超临界CO2在制备超轻聚合物中的扩散机理研究

摘要

超临界CO2流体因其具有传质系数高、扩散能力强等优点而被广泛应用于制备超轻聚合物材料（微孔材料），可以有效改善小分子在聚合物中的扩散能力、反应速度等，以及获得更密更小的泡孔。然而目前，人们对于材料的制备及其过程控制多凭经验，对于材料成型过程中的关键步骤认识尚不清楚。其中，超临界流体扩散于聚合物中的特性对于科学研究、过程设计以及工业化生产都是重要的基础。基于上述问题，本文对超临界CO2制备超轻聚合物的过程以及超临界CO2在聚合物中的扩散机理进行了实验研究。
　　本文以热塑性聚氨酯弹性体（TPU）颗粒作为研究对象，采用单一因素法，对超轻TPU颗粒材料的制备过程中，影响颗粒最终成型质量的因素进行了研究，为制备出最佳质量的超轻TPU颗粒材料提供依据。本文认为，影响超轻TPU颗粒材料成型质量的主要因素有饱和压力、发泡温度、发泡方式。其中，随着饱和压力的增大，材料的密度大小呈现先减小后增大的变化，颗粒内部的泡孔密度逐渐增大，泡孔平均直径逐渐减小；随着发泡温度的升高，颗粒密度呈现先降低后升高的趋势，颗粒的平均粒径逐渐增大，155℃时，颗粒有破裂粘连现象；四种发泡方式中，高温蒸汽发泡的效果最好，最佳发泡温度135℃。
　　利用差压法设计实验装置，通过改变饱和压力和饱和温度的条件，对超临界CO2流体在TPU材料中的扩散速率、扩散量进行了测量。本文发现，超临界CO2在TPU中沿着颗粒直径方向的扩散符合Fick扩散定律，并依据此推导出扩散系数方程。发现本文所研究的扩散系数会随着饱和压力的升高而逐渐增大，但在高温下变化较小；随着温度的升高，扩散系数会逐渐增大，但增大的幅度逐渐减小。

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符号说明

1绪论

1.1课题研究的背景和意义

1.2课题研究的现状

1.3本课题的研究内容

2超临界CO2在聚合物中的扩散行为研究

2.1超临界CO2流体对聚合物的溶胀作用

2.2超临界CO2在聚合物中的扩散行为

2.3本章小结

3超轻聚合物的制备研究

3.1超轻聚合物的制备流程

3.2超轻TPU颗粒的制备

3.3实验结果和讨论

3.4超轻TPU颗粒材料在鞋材上的应用

3.5本章小结

4超临界流体在TPU中扩散的实验研究

4.1实验原理及数据处理

4.2实验设备

4.3设备误差检测

4.4超临界CO2在TPU中的扩散实验

4.7本章小结

总结

参考文献

致谢

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