可发气PS交联微球的制备及超微发泡结构与性能研究
国家自然科学基金项目：59973010
主题词：可发气PS微粒；超微发泡材料；发泡机理
完成时间：1998～2002
成果简介：
1， 主要研究内容及研究方法
①采用乳液聚合法和无皂乳液聚合法合成单分散苯乙烯(St)/双烯A(BVA)共聚微球，根据共聚机理分析提出控制微球粒径及其分布的方法，可根据要求合成出粒径在60-400间的窄分布或单分散聚（苯乙烯St/双烯A）交联微球。同时开展的工作有：合成核壳型St/BVA/BA微凝胶；合成引发-转移-终止剂Iniferter BDC并用其引发St-MMA光聚合；采用改进的ATRP法合成单分散PS，PMMA纳米微球等。
②以单分散聚（苯乙烯St/双烯A）交联微球为种子，采用（种子）乳液聚合法合成了一系列含不同可发气成分、不同交联度、不同粒径的核壳型可发气PS交联微球。采用TEM跟踪研究了全部聚合过程的细节；研究了种子乳液聚合过程中，可发气成份对聚合动力学和微球结构的影响。
③对可发气PS交联微球的结构、热力学特性及分解动力学进行表征。采用DSC法测量了微球中可发气物质的分解温度及分解焓。采用自制的发气量测量装置测量了可发气PS交联微球的分解动力学及最终发气量。
④采用研制的可发气微球发泡剂，用于热塑性塑料动态挤出发泡过程；发明了受限自由发泡挤出成型工艺，该工艺结合传统的自由发泡法和向内发泡法（Seluka法）的特点，在挤出过程中可控制泡孔的生长。
2. 主要研究成果
①首次获得一种颗粒微细而均匀，即含发气组分、又含成核组分的复合式自成核型化学发泡剂。对聚合过程，聚合动力学，发泡剂分解热力学和动力学性能进行了系统研究。发泡剂颗粒细微（几百纳米），与树脂相容性好，易于分散；交联PS组分在塑化过程中不熔融，成为发泡过程的异相成核剂；这样就从发泡剂方面保证了微发泡的成功。
②结构研究表明，复合式自成核型化学发泡剂是一种核-壳型结构的纳米微球，粒径可控在200-300nm间，粒径分布窄；核为交联PS（PS/BVA），壳为PS或PMMA，壳层厚度约30-50nm；可发气物质的含量为10%-30%。
③通过研究动态挤出发泡过程中气泡的成核，生长，稳定和控制机理，发明了受限自由发泡挤出成型工艺。采用新工艺得到表层泡孔被抑制、芯层泡孔尺寸受限，泡孔均匀微细（泡孔大小约10-20μ），密度低（可低至0.4-0.7g/cm3）、力学强度高、表面光洁度好的高档发泡结构型材、板材，用于建筑装修、工业、运输业、军工领域。已推广应用到全国多家塑料制品生产厂家，取得良好经济和社会效益。
④基金项目与国家“九五”重点科技攻关项目（项目编号：96-551-02-03）相联系，进一步提高了攻关项目的科技水平。新型复合化学发泡剂不仅可以替代进口产品，而且具有更广泛的工艺适应性和产品适应性，价格也便宜得多。完成的“九五”攻关项目通过国家计委和石油与化学工业局验收和技术鉴定。“热塑性塑料受限发泡挤出成型工艺”申请了国家专利（申请号：99112171.6）。以上成果获得青岛市科技进步二等奖、中国石油与化学工业协会技术发明二等奖（部级）。
3， 科学意义及应用前景
通用树脂微发泡挤出成型是近年来国际上迅速研制、发展起来的新型实用技术，由于其产品轻量化、节能化和材料高性能化的特点，符合21世纪人类对资源（材料、能源）和环境保护高度重视的潮流，因而引起世界各国的关注。微发泡挤出制品不仅仅有质轻、省料、物美价廉等特点，它还能赋予材料新性能和使之高性能化，故有十分广阔的发展空间。
动态连续微发泡的难点一在于选择优质发泡剂，二在于探索合理科学的成型工艺，两者密切配合。本项目很好地解决了两方面的问题，生产出多种外观仿木逼真，密度低、强度好、截面形状复杂的型材、板材以及多种建筑管材，不仅取得良好经济和社会效益，而且得到德国、美国等国企业界人士赞誉（曾来中试基地参观）。
动态微发泡技术还可广泛应用于注射工艺，木塑复合制品和各种厚制品等领域，我们已进行了试验。由于泡孔细微均匀，能保证制品强度不变；发泡时的膨胀力使复杂结构产品外形丰满、表面凹陷消失；微细的泡孔还能释放制品内部的形变应力和热应力，使减少变形和翘曲；微泡孔还能增大阻隔性。目前我们还在扩大其应用范围。
主要论著：
1）吴其晔，徐凌秀，王新，王继民. 硬质聚氯乙烯低发泡挤出过程研究（1）--- 配方设计与研究. 塑料，1997，26（6）：36-42
2）吴其晔，徐凌秀，王新. 硬质聚氯乙烯低发泡挤出过程研究（2）--- 挤出工艺过程研究. 塑料，1998，27（2）：15-21
3）Qiong Zhou，Weiping Gao，Juntao Wu，Jiakun Wang，Hongyu Zheng, Qiye Wu. Compound mechanism of endo-exothermic and Exo-endothermic balanced blowing agents. Cellular Plastics, 2000, 36(2):126-147
4）吴其晔，高卫平，贾云，无皂乳液聚合法合成单分散交联PS纳米微球，塑料工业，2000，28（3）：21-23
5）吴其晔，高卫平，李艳霞. Iniferter BDC的合成及其引发St-MMA光聚合. 塑料工业，2000，28（4），1-3
6）吴其晔，阎业海，张振华，蔡中梅. EPDM发泡过程中硫化及发泡速度的匹配. 合成橡胶工业，2000，23（4）：226-229
7）吴其晔，李守平等. PS/BVA-AC-PS核-壳型微球发泡剂制备及其发气性探讨. 2001年全国高分子学术论文报告会论文集（中册），郑州，2001：d98-99
8）吴其晔，李守平等. P（St/BVA）-PS核-壳微球发泡剂的制备及发气性探讨. 青岛化工学院学报，2002，23（2）：1-4
9）李守平，吴其晔等. 种子乳液聚合制备可发气P（St/BVA）-PSt核-壳微球. 合成橡胶工业，2003，26（2）：88-90
10） 吴其晔，徐凌秀，巫静安，冯绍华. 热塑性塑料受限自由发泡挤出成型工艺原理. ’99高分子学术论文报告会论文集，上海，1999：g48-g49
11） 吴其晔，高卫平，贾云，陈军强. 乳液聚合法合成单分散交联PS纳米微球. 青岛化工学院学报，2000，21（1）：1-5
12） 周琼，甄红宇，吴俊涛，王甲坤，吴其晔. 新型吸热性发泡剂的研制及在低发泡R-PVC挤出材料中的应用. 聚氯乙烯，1998，（6）：46-51
13） 周琼，郑鸿，于涛，发泡剂热分解过程中物理、化学问题的研究方法，吴其晔，塑料，1998，27（6）：12-18
14） 阎业海，黄兆阁，周琼，叶胜友，邵明杰，吴其晔. 硬质聚氯乙烯微发泡挤出用发泡剂和泡孔调节剂的优化选择. 工程塑料应用，1999，27（3）：10-13
15） 周琼，郑鸿，于涛，吴其晔. 发泡剂在熔体中的分解行为及其研究方法. 塑料，1999，28（3）：26-31
16） 周琼，王甲坤，吴俊涛，吴其晔. AC的分解活化机理及发泡剂突发性的表征. 中国塑料，1999，13（5）：78-82
17） 吴俊涛，周琼，甄红宇，王甲坤，吴其晔. 发泡剂AC的热分解活化机理及影响因素. 橡胶工业，1999，46（7）：387-394
18） 高卫平，许丽，吴其晔. 新型吸-放热复合发泡剂的特性分析与应用. 合成树脂及塑料，2000，17（1）：35-38
19） 周琼，于涛，郑鸿，吴其晔. 典型放热型、吸热型和吸-放热型发泡剂热分解特性的研究. 高分子材料科学与工程，2000，16（5）：137-139
20） 吴俊涛，于成芬，陈守明，赵晓燕，吴其晔. 核壳型St/BVA/BA微凝胶的制备及性能测试. 高分子材料科学与工程，2001，17（3）：48-51