可發氣PS交聯微球的制備及超微發泡結構與性能研究
國家自然科學基金項目：59973010
主題詞：可發氣PS微粒；超微發泡材料；發泡機理
完成時間：1998～2002
成果簡介：
1， 主要研究內容及研究方法
①采用乳液聚合法和無皂乳液聚合法合成單分散苯乙烯(St)/雙烯A(BVA)共聚微球，根據共聚機理分析提出控制微球粒徑及其分布的方法，可根據要求合成出粒徑在60-400間的窄分布或單分散聚（苯乙烯St/雙烯A）交聯微球。同時開展的工作有：合成核殼型St/BVA/BA微凝膠；合成引發-轉移-終止劑Iniferter BDC并用其引發St-MMA光聚合；采用改進的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）交聯微球為種子，采用（種子）乳液聚合法合成了一系列含不同可發氣成分、不同交聯度、不同粒徑的核殼型可發氣PS交聯微球。采用TEM跟蹤研究了全部聚合過程的細節；研究了種子乳液聚合過程中，可發氣成份對聚合動力學和微球結構的影響。
③對可發氣PS交聯微球的結構、熱力學特性及分解動力學進行表征。采用DSC法測量了微球中可發氣物質的分解溫度及分解焓。采用自制的發氣量測量裝置測量了可發氣PS交聯微球的分解動力學及最終發氣量。
④采用研制的可發氣微球發泡劑，用于熱塑性塑料動態擠出發泡過程；發明了受限自由發泡擠出成型工藝，該工藝結合傳統的自由發泡法和向內發泡法（Seluka法）的特點，在擠出過程中可控制泡孔的生長。
2. 主要研究成果
①首次獲得一種顆粒微細而均勻，即含發氣組分、又含成核組分的復合式自成核型化學發泡劑。對聚合過程，聚合動力學，發泡劑分解熱力學和動力學性能進行了系統研究。發泡劑顆粒細微（幾百納米），與樹脂相容性好，易于分散；交聯PS組分在塑化過程中不熔融，成為發泡過程的異相成核劑；這樣就從發泡劑方面保證了微發泡的成功。
②結構研究表明，復合式自成核型化學發泡劑是一種核-殼型結構的納米微球，粒徑可控在200-300nm間，粒徑分布窄；核為交聯PS（PS/BVA），殼為PS或PMMA，殼層厚度約30-50nm；可發氣物質的含量為10%-30%。
③通過研究動態擠出發泡過程中氣泡的成核，生長，穩定和控制機理，發明了受限自由發泡擠出成型工藝。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（泡孔大小約10-20μ），密度低（可低至0.4-0.7g/cm3）、力學強度高、表面光潔度好的高檔發泡結構型材、板材，用于建筑裝修、工業、運輸業、軍工領域。已推廣應用到全國多家塑料制品生產廠家，取得良好經濟和社會效益。
④基金項目與國家“九五”重點科技攻關項目（項目編號：96-551-02-03）相聯系，進一步提高了攻關項目的科技水平。新型復合化學發泡劑不僅可以替代進口產品，而且具有更廣泛的工藝適應性和產品適應性，價格也便宜得多。完成的“九五”攻關項目通過國家計委和石油與化學工業局驗收和技術鑒定。“熱塑性塑料受限發泡擠出成型工藝”申請了國家專利（申請號：99112171.6）。以上成果獲得青島市科技進步二等獎、中國石油與化學工業協會技術發明二等獎（部級）。
3， 科學意義及應用前景
通用樹脂微發泡擠出成型是近年來國際上迅速研制、發展起來的新型實用技術，由于其產品輕量化、節能化和材料高性能化的特點，符合21世紀人類對資源（材料、能源）和環境保護高度重視的潮流，因而引起世界各國的關注。微發泡擠出制品不僅僅有質輕、省料、物美價廉等特點，它還能賦予材料新性能和使之高性能化，故有十分廣闊的發展空間。
動態連續微發泡的難點一在于選擇優質發泡劑，二在于探索合理科學的成型工藝，兩者密切配合。本項目很好地解決了兩方面的問題，生產出多種外觀仿木逼真，密度低、強度好、截面形狀復雜的型材、板材以及多種建筑管材，不僅取得良好經濟和社會效益，而且得到德國、美國等國企業界人士贊譽（曾來中試基地參觀）。
動態微發泡技術還可廣泛應用于注射工藝，木塑復合制品和各種厚制品等領域，我們已進行了試驗。由于泡孔細微均勻，能保證制品強度不變；發泡時的膨脹力使復雜結構產品外形豐滿、表面凹陷消失；微細的泡孔還能釋放制品內部的形變應力和熱應力，使減少變形和翹曲；微泡孔還能增大阻隔性。目前我們還在擴大其應用范圍。
主要論著：
1）吳其曄，徐凌秀，王新，王繼民. 硬質聚氯乙烯低發泡擠出過程研究（1）--- 配方設計與研究. 塑料，1997，26（6）：36-42
2）吳其曄，徐凌秀，王新. 硬質聚氯乙烯低發泡擠出過程研究（2）--- 擠出工藝過程研究. 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，高衛平，賈云，無皂乳液聚合法合成單分散交聯PS納米微球，塑料工業，2000，28（3）：21-23
5）吳其曄，高衛平，李艷霞. Iniferter BDC的合成及其引發St-MMA光聚合. 塑料工業，2000，28（4），1-3
6）吳其曄，閻業海，張振華，蔡中梅. EPDM發泡過程中硫化及發泡速度的匹配. 合成橡膠工業，2000，23（4）：226-229
7）吳其曄，李守平等. PS/BVA-AC-PS核-殼型微球發泡劑制備及其發氣性探討. 2001年全國高分子學術論文報告會論文集（中冊），鄭州，2001：d98-99
8）吳其曄，李守平等. P（St/BVA）-PS核-殼微球發泡劑的制備及發氣性探討. 青島化工學院學報，2002，23（2）：1-4
9）李守平，吳其曄等. 種子乳液聚合制備可發氣P（St/BVA）-PSt核-殼微球. 合成橡膠工業，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泡擠出成型工藝原理. ’99高分子學術論文報告會論文集，上海，1999：g48-g49
11） 吳其曄，高衛平，賈云，陳軍強. 乳液聚合法合成單分散交聯PS納米微球. 青島化工學院學報，2000，21（1）：1-5
12） 周瓊，甄紅宇，吳俊濤，王甲坤，吳其曄. 新型吸熱性發泡劑的研制及在低發泡R-PVC擠出材料中的應用. 聚氯乙烯，1998，（6）：46-51
13） 周瓊，鄭鴻，于濤，發泡劑熱分解過程中物理、化學問題的研究方法，吳其曄，塑料，1998，27（6）：12-18
14） 閻業海，黃兆閣，周瓊，葉勝友，邵明杰，吳其曄. 硬質聚氯乙烯微發泡擠出用發泡劑和泡孔調節劑的優化選擇. 工程塑料應用，1999，27（3）：10-13
15） 周瓊，鄭鴻，于濤，吳其曄. 發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的分解活化機理及發泡劑突發性的表征. 中國塑料，1999，13（5）：78-82
17） 吳俊濤，周瓊，甄紅宇，王甲坤，吳其曄. 發泡劑AC的熱分解活化機理及影響因素. 橡膠工業，1999，46（7）：387-394
18） 高衛平，許麗，吳其曄. 新型吸-放熱復合發泡劑的特性分析與應用. 合成樹脂及塑料，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-放熱型發泡劑熱分解特性的研究. 高分子材料科學與工程，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試. 高分子材料科學與工程，2001，17（3）：48-51