中科院长春应化所唐涛研究员团队 CEJ:绿色制备可回收、高性能热塑/热固共混物泡沫新策略
2022-07-20 来源:高分子科技
在全球所倡导的节能和减碳理念下,具有轻质、隔热和高强度特性的硬质聚合物泡沫在风电、交通和建筑等领域备受青睐。聚合物泡沫可分为热塑(TP)泡沫(如聚丙烯泡沫、聚乙烯泡沫)和热固(TS)泡沫(如环氧泡沫、酚醛泡沫)。通用的TP泡沫易于再加工回收利用,但泡沫机械性能相对较弱,而高性能的TP(如聚苯醚)作为泡沫基体则面临加工和发泡两方面的困难。尽管TS泡沫因其优异的耐热性、耐溶剂性和高强度而受到越来越多的关注,但由于其存在交联结构,从而导致材料难以回收利用。超临界二氧化碳(sc-CO2)物理发泡工艺绿色环保,备受关注。然而,对于聚氯乙烯(PVC)等熔体粘度高且热稳定性差的TP聚合物以及环氧等TS聚合物,利用sc-CO2发泡工艺制备相应的高发泡倍率的硬质泡沫存在较大的困难。进一步,采用sc-CO2发泡工艺制备兼具这两类聚合物优点的超轻质TP/TS共混物泡沫,尽管具有重要的理论意义和应用价值,但显然将面临更大挑战。
图1.使用“增塑-发泡-增强”(PFR)策略制备TP/TS(以PVC/聚脲为例)共混物泡沫的过程示意图。
图2. PVC/CMs共混物的热机械特性以及sc-CO2发泡行为:PVC/CMs共混物的(a)tan δ、(b)η*曲线以及(c-d)CO2溶解度与饱和时间的关系曲线;PFR策略制备的PVC/聚脲共混物泡沫(c-PVC-50-M1)的(e-f)发泡倍率以及(g-h)泡孔结构;(i)传统化学发泡制备的硬质PVC合金泡沫(c-PVC-50-M2)的泡孔结构。
图3. PVC/聚脲共混物泡沫的机械性能: (a) c-PVC-50-M1泡沫与c-PVC-50-M2泡沫以及文献中报告的其它硬质泡沫压缩强度(在室温下)的比较;(b) 泡沫分别在25℃和经浸入液氮处理后进行压缩的应力-应变曲线(压缩速率500 mm min-1);(c)压缩后泡沫的光学照片:(I) c-PVC-50-M1(32 kg m-3),(II) c-PVC-50-M2 (30 kg m-3)和(III)商业硬质聚氨酯(PUR)泡沫 (36 kg m-3)。
图4. PVC/聚脲共混物泡沫的隔热性能:(a) c-PVC-50-M1的数码照片;(b) 厚度为5 mm的c-PVC-50-M1的热成像图像;(c) c-PVC-50-M1和 (d) c-PVC-50-M2 的固体热导率、气体热导率、辐射热导率和实测有效热导率;(e) 本工作制备的 PVC/聚脲共混泡沫与文献中报道的其他复合泡沫的热导率比较。
图5. PVC/聚脲共混物泡沫的形状设计和形状记忆性能:(a) PVC/CMs共混物泡沫在室温下具有好的柔性,可被扭曲和弯曲;(b) 风车形PVC/聚脲共混物泡沫的制备过程;(c) 拱形PVC/聚脲共混物泡沫的制备过程以及可支撑起17公斤铁块,并且拱形结构能够保持完好;(d) 圆柱形 PVC/聚脲共混泡沫的制备过程以及可支撑起119.95公斤实验者重量,并且圆柱结构能够保持完好;(e) PVC/聚脲共混泡沫的形状记忆行为:将固定的环形 (I) 在140°C的烘箱中弯曲成临时的弓形 (II) 并冷却至室温以固定形状,然后 (III) 弓形可以在140°C的烘箱中可恢复至环形;(f) 弓形泡沫在140 °C 的烘箱中恢复至环形泡沫的过程。
原文链接:https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.138071
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(责任编辑:xu)
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