超临界流体技术制备聚丙烯开孔发泡材料的研究

摘要

开孔发泡材料内部存在连通的孔道结构，赋予其新的功能和应用，可以用作分离、吸附材料、催化剂载体、药物缓释材料等，在生物医学领域具有巨大的应用前景。超临界流体技术制备开孔发泡材料过程不需要挥发性溶剂、环境友好，适用于几乎所有热塑性聚合物等优点，是一种具有良好发展前景的开孔材料制备方法。 与其他热塑性聚烯烃相比，聚丙烯具有较高的刚性、优良的力学性能、良好的耐热性（最高使用温度达130℃）和化学稳定性，是用于过滤分离等工业用途的优良材料。但聚丙烯为半结晶性聚合物，其熔体强度和熔体拉伸性能都很低，发泡气体易逸散导致发泡难以控制；又因其结晶速度快，发泡温区窄，因此难以成型泡孔均匀细密、发泡倍率高的聚丙烯发泡材料。 本文通过添加线性低密度聚乙烯（LLDPE）对高熔体强度聚丙烯（HMSPP）进行共混改性，采用非等温DSC和高级流变扩展系统测试共混体系的结晶性能和流变特性，结果表明：共混物有两个特征结晶峰，分别对应LLDPE和HMSPP结晶过程，降温速率10℃/min时LLDPE结晶温度（Tp=105℃）明显低于HMSPP（Tp=127℃）；在动态频率扫描曲线的低频区，HMSPP的剪切储能模量高于LLDPE的，表现出了显著的弹性行为；在自行研制的超临界CO2发泡实验装置上，对HMSPP/LLDPE共混物进行发泡实验，制备出表观密度0．030g/cm3，开孔率80％的聚丙烯开孔发泡材料。 另外，本论文采用差示扫描量热仪（DSC）、X-射线衍射仪（XRD）和高级流变扩展系统测试等规聚丙烯（iPP）/超高分子量聚乙烯（UHMWPE）的熔融特性、结晶性能和流变特性。利用Ozawa方法、莫志深方法和Kissinger方法分析了iPP/UHMWPE共混体系的结晶动力学，结果表明，UHMWPE的加入一方面作为成核剂促进iPP在较高温度下开始结晶；另一方面，UHMWPE大分子存在对iPP结晶过程有阻碍作用，从而共混体系的结晶温区拓宽，这些都有利于聚丙烯挤出发泡工艺过程的控制。对共混体系进行超临界CO2挤出发泡试验，得到高发泡倍率（30倍），低表观密度（0．030g/cm3），开孔率可达70％的聚丙烯开孔材料，同时初步研究了机头压降速率对开孔率的影响，随压降速率增大，发泡材料的开孔率提高，这对制备聚丙烯开孔发泡材料具有一定的指导意义。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：符号说明

声明

第一章绪论

1.1引言

1.1.1泡沫塑料概述

1.1.2聚合物开孔材料概述

1.2本论文所涉及主要研究内容的国内外研究现状

1.2.1聚合物开孔材料的主要成型方法

1.2.2超临界流体发泡成型的国内外研究进展

1.2.3聚丙烯发泡的国内外研究进展

1.2.4超临界流体技术制备聚合物开孔材料的国内外研究进展

1.3本课题的主要研究内容、目的、意义和技术难点

1.3.1主要研究内容

1.3.2目的和意义

1.3.3本课题的关键问题

第二章HMSPP/LLDPE共混体系的开孔发泡研究

2.1前言

2.2实验部分

2.2.1实验原料

2.2.2实验装置

2.2.3挤出发泡实验

2.2.4测试仪器及方法

2.3发泡样品的表征方法

2.3.1表观密度及发泡倍率

2.3.2泡孔微观结构

2.3.3开孔率

2.4结果和讨论

2.4.1结晶性能

2.4.2流变性能

2.4.3温度-储能模量动态扫描曲线

2.4.4 LLDPE用量对开孔发泡性能的影响

2.4.5压降速率对开孔发泡的影响

2.4.6开孔机理的讨论

2.5本章小结

第三章 iPP/UHMWPE共混体系的开孔发泡研究

3.1前言

3.2实验及测试

3.2.1实验原料

3.2.2实验方法

3.2.3测试仪器及方法

3.3结果和讨论

3.3.1热分析

3.3.2结晶性

3.3.3非等温结晶动力学

3.3.4流变性能

3.3.5温度-储能模量动态扫描曲线

3.3.6 UHMWPE用量对发泡性能的影响

3.3.7压降速率对开孔率的影响

3.3.8开孔机理的讨论

3.4本章小结

第四章全文总结

4.1结论

4.2不足之处

参考文献

致谢

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