可發(fā)氣PS交聯(lián)微球的制備及超微發(fā)泡結(jié)構(gòu)與性能研究
國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目：59973010
主題詞：可發(fā)氣PS微粒；超微發(fā)泡材料；發(fā)泡機(jī)理
完成時(shí)間：1998～2002
成果簡(jiǎn)介：
1， 主要研究?jī)?nèi)容及研究方法
①采用乳液聚合法和無(wú)皂乳液聚合法合成單分散苯乙烯(St)/雙烯A(BVA)共聚微球，根據(jù)共聚機(jī)理分析提出控制微球粒徑及其分布的方法，可根據(jù)要求合成出粒徑在60-400間的窄分布或單分散聚（苯乙烯St/雙烯A）交聯(lián)微球。同時(shí)開(kāi)展的工作有：合成核殼型St/BVA/BA微凝膠；合成引發(fā)-轉(zhuǎn)移-終止劑Iniferter BDC并用其引發(fā)St-MMA光聚合；采用改進(jìn)的ATRP法合成單分散PS，PMMA納米微球等。
②以單分散聚（苯乙烯St/雙烯A）交聯(lián)微球?yàn)榉N子，采用（種子）乳液聚合法合成了一系列含不同可發(fā)氣成分、不同交聯(lián)度、不同粒徑的核殼型可發(fā)氣PS交聯(lián)微球。采用TEM跟蹤研究了全部聚合過(guò)程的細(xì)節(jié)；研究了種子乳液聚合過(guò)程中，可發(fā)氣成份對(duì)聚合動(dòng)力學(xué)和微球結(jié)構(gòu)的影響。
③對(duì)可發(fā)氣PS交聯(lián)微球的結(jié)構(gòu)、熱力學(xué)特性及分解動(dòng)力學(xué)進(jìn)行表征。采用DSC法測(cè)量了微球中可發(fā)氣物質(zhì)的分解溫度及分解焓。采用自制的發(fā)氣量測(cè)量裝置測(cè)量了可發(fā)氣PS交聯(lián)微球的分解動(dòng)力學(xué)及最終發(fā)氣量。
④采用研制的可發(fā)氣微球發(fā)泡劑，用于熱塑性塑料動(dòng)態(tài)擠出發(fā)泡過(guò)程；發(fā)明了受限自由發(fā)泡擠出成型工藝，該工藝結(jié)合傳統(tǒng)的自由發(fā)泡法和向內(nèi)發(fā)泡法（Seluka法）的特點(diǎn)，在擠出過(guò)程中可控制泡孔的生長(zhǎng)。
2. 主要研究成果
①首次獲得一種顆粒微細(xì)而均勻，即含發(fā)氣組分、又含成核組分的復(fù)合式自成核型化學(xué)發(fā)泡劑。對(duì)聚合過(guò)程，聚合動(dòng)力學(xué)，發(fā)泡劑分解熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)性能進(jìn)行了系統(tǒng)研究。發(fā)泡劑顆粒細(xì)微（幾百納米），與樹(shù)脂相容性好，易于分散；交聯(lián)PS組分在塑化過(guò)程中不熔融，成為發(fā)泡過(guò)程的異相成核劑；這樣就從發(fā)泡劑方面保證了微發(fā)泡的成功。
②結(jié)構(gòu)研究表明，復(fù)合式自成核型化學(xué)發(fā)泡劑是一種核-殼型結(jié)構(gòu)的納米微球，粒徑可控在200-300nm間，粒徑分布窄；核為交聯(lián)PS（PS/BVA），殼為PS或PMMA，殼層厚度約30-50nm；可發(fā)氣物質(zhì)的含量為10%-30%。
③通過(guò)研究動(dòng)態(tài)擠出發(fā)泡過(guò)程中氣泡的成核，生長(zhǎng)，穩(wěn)定和控制機(jī)理，發(fā)明了受限自由發(fā)泡擠出成型工藝。采用新工藝得到表層泡孔被抑制、芯層泡孔尺寸受限，泡孔均勻微細(xì)（泡孔大小約10-20μ），密度低（可低至0.4-0.7g/cm3）、力學(xué)強(qiáng)度高、表面光潔度好的高檔發(fā)泡結(jié)構(gòu)型材、板材，用于建筑裝修、工業(yè)、運(yùn)輸業(yè)、軍工領(lǐng)域。已推廣應(yīng)用到全國(guó)多家塑料制品生產(chǎn)廠家，取得良好經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
④基金項(xiàng)目與國(guó)家“九五”重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：96-551-02-03）相聯(lián)系，進(jìn)一步提高了攻關(guān)項(xiàng)目的科技水平。新型復(fù)合化學(xué)發(fā)泡劑不僅可以替代進(jìn)口產(chǎn)品，而且具有更廣泛的工藝適應(yīng)性和產(chǎn)品適應(yīng)性，價(jià)格也便宜得多。完成的“九五”攻關(guān)項(xiàng)目通過(guò)國(guó)家計(jì)委和石油與化學(xué)工業(yè)局驗(yàn)收和技術(shù)鑒定。“熱塑性塑料受限發(fā)泡擠出成型工藝”申請(qǐng)了國(guó)家專(zhuān)利（申請(qǐng)?zhí)枺?/span>99112171.6）。以上成果獲得青島市科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)、中國(guó)石油與化學(xué)工業(yè)協(xié)會(huì)技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)（部級(jí)）。
3， 科學(xué)意義及應(yīng)用前景
通用樹(shù)脂微發(fā)泡擠出成型是近年來(lái)國(guó)際上迅速研制、發(fā)展起來(lái)的新型實(shí)用技術(shù)，由于其產(chǎn)品輕量化、節(jié)能化和材料高性能化的特點(diǎn)，符合21世紀(jì)人類(lèi)對(duì)資源（材料、能源）和環(huán)境保護(hù)高度重視的潮流，因而引起世界各國(guó)的關(guān)注。微發(fā)泡擠出制品不僅僅有質(zhì)輕、省料、物美價(jià)廉等特點(diǎn)，它還能賦予材料新性能和使之高性能化，故有十分廣闊的發(fā)展空間。
動(dòng)態(tài)連續(xù)微發(fā)泡的難點(diǎn)一在于選擇優(yōu)質(zhì)發(fā)泡劑，二在于探索合理科學(xué)的成型工藝，兩者密切配合。本項(xiàng)目很好地解決了兩方面的問(wèn)題，生產(chǎn)出多種外觀仿木逼真，密度低、強(qiáng)度好、截面形狀復(fù)雜的型材、板材以及多種建筑管材，不僅取得良好經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，而且得到德國(guó)、美國(guó)等國(guó)企業(yè)界人士贊譽(yù)（曾來(lái)中試基地參觀）。
動(dòng)態(tài)微發(fā)泡技術(shù)還可廣泛應(yīng)用于注射工藝，木塑復(fù)合制品和各種厚制品等領(lǐng)域，我們已進(jìn)行了試驗(yàn)。由于泡孔細(xì)微均勻，能保證制品強(qiáng)度不變；發(fā)泡時(shí)的膨脹力使復(fù)雜結(jié)構(gòu)產(chǎn)品外形豐滿(mǎn)、表面凹陷消失；微細(xì)的泡孔還能釋放制品內(nèi)部的形變應(yīng)力和熱應(yīng)力，使減少變形和翹曲；微泡孔還能增大阻隔性。目前我們還在擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。
主要論著：
1）吳其曄，徐凌秀，王新，王繼民. 硬質(zhì)聚氯乙烯低發(fā)泡擠出過(guò)程研究（1）--- 配方設(shè)計(jì)與研究. 塑料，1997，26（6）：36-42
2）吳其曄，徐凌秀，王新. 硬質(zhì)聚氯乙烯低發(fā)泡擠出過(guò)程研究（2）--- 擠出工藝過(guò)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）吳其曄，高衛(wèi)平，賈云，無(wú)皂乳液聚合法合成單分散交聯(lián)PS納米微球，塑料工業(yè)，2000，28（3）：21-23
5）吳其曄，高衛(wèi)平，李艷霞. Iniferter BDC的合成及其引發(fā)St-MMA光聚合. 塑料工業(yè)，2000，28（4），1-3
6）吳其曄，閻業(yè)海，張振華，蔡中梅. EPDM發(fā)泡過(guò)程中硫化及發(fā)泡速度的匹配. 合成橡膠工業(yè)，2000，23（4）：226-229
7）吳其曄，李守平等. PS/BVA-AC-PS核-殼型微球發(fā)泡劑制備及其發(fā)氣性探討. 2001年全國(guó)高分子學(xué)術(shù)論文報(bào)告會(huì)論文集（中冊(cè)），鄭州，2001：d98-99
8）吳其曄，李守平等. P（St/BVA）-PS核-殼微球發(fā)泡劑的制備及發(fā)氣性探討. 青島化工學(xué)院學(xué)報(bào)，2002，23（2）：1-4
9）李守平，吳其曄等. 種子乳液聚合制備可發(fā)氣P（St/BVA）-PSt核-殼微球. 合成橡膠工業(yè)，2003，26（2）：88-90
10） 吳其曄，徐凌秀，巫靜安，馮紹華. 熱塑性塑料受限自由發(fā)泡擠出成型工藝原理. ’99高分子學(xué)術(shù)論文報(bào)告會(huì)論文集，上海，1999：g48-g49
11） 吳其曄，高衛(wèi)平，賈云，陳軍強(qiáng). 乳液聚合法合成單分散交聯(lián)PS納米微球. 青島化工學(xué)院學(xué)報(bào)，2000，21（1）：1-5
12） 周瓊，甄紅宇，吳俊濤，王甲坤，吳其曄. 新型吸熱性發(fā)泡劑的研制及在低發(fā)泡R-PVC擠出材料中的應(yīng)用. 聚氯乙烯，1998，（6）：46-51
13） 周瓊，鄭鴻，于濤，發(fā)泡劑熱分解過(guò)程中物理、化學(xué)問(wèn)題的研究方法，吳其曄，塑料，1998，27（6）：12-18
14） 閻業(yè)海，黃兆閣，周瓊，葉勝友，邵明杰，吳其曄. 硬質(zhì)聚氯乙烯微發(fā)泡擠出用發(fā)泡劑和泡孔調(diào)節(jié)劑的優(yōu)化選擇. 工程塑料應(yīng)用，1999，27（3）：10-13
15） 周瓊，鄭鴻，于濤，吳其曄. 發(fā)泡劑在熔體中的分解行為及其研究方法. 塑料，1999，28（3）：26-31
16） 周瓊，王甲坤，吳俊濤，吳其曄. AC的分解活化機(jī)理及發(fā)泡劑突發(fā)性的表征. 中國(guó)塑料，1999，13（5）：78-82
17） 吳俊濤，周瓊，甄紅宇，王甲坤，吳其曄. 發(fā)泡劑AC的熱分解活化機(jī)理及影響因素. 橡膠工業(yè)，1999，46（7）：387-394
18） 高衛(wèi)平，許麗，吳其曄. 新型吸-放熱復(fù)合發(fā)泡劑的特性分析與應(yīng)用. 合成樹(shù)脂及塑料，2000，17（1）：35-38
19） 周瓊，于濤，鄭鴻，吳其曄. 典型放熱型、吸熱型和吸-放熱型發(fā)泡劑熱分解特性的研究. 高分子材料科學(xué)與工程，2000，16（5）：137-139
20） 吳俊濤，于成芬，陳守明，趙曉燕，吳其曄. 核殼型St/BVA/BA微凝膠的制備及性能測(cè)試. 高分子材料科學(xué)與工程，2001，17（3）：48-51