聚苯乙烯微孔材料的制备及性能研究(2)
3.1 PS的显微分析 12
3.1.1 单因素实验中的光学显微镜分析 12
3.1.2 正交实验中的SEM分析 15
3.1.2.1 正交实验中PS的泡孔孔径分析 15
3.1.2.2 正交实验中PS的泡孔密度分析 20
3.1.3 对比实验中的SEM分析 26
3.1.3.1 对比实验中PS的泡孔孔径分析 26
3.1.3.2 对比实验中PS的泡孔密度分析 27
3.2 PS的DMA分析 30
结论 33
致谢 34
参考文献 3
1 引言
微孔材料是一种新型的改性高分子材料，一般是指泡孔孔径在0.1~10μm范围内、泡孔密度达到109~1015个/ cm3、材料体积相比发泡前增加2~20倍的新型泡沫塑料[1]。微孔材料的形成原理是，使经过超临界流体饱和的聚合物体系，通过快速升温或者快速降压的方法进入热力学不稳定状态，诱导大量的气核在聚合物基体中形成和增长，从而得到微孔结构[2]。由于微孔材料能吸收冲击载荷、冲击强度和韧性较高、隔音和隔热性能良好、导电系数和导热系数很低，其应用前景非常广阔[3]。因此，进行微孔材料的制备与性能研究是有必要的。
1.1 课题研究的背景
微孔材料是近十年来世界塑料工业研究的热点之一，其用途十分广泛，可用于降低成本的包装、比强度要求高且具有绝热绝缘性能的飞机和汽车零部件、质量轻且能吸收能量的运动器材、织物用的保温纤文、分离过程中用的分子级过滤器以及生物医学材料等[4]。
微孔材料的设计思想在于：当高分子材料中的泡孔尺寸小于泡孔内部材料的裂纹时，泡孔的存在不但不会降低材料的机械性能，而且还会使材料原来存在的裂纹尖端钝化，有利于阻止裂纹在应力作用下扩展，从而使材料的性能得到提高[5]。
由于聚苯乙烯(PS)材料具有价格便宜、制备简便、原料广泛等优点，且发泡条件较宽，进行发泡操作较容易，是发泡研究的理想对象[6]。而采用超临界CO2（Tc=31.5℃,Pc=7.3MPa）作为物理发泡剂进行微孔聚苯乙烯的发泡研究，具有廉价、无毒、不燃和环境友好等优点，而且CO2还会影响聚合物的一些物理性质，如降低聚合物的玻璃化转变温度(Tg)、熔点(Tm)和熔体黏度，从而有利于聚合物的加工[7]。所以可通过对聚苯乙烯微孔材料的研究来推动我国在该领域的发展。
尽管聚苯乙烯泡沫塑料随着“白色污染”的出现，应用受到了一定的限制，但由于聚苯乙烯材料相对于其他材料而言，具有较易实现发泡的优点，故在实验研究中还是继续以其作为发泡对象，进行发泡研究。可通过研究PS的发泡机理、发泡条件对PS的具体影响情况以及所制得的发泡产品性能，来对工业上的其他塑料产品制造起到相关指导作用。在这一背景下，开展“聚苯乙烯微孔材料的制备及性能研究”是有意义的。
1.2 超临界CO2的特性及其作用
超临界流体是指处于超临界状态的流体，此状态下，流体的温度和压力都在其临界温度（Tc）和临界压力（Pc）之上，此时流体的物理和化学性质介于气体和液体之间[8]。纯流体温度和压力之间的关系如图1.1所示，图中C点称为临界点，与之相对应的温度和压力分别称为临界温度和临界压力，阴影部分表示超临界流体。常见流体的临界参数如表1.1所列[9]。
超临界流体具有近似于液体的密度，从而对许多化合物的溶剂化能力可得以增强并进行有效调控；又具有近似于气体的黏度、传递性质和零表面张力，从而使高粘物系的传质性能可得以增强[10]。气体、超临界流体和液体的性质比较如表1.2所列[11]。