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超临界流体技术制备聚丙烯开孔发泡材料的研究

作　者: 黄英珠
导　师: 何亚东；信春玲
学　校: 北京化工大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 聚丙烯超临界流体发泡开孔结晶流变性能
分类号: TQ325.14
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

开孔发泡材料内部存在连通的孔道结构,赋予其新的功能和应用,可以用作分离、吸附材料、催化剂载体、药物缓释材料等,在生物医学领域具有巨大的应用前景。超临界流体技术制备开孔发泡材料过程不需要挥发性溶剂、环境友好,适用于几乎所有热塑性聚合物等优点,是一种具有良好发展前景的开孔材料制备方法。与其他热塑性聚烯烃相比,聚丙烯具有较高的刚性、优良的力学性能、良好的耐热性（最高使用温度达130□）和化学稳定性,是用于过滤分离等工业用途的优良材料。但聚丙烯为半结晶性聚合物,其熔体强度和熔体拉伸性能都很低,发泡气体易逸散导致发泡难以控制;又因其结晶速度快,发泡温区窄,因此难以成型泡孔均匀细密、发泡倍率高的聚丙烯发泡材料。本文通过添加线性低密度聚乙烯（LLDPE）对高熔体强度聚丙烯（HMSPP）进行共混改性,采用非等温DSC和高级流变扩展系统测试共混体系的结晶性能和流变特性,结果表明:共混物有两个特征结晶峰,分别对应LLDPE和HMSPP结晶过程,降温速率10℃/min时LLDPE结晶温度（T_p=105℃）明显低于HMSPP（T_p=127℃）;在动态频率扫描曲线的低频区,HMSPP的剪切储能模量高于LLDPE的,表现出了显著的弹性行为;在白行研制的超临界CO₂发泡实验装置上,对HMSPP/LLDPE共混物进行发泡实验,制备出表观密度0.030g/cm³,开孔率80%的聚丙烯开孔发泡材料。另外,本论文采用差示扫描量热仪（DSC）、X-射线衍射仪（XRD）和高级流变扩展系统测试等规聚丙烯（iPP）/超高分子量聚乙烯（UHMWPE）的熔融特性、结晶性能和流变特性。利用Ozawa方法、莫志深方法和Kissinger方法分析了iPP/UHMWPE共混体系的结晶动力学,结果表明,UHMWPE的加入一方面作为成核剂促进iPP在较高温度下开始结晶;另一方面,UHMWPE大分子存在对iPP结晶过程有阻碍作用,从而共混体系的结晶温区拓宽,这些都有利于聚丙烯挤出发泡工艺过程的控制。对共混体系进行超临界CO₂挤出发泡试验,得到高发泡倍率（30倍）,低表观密度（0.030g/cm³）,开孔率可达70%的聚丙烯开孔材料,同时初步研究了机头压降速率对开孔率的影响,随压降速率增大,发泡材料的开孔率提高,这对制备聚丙烯开孔发泡材料具有一定的指导意义。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-17
第一章绪论  17-31
  1.1 引言  17-18
    1.1.1 泡沫塑料概述  17-18
    1.1.2 聚合物开孔材料概述  18
  1.2 本论文所涉及主要研究内容的国内外研究现状  18-28
    1.2.1 聚合物开孔材料的主要成型方法  18-21
    1.2.2 超临界流体发泡成型的国内外研究进展  21-22
    1.2.3 聚丙烯发泡的国内外研究进展  22-26
      1.2.3.1 提高PP熔体强度的方法  23-24
      1.2.3.2 挤出发泡成型设备的改进  24-25
      1.2.3.3 成型工艺的研究  25-26
    1.2.4 超临界流体技术制备聚合物开孔材料的国内外研究进展  26-28
  1.3 本课题的主要研究内容、目的、意义和技术难点  28-31
    1.3.1 主要研究内容  28-29
    1.3.2 目的和意义  29
    1.3.3 本课题的关键问题  29-31
第二章 HMSPP/LLDPE共混体系的开孔发泡研究  31-51
  2.1 前言  31-32
  2.2 实验部分  32-40
    2.2.1 实验原料  32
    2.2.2 实验装置  32-40
      2.2.2.1 同向双螺杆挤出机  32-36
      2.2.2.2 超临界流体注气系统  36-37
      2.2.2.3 熔体泵系统  37-39
      2.2.2.4 机头口模  39
      2.2.2.5 同向双螺杆挤出机—熔体泵挤出系统  39-40
    2.2.3 挤出发泡实验  40
    2.2.4 测试仪器及方法  40
      2.2.4.1 热分析  40
      2.2.4.2 流变性能  40
      2.2.4.3 温度-储能模量动态扫描  40
  2.3 发泡样品的表征方法  40-42
    2.3.1 表观密度及发泡倍率  40-41
    2.3.2 泡孔微观结构  41
    2.3.3 开孔率  41-42
  2.4 结果和讨论  42-49
    2.4.1 结晶性能  42-43
    2.4.2 流变性能  43-44
      2.4.2.1 稳态流变性能  43
      2.4.2.2 动态流变性能  43-44
    2.4.3 温度-储能模量动态扫描曲线  44
    2.4.4 LLDPE用量对开孔发泡性能的影响  44-46
    2.4.5 压降速率对开孔发泡的影响  46-48
    2.4.6 开孔机理的讨论  48-49
  2.5 本章小结  49-51
第三章 iPP/UHMWPE共混体系的开孔发泡研究  51-67
  3.1 前言  51
  3.2 实验及测试  51-53
    3.2.1 实验原料  51-52
    3.2.2 实验方法  52
    3.2.3 测试仪器及方法  52-53
      3.2.3.1 热分析  52
      3.2.3.2 X射线衍射  52
      3.2.3.3 流变性能  52-53
      3.2.3.4 温度-储能模量动态扫描  53
  3.3 结果和讨论  53-66
    3.3.1 热分析  53-54
    3.3.2 结晶性  54-55
    3.3.3 非等温结晶动力学  55-61
    3.3.4 流变性能  61-62
      3.3.4.1 稳态流变性能  61-62
      3.3.4.2 动态流变性能  62
    3.3.5 温度-储能模量动态扫描曲线  62-63
    3.3.6 UHMWPE用量对发泡性能的影响  63-65
    3.3.7 压降速率对开孔率的影响  65
    3.3.8 开孔机理的讨论  65-66
  3.4 本章小结  66-67
第四章全文总结  67-69
  4.1 结论  67-68
  4.2 不足之处  68-69
参考文献  69-73
致谢  73-75
研究成果及发表的学术论文  75-77
作者和导师简介  77-78
硕士研究生学位论文答辩委员会决议书  78-79

超临界流体技术制备聚丙烯开孔发泡材料的研究

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