)的調(diào)控技術(shù)研究.pdf

1、微孔聚合物材料可在較少損失材料力學性能的前提下降低材料密度和用量，同時滿足材料的輕質(zhì)、高強度和功能性要求。微孔聚合物發(fā)泡材料疲勞壽命長，具有較好的韌性、熱穩(wěn)定性、能量吸收和絕緣性能，在汽車、家電、電子、建筑、包裝、消費品工業(yè)及軍事領域具有廣闊的應用前景。對于同一種聚合物基體，泡孔結(jié)構(gòu)是決定其力學性能的主要因素，因此研究微孔聚合物材料的泡孔結(jié)構(gòu)調(diào)控技術(shù)具有重要意義。本文在參考了目前有關(guān)聚合物發(fā)泡材料泡孔結(jié)構(gòu)調(diào)控技術(shù)的基礎上，通過制備具有不

2、同結(jié)構(gòu)和功能的添加劑，針對聚苯乙烯(PS)和聚丙烯(PP)兩種聚合物體系進行了泡孔結(jié)構(gòu)調(diào)控技術(shù)研究，分析了添加劑的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)對泡孔結(jié)構(gòu)的調(diào)控作用機理。
　　 本論文的主要研究內(nèi)容及結(jié)果如下：
　　 1.采用三種具有不同粒徑的化學發(fā)泡劑，通過化學注塑發(fā)泡制備了PS和PP發(fā)泡材料，研究了發(fā)泡劑粒徑對泡孔結(jié)構(gòu)的調(diào)控作用。結(jié)果顯示，發(fā)泡劑粒徑越小，PS和PP發(fā)泡材料的平均泡孔尺寸越小，單位體積孔數(shù)量越高，通過改變化學發(fā)泡劑粒徑可

3、以調(diào)節(jié)泡孔尺寸和單位體積孔數(shù)量；較高熔體強度聚合物能夠降低體系泡孔合并程度，從而降低泡孔尺寸，提高單位體積孔數(shù)量。
　　 2.通過羧基功能化PS微球表面接枝技術(shù)，制備了表面含氨基脲的亞微米PS(SCPS)微球，分析了SCPS的形態(tài)、發(fā)泡功能及其在PS基中的分散。SEM顯示微球形狀規(guī)則，平均尺寸在300-900 nm范圍；TG分析證明SCPS的氣體產(chǎn)率約為35 ml/g，SCPS具有發(fā)泡功能；SEM證明通過熔融共混，SCPS微球能

4、夠均勻分散在PS基中；采用SCPS作為發(fā)泡劑制備了PS發(fā)泡材料，研究了SCPS對其泡孔結(jié)構(gòu)的影響。發(fā)泡材料平均泡孔尺寸為25μm，單位體積孔數(shù)量為1.56×107cells/cm3，泡孔尺寸分布較窄，屬于微孔材料范疇。
　　 3.通過乳液聚合方法制備了POSS/PS納米微球，并利用該微球與PS復合，通過化學發(fā)泡制備了POSS/PS納米復合發(fā)泡材料，研究了納米微球的結(jié)構(gòu)形態(tài)、對體系流變行為的影響及其對PS泡孔結(jié)構(gòu)的調(diào)控作用。TEM

5、顯示微球結(jié)構(gòu)較為均一，平均尺寸約為35 nm；XRD分析顯示POSS以分子水平存在于納米微球中；POSS在0.03-0.15 wt％含量時對體系流變性能沒有顯著影響，其對泡孔結(jié)構(gòu)的調(diào)控能力主要歸功于成核作用：在含量較高(0.5 wt％)時，POSS提高了體系的彈性模量和損耗模量，抑制了發(fā)泡過程中的泡孔合并行為。POSS/PS納米復合發(fā)泡材料的平均泡孔尺寸為15.16μm，單位體積泡孔數(shù)為1.28×108cells/cm3。
　　

6、 4.采用一步乳液聚合方法合成了亞微米熱膨脹微球，研究了微球結(jié)構(gòu)、熱膨脹性能及相關(guān)影響因素。TEM顯示微球尺寸在80-400 nm，結(jié)構(gòu)較均一，鏈轉(zhuǎn)移劑用量在0.7 wt％以上時微球具有單核膠囊化結(jié)構(gòu)；SEM、TG和TMA分析證明膨脹后微球尺寸可達到原始尺寸的10-20倍，微球的熱膨脹溫度范圍約為170-200℃，200℃之前微球內(nèi)的異辛烷沒有明顯的擴散逸出；DVB含量達到7.4wt％，異辛烷含量為26.5 wt％時，微球具有較好的熱膨

7、脹性能；利用合成的微球通過熔融共混制備了超微孔PS，其微孔尺寸分布在150～400 nm范圍，單位體積孔數(shù)量達到達到2.03×1012cells/cm3。
　　 5.采用離子交換方法制備了OMMT，并通過化學注塑發(fā)泡制備了PP/OMMT納米復合發(fā)泡材料，分析了OMMT在PP基中的分散及其對PP基的結(jié)晶行為、泡孔結(jié)構(gòu)和力學性能的影響。XRD顯示，含量在2-4 wt％時，OMMT在PP基中分散良好；OMMT含量為4wt％時，PP/O