寧波材料所以超臨界流體為介質(zhì)探索聚合物加工新方法

    在可持續(xù)發(fā)展的驅(qū)動(dòng)下，低效和高能耗的加工方式正面臨逐漸被淘汰，綠色、高效、先進(jìn)的加工技術(shù)已成為當(dāng)前發(fā)展的必然選擇。超臨界流體具有類似液體的密度和類似氣體的粘度、擴(kuò)散系數(shù)大等特點(diǎn)，近年來(lái)被廣泛應(yīng)用于萃取、干燥、微細(xì)顆粒制備和聚合物發(fā)泡等技術(shù)。其中，超臨界二氧化碳（scCO2）具有來(lái)源廣泛、綠色環(huán)保、超臨界狀態(tài)溫和易實(shí)現(xiàn)等優(yōu)勢(shì)，因而應(yīng)用最為廣泛。近期，中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所高分子先進(jìn)加工團(tuán)隊(duì)以超臨界二氧化碳為綠色加工介質(zhì)，利用連續(xù)擠出設(shè)備，在探索聚合物加工的新方法方面進(jìn)行了創(chuàng)新性嘗試，取得了系列研究成果，為聚合物新的加工方法的建立提供了新啟示。

　　1. 通過(guò)調(diào)節(jié)分散從而調(diào)控增韌體系的斷裂方式

　　脆韌轉(zhuǎn)變無(wú)論在基礎(chǔ)研究還是在應(yīng)用研究方面都是一個(gè)重要的概念。改變彈性體含量、測(cè)試速率、測(cè)試環(huán)境溫度是調(diào)控增韌體系脆韌轉(zhuǎn)變的常用方法。科研人員在保持以上因素固定的情況下，通過(guò)超臨界二氧化碳調(diào)節(jié)共混體系兩相的粘度比，實(shí)現(xiàn)了調(diào)控聚丙烯/聚烯烴彈性體（PP/POE）共混體系的分散形貌，從而改變材料斷裂方式的目的（圖1）。該方法不光可以將脆性斷裂調(diào)節(jié)為韌性斷裂，也可以將韌性斷裂調(diào)節(jié)為脆性斷裂，這為通過(guò)加工過(guò)程控制調(diào)控材料的脆韌轉(zhuǎn)變提供了新思路（專利申請(qǐng)?zhí)? 201610117411.8; RSC Adv., 2016, 6: 106347-106354）。

　　2. 通過(guò)改善阻燃劑的分散從而改善復(fù)合材料的阻燃性能

　　引入阻燃協(xié)效劑是常用的提高阻燃劑阻燃效率、改善復(fù)合材料阻燃性能的方法?？蒲腥藛T在未引入阻燃協(xié)效劑的情況下，通過(guò)超臨界二氧化碳改善膨脹型阻燃劑在聚丙烯基體中的分散，從而顯著地提高了阻燃劑的阻燃效率，在23wt%添加量下，即可使聚丙烯復(fù)合材料通過(guò)UL-94 V-0阻燃級(jí)別（常規(guī)加工方法通常需要不低于30wt%的添加量）。該研究創(chuàng)新性地將超臨界二氧化碳引入到阻燃復(fù)合材料的加工過(guò)程，為高分子材料阻燃改性提供了新方法。該方法不光可以節(jié)省阻燃劑用量、節(jié)約成本，而且可以連續(xù)化制備，過(guò)程綠色環(huán)保，因此具有潛在的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)（專利申請(qǐng)?zhí)? 201610252554.X, 201610254837.8; RSC Adv., 2016, 6: 112184-112192）。

　　3. 通過(guò)促進(jìn)界面相容劑的生成從而顯著改善不相容體系的原位增容

　　反應(yīng)擠出原位生成界面相容劑是改善不相容體系相容性的一種有效手段?？蒲腥藛T通過(guò)超臨界二氧化碳作為反應(yīng)介質(zhì)，可以顯著促進(jìn)界面相容劑的生成，從而更有利于界面增容（圖2）。相比于現(xiàn)有加工方法（熔融共混、以超臨界二氧化碳為介質(zhì)的熔融共混、原位增容），通過(guò)新方法（以超臨界二氧化碳為介質(zhì)的原位增容）制備的聚丙烯/聚苯乙烯（PP/PS）復(fù)合材料具有更好的分散形態(tài)、更強(qiáng)的界面結(jié)合力和更好的力學(xué)性能（專利申請(qǐng)?zhí)? 201510560530.6; J. Supercrit. Fluids, 2016, 118: 203-209）。

圖1. 通過(guò)超臨界二氧化碳調(diào)節(jié)粘度比調(diào)控分散形貌從而調(diào)控?cái)嗔逊绞?/p>

圖2. 以超臨界二氧化碳為介質(zhì)的原位增容相對(duì)于其它方法的優(yōu)勢(shì)