超临界CO2在PC/PMMA共混物中溶解量的研究(3)
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超临界二氧化碳在聚合物加工中具有非常广泛的用途[6]，如：挤出[7-9]、微球制备[10]、表面改性[11]、共混[12]及发泡[13]等。由于传统的化学发泡剂氟利昂等被证实会对地球臭氧层产生破坏而被禁止使用，其替代产品的研究应运而生。二氧化碳由于其环境友好，无毒，化学性质稳定，价格低廉且超临界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、熔点和熔体黏度从而有利于聚合物的加工等优势成为最具有潜力的一种物理发泡剂。而且，二氧化碳相比于其他气体在聚合物中具有更高的溶解度，会具有更高的成核密度。因此，利用超临界二氧化碳进行发泡受到了广泛的研究。
1. 3 微发泡聚合物
1.3.1 微发泡聚合物的特点
微发泡塑料一般是指泡孔直径为0.1-10μm、泡孔密度为109-1015个/cm3、材料密度相比发泡前可减少5%-95%的新型泡沫塑料[14]。其最先是由美国麻省理工学院的N P Suh教授领导的研究小组于20世纪80年代初研制成功，随后由美国Trexel公司于20世纪90年代实现市场化[15]。
与未发泡的材料及普通泡沫塑料相比，微发泡聚合物材料具有缺口冲击强度高、韧性好、比强度高、疲劳寿命长、热稳定性高、介电常数低、热导率低等优异性能，因而可用于制造食品包装材料，轻质、高强、隔音的飞机和汽车部件，质量轻、缓冲性强的运动器材，高电压绝缘材料，保温性优异的纤文材料和低摩擦的表面改性材料等[16]。开孔结构的微发泡塑料则适合用作分离、吸收材料，催化剂载体，生物医学材料以及分子级的过滤器[17]等等。这些特有的优点都是传统泡沫塑料所无法具备的。因此微发泡聚合物塑料是一种具有极大的应用价值和开发潜力的新型材料。
1.3.2 微发泡聚合物的制备方法
微孔聚合物的制备方法主要基于Suh等发明的气体过饱和法。基本过程为：首先使超临界流体溶解于聚合物中形成聚合物/气体的饱和体系；然后通过压力骤降或温度骤升使之进入过饱和状态，从而同时引发大量气核进行生长；最后通过淬火等方法使微孔结构定型。Suh等对传统泡沫塑料物理发泡的改进在于严格控制温度、压力、时间等工艺参数，使得大量气核能够同时引发，且不合并形成大泡，从而得到微孔结构。采用过饱和原理制备微孔聚合物的工艺方法，根据操作的连续程度不同主要有间歇法跑、半连续发泡、挤出发泡和注塑成型发泡等方法。
1.3.3超临界二氧化碳发泡微孔塑料的基本过程
聚合物微孔发泡过程是一个比较复杂的过程，在这个过程中发泡气体与聚合物之间发生了许多的相互作用。如图1-2所示，首先使超临界流体溶解于聚合物中形成聚合物/气体的饱和体系；然后通过压力骤降或温度骤升使之进入过饱和状态，从而同时引发大量气核进行生长；最后通过淬火等方法使微孔结构定型。因此一般将超临界CO2发泡微孔塑料的基本成型过程分为4个阶段：（1）、气体溶解——超临界CO2溶解于聚合物中，形成聚合物/超临界CO2均相体系；（2）、气泡成核——在温度上升或压力下降导致的热力学不稳定作用的推动下，聚合物/超临界CO2均相体系发生相分离，形成泡核；（3）、气泡长大——通过气体的扩散与热量的传递，气泡膨胀；（4）、泡孔定型——通过自然或强行的方法终止气泡生长驱动力，泡核停止生长，即得到微孔塑料。这4个阶段直接决定了最终微孔塑料制品的泡孔结构与性能。
图1-2：超临界CO2发泡微孔塑料过程示意图