文摘
高分子泡沫的特点,吸引不同的应用程序。然而,一些化学发泡方法依赖于不环保。解决环境问题的可能性之一是利用超临界二氧化碳ScCO2因为它是一个“绿色”溶剂,从而促进可持续生产泡沫的方法。ScCO2是无毒、化学惰性和溶于熔融塑料。它可以作为塑化剂,降低聚合物的粘度根据温度和压力。大多数泡沫过程可以从ScCO中受益2自从方法依赖于成核、成长和扩张机制。注意事项等预处理过程,温度、压力、压降和扩散时间相关参数对发泡。其他变量如添加剂、填料和链填充剂的发泡过程中也扮演了一定的角色。本文强调了形态、性能和功能与ScCO产生的泡沫2,考虑到相关方面的替换或引入一种新的泡沫。最近发现ScCO发泡相关协助2产品和工艺参数如何影响泡沫解决。此外,我们将讨论可能的应用,泡沫有显著的好处。本文显示了最近的进展和ScCO的可能性2在处理聚合物泡沫。
1。介绍
聚合物泡沫有广泛的应用。由于他们的多才多艺,几乎所有工业生产或使用某种类型的聚合物泡沫。泡沫的广泛使用包括家电、食品行业,和宇宙飞船1]。尽管高分子泡沫被介绍给市场在1930年代早期,仍有许多改进,研究人员正在努力达到的目标,尤其是有关材料和生产系统实现的。聚合物泡沫已经显示出有吸引力的可调功能,例如,压缩系数(2- - - - - -4),保温5,6一般),力学性能(7,8),和更低的密度(9,10]。
有不同的方法来生产聚合物泡沫。大多数的成核的过程依赖于基本面,增长和扩张的气泡附近融化,融化,或反应液体聚合物矩阵(11,12]。在这个方法中,多个变量影响最终产品的属性。聚合物对产品属性矩阵有最重要的影响,因为它会影响聚合物的粘弹性行为的过程中生产。工艺参数如温度、压力、剪切、有限公司2浓度、冷却协议、压降和浸泡时间,例如,影响细胞的形态(11]。其他领域也会影响材料的结果不同,比如吹代理(13,14),聚合物的修改(15)、添加剂(16),和填料17]。事实上,较小的调整在上述变量之一发泡过程将修改有关泡沫的结构和特性,因此,机械性能(18]。
产生泡沫的一个有前途的技术是利用超临界流体(方法)。自洽场是一种材料,在一个特定的温度和压力,其临界点以上,可以通过固体涌出像气体和溶解的材料像液体(19)(图1)。因此,它是一种状态,气体和液体能够共存。在舱中,除了N2超临界二氧化碳(scCO2)是一种很有前途的化学由于其相对较低的临界温度和压力(表1)、无毒性和环境友好(20.]。在利用scCO过程2气体和液体的组合行为可以调整工程师自洽场的密度与压力和/或温度调整的过程21,22]。
这份报告总结了聚合物泡沫主要利用scCO生产2作为发泡剂。过程相关的因素,制定和修改聚合物泡沫性质的外在影响被认为是在部分2和3。节4,我们将讨论泡沫细胞形态和力学性能。随后,节5我们报告聚合物泡沫特性和可能的应用,聚合物泡沫相关。
1.1。在聚合物泡沫吹特工
制造聚合物泡沫,吹代理是必要的生产聚合物基质的细胞结构。本质上,吹代理用于生产聚合物泡沫(i)气体扩大当压力释放后,(ii)液体气体经过相变,形成口袋内的矩阵,或(3)化学药剂的反应或分解的影响下催化剂或创建一个热气体,因此创建单元的口袋里(23]。使用的发泡剂是直接相关的属性材料,如密度、形态、和口袋里的泡沫的结构。因此,在大多数情况下,发泡剂是一个重要的参数需要考虑制造聚合物泡沫。通常,吹代理被归类为化学或物理,除了一些例外为可扩展的珠子24,25]。大多数化学吹代理固体在标准温度和压力条件(STP)进行化学反应释放气体发泡的材料矩阵(26]。物理吹代理,一般来说,液体或气体STP接受改变的状态下和扩张形成的口袋内聚合物矩阵(12]。吹机制将进一步的细节在下面几节中解释道。
1.1.1。化学发泡剂(CBA)
cba函数在热分解或化学反应,产生的气体(通常是N2和有限公司2()内的聚合物基质聚合物扩张27]。总的来说,cba被归类为放热(28和吸热29日]。此外,气体释放的温度必须兼容聚合物。否则,它可能导致并发症在发泡和,因此,细胞的结构(30.]。顾名思义,放热cba产生热量分解,迅速出现在很小的温度范围内(31日]。另一方面,吸热cba的能量从流程一旦分解,导致一个更广泛的温度范围和处理时间(27]。除了在对比过程工作温度范围,放热和吸热cba可以产生不同的泡沫结构。在类似的温度,放热cba粗糙结构与一个更大的细胞大小与吸热cba (32]。
CBA的选择标准的过程中聚合物泡沫也考虑聚合物的兼容性选择CBA和热行为过程中(30.]。利用cba的优点是大多数工业应用。考虑到产品,cba与self-nucleation和在必要时可以产生更好的细胞大小。此外,在工业,cba理论上的实现需要一个较小的设备投资(28]。此外,cba的合并过程中是直接进入设备的料斗或与聚合物混合矩阵在处理机械。大部分的cba是固体,不需要特殊的存储。
尽管如此,利用cba可能不方便将在最终产品可能的污染因为未反应的化学物质或固体仍然是cba的聚合物泡沫。由于这可能污染,回收泡沫变得更加复杂和不切实际。其他重要缺点使用cba的毒性化学物质或有关如何对环境有害的过程(33]。
1.1.2。物理吹代理(PBA)
pba应用于聚合物发泡通过挥发的液体或合并压缩气体的放电聚合物。需要利用pba需要时间自饱和和基于扩散过程。发泡的过程与pba的发展几乎与热固性聚合物的固化,热塑性,这个过程发生在接近或高于聚合物玻璃化转变温度附近但主要是聚合物熔融温度。常见的液体用作pba通常是低沸点液体,短链分子,卤代脂肪族碳氢化合物。气体利用经常在pba有限公司2(34,35),N2(36,37)、短链分子和卤代脂肪族碳氢化合物(38]。目前,有三个主要行业所使用的pba:碳氢化合物、卤代烃和惰性气体。
卤代烃与泡沫吹代理提供独特的功能高绝缘性能,给他们一定的优势其他吹代理(38]。利用卤代烃的可能性,即。,chlorofluorocarbons (CFC), as a blowing agent was first observed in the 1940s and widely implemented in factories around the 1950s [12越来越多的聚合物泡沫生产和使用。利用氯氟化碳的一个主要缺点是有关地球的臭氧层的损害。如果发布不正确,氯氟化碳的气体扩散到平流层,并进行化学反应引发的辐射,破坏分子破坏臭氧层的债券(39]。为了克服氯氟化碳的有害影响,hydrochlorofluorocarbon(结束)。结束前不太稳定,但仍分解较低层的大气。氢氟碳化合物(HFC) [38)提出了替代CFC因为他们不含氯。然而,HFC并不实现相同的聚合物泡沫形态相比,氯氟化碳的生产。
惰性气体在泡沫聚合物领域的承诺。的形式的利用惰性气体发泡要求过程超过临界点,实现超临界流体的状态。超过临界点,物质的密度液体但有气体的粘度和几乎没有表面张力(40]。当聚合物进行超临界流体,即。、有限公司2随着时间的推移,它就变成过饱和,诱导扩散,其次是热力学不稳定发生时细胞成核41]。后来在减压过程中,细胞生长,继续扩大,直到聚合物治疗或冷却,其熔体强度防止进一步扩张(42]。与公司2一个临界点,在温和的温度和压力,许多气体只能达到超临界行为在高温和高压力下超越的关键。此外,scCO2被认为是一个超强的偿付能力对于许多聚合物(40),成为今天的一个最有前途的吹代理使用制造聚合物泡沫。
pba考虑兼容聚合物的选择标准,环境和安全自吹的代理可以易燃,有毒或释放的污染物。每个因素的重要性程度可能不同主要是根据聚合物类型和所需的最终产品。
卤代烃,一般来说,显示有关生产一些优势和缺点与环境有关。例如氟利昂,适合聚合物挤出过程中,与生产开放的可能性或闭孔泡沫与卓越的机械性能和有吸引力的保温43- - - - - -45]。但与此同时,氟利昂是化学不稳定和环境有害的,如前所述。另外,有一些碳氢化合物(HC)适用于工业显示较低的沸点,可能合适的发泡剂。有些选择是环戊烷、异戊烷和丙烷。这些替代品提供更低的成本,相对小的对环境的影响,与聚合物的兼容性和大量可用46]。例如,尽管如此,环戊烷与非凡的点火能量低,特别是易燃这HC运输的问题,存储和使用。因此,利用业内HC需要仔细考虑的设备从运输到最终的产品中使用。
惰性气体(例如、有限公司2N2阿,2)是最吹代理行业中使用,因为他们的价格、广泛的可用性,和最环保的相比其他吹代理先前描述。尽管公司2作为一种温室气体,其生产可能会提供一个特定的来源,如能源生产行业,由于燃烧化石燃料为能源生产是单枪匹马的最重要来源有限公司2排放(47]。碳捕获、存储和利用,是一个技术开发有限公司2捕获从各种来源,进一步重用或存储48]。因此,有限公司2可以获取并利用泡沫生产,允许多个公司生命周期的呢2(49]。
2。过程相关的因素影响聚合物泡沫
利用超临界流体在聚合物发泡的过程中提供了许多好处。液体的粘度在超临界条件下结合气体和液体的密度,因此,执行作为一种优良的溶剂和增塑剂和增强聚合物的膨胀(50]。超临界有限公司2(scCO2)是一种无毒、不燃烧的化学惰性,相当低的临界点。因此,最近的研究调查一些scCO聚合物之间的相互作用2。例如,使用scCO实验2随着发泡剂一起执行polyethersulfone (PES) (51),聚丁烯琥珀酸)(PBS) (52),聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA) (53),聚乳酸(PLA) (54)、聚苯乙烯(PS) (55,56),聚(e-caprolactone) (PCL) [57]。此外,一些作者包括不同填料、添加剂、coblowing代理,和其他额外的步骤来提高泡沫的力学性能,优化成核,改善细胞的同质性,或引入一个额外的功能,最终的产品。
协助scCO聚合物发泡过程2有一些优势,比如缺乏有机溶剂和增塑作用的效果。尽管如此,利用scCO2泡沫有许多变量和参数的调整,独立于过程被挤压,批量反应堆发泡(图2),或其他可能的发泡系统(58]。批反应堆和反应堆内的聚合物发泡收益,其次是增加温度超过或接近聚合物的熔点和注塑有限公司2,因此增加了压力。一段时间后在稳定条件下,气体释放,下降的压力,促进泡沫细胞生长(59]。挤出发泡过程聚合物不断螺旋混合有限公司2和聚合物。挤出机的温度是聚合物的熔点附近,沿着螺旋压力增加,聚合物的喂养和注入有限公司2。死后,压力突然降低,促进泡沫细胞生长(60]。其他发泡方法,如注塑模具,需要更多的关注由于模具和不同剪切力参与这个过程。然而,该方法可以作为批约定俗成的发泡模具内的泡沫增长发生以来批次。
除了停留时间和降压速率,泡沫生产有限公司2本质上依赖于温度和压力。操作温度和压力直接影响scCO的密度2,从而使超临界流体的行为或多或少像气体或液体22]。从根本上讲,温度和压力变化scCO的密度2。的有限公司2密度直接影响scCO2扩散到聚合物随着时间的推移,也影响塑化效应,因此能够降低晶体的熔点区域的聚合物(61年]。这一连串的事件导致了不同的结果有关形态、力学性能和应用。此外,正如在本文后面所解释的那样,聚合物本身会改变其行为根据协议或如何进行预处理的方法。接下来的部分描述的一些进程的影响和对泡沫的性质的影响。
2.1。温度和压力
温度和压力往往参数调整在发泡过程中由于其直接影响结果。例如,如果温度和压力增加到高值,聚合物本身的行为可能会改变由于熔体强度,肿胀,饱和,结晶速率等。李et al。62年)所描述的一个拐点与压力有关。研究评估溶胀比和玻璃化转变温度(Tg)关系的PMMA在有限公司2压力从2到22 MPa在不同的温度下。本研究有助于理解和改善细胞成核和,因此,细胞形态(63年,64年]。作者观察到,溶胀比显著增加,随着温度上升据12 MPa的压力,和更高的压力,肿胀并不重要。还研究了Tg的样品,估计根据拐点温度在体积比的情节。的Tg PMMA滴增加压力降到最低为311.4 K 12 MPa,然后再增加到323.1 K在压力高于12 MPa。据李et al。62年),这一变化的模式12 MPa是归因于公司的溶解度2聚合物相比不太重要的静水压力作用和有限公司2压力增加(图3)。先前的理论提出,由于塑化,在scCO Tg的无定形聚合物2直到失去自由体积随压力压缩变得更加相关,增加Tg指数(65年]。
一个单一的PMMA发泡系统是由非政府组织et al。66年)来评估产品的结果在不同压力、温度。时间和场景。发泡方法系统包括25厘米内腔温度的梯度。非政府组织等人建立了独特的设备可以产生聚合物泡沫显示在多个方向梯度细胞形态。此外,可以看出在相同的温度下,细胞大小的压力成反比。细胞密度定义为成核密度、压力和压降的影响;因此,细胞密度与压力成正比。细胞的大小和温度成正比在给定压力,但不直接改变细胞以外的细胞密度可能崩溃。由于协议通过非政府组织et al。66年),可以评估公司的穿透深度2样本,有效地描述公司的估计2扩散系数依赖于温度或压力。因此,证明增加9 - 25 MPa的压力在这个过程中与PMMA在38岁的近两倍的公司2扩散系数。此外,在恒压下,当温度从28日增加到65,有限公司2扩散系数在PMMA增加1.5倍。因此,设备和协议通过非政府组织et al。66年]演示过程中温度和压力的影响的形态聚合物泡沫。
最近一个聚合物发泡的方法是显示多个形态结构泡沫产品的想法。聚合物泡沫与多样化的形态和更大的和小的细胞结合,获得更大的窗口的属性,因此,一个新的潜在应用的机会。灵感来自大自然,黄等。67年)展示了捏造一个仿生PP泡沫的可能性可修改的层次化的管状结构。更具体地说,固体可以调整的内径0.4毫米大约20毫米通过调整径向温度分布,因此,熔体的粘弹性。相比之下,徐和黄68年同时在PS)创建了一个双峰细胞结构调整温度和减压。这种方法是基于细胞成核不仅发生在减压,而且在温度差聚合物饱和。作者也发现类似的结果徐和黄69年在先前的文章中利用解放军。作者声称,提高减压前的温度会导致更高的结晶度,尤其是在外层的样本。因此,微蜂窝技术出现在皮肤区域的泡沫样品样品相比,泡沫没有温度变化的过程,但相同的饱和温度。这种方法的另一个理论实现双峰结构,温度提高导致较低的公司2溶解聚合物,因此气体过饱和和细胞成核。因此,提高温度有利于成核和扩散的气体被困逃离形成更大的细胞与细胞中形成的减压18]。
对发泡过程中,所有的参数及其关系影响的产品。有有效温度之间的联系、时间和压力。萨勒诺et al。57)解释说,在PCL饱和的过程中,泡沫的压力更相关的一致性比聚合物停留时间。发泡时间或减压速率直接相关和泡沫密度成正比,因此,整个孔隙度成反比。同样,Tsivintzelis et al。70年]研究解放军的加工性能。相比其他出版物(57,66年,71年),解放军遵循类似的趋势,大细胞可以实现较低的压力或更高的温度根据流程和材料的限制。
2.2。ScCO2浓度
浓度是直接相关的压力和时间,调整scCO的浓度2加载过程中是具有挑战性的,因为它可能会影响聚合物的塑化效果。换句话说,scCO的浓度就越高2,更少的能量将需要达到的聚合物的硬度下降。因此,在某些情况下,增加scCO的浓度2可能会导致需要调整其他参数如温度平衡聚合物塑化。
周et al。71年)评估部分气体饱和技术与PMMA scCO之下2,测量形态和力学性能。气体浓度配置文件是有效控制泡沫的比率和固体区域内的聚合物;因此,分级泡沫结构可以操作。功能、分级多孔聚合物有很吸引人的属性,因为他们不断改变在宏观力学和物理性能(图4)。力学性能测试表明,一方面,弯曲模量从3000 MPa以上近152 MPa,由于泡沫结构形成。另一方面,新的部分泡沫结构提高了抗弯韧性的材料,其最大65%的泡沫。机械性能的结果可以广泛利用根据开放细胞和固体区域的比例可以调整过程。这种材料的优点之一是,尽管泡沫夹层结构,分级泡沫提供了一个更加同质孔隙变异,一个坚实的核心,和更广泛的可调机械性能。
聚合物共混的形态通常是更加难以预测,因此这个话题将在以下部分更好的例证。此外,王et al。72年]报道细胞成核在PP / PS泡沫混合挤压过程。作者报道能够产生类似的双峰增加scCO的浓度时细胞结构2和温度下降由于scCO的塑化效果2。相同的温度剖面,据报道,增加有限2浓度导致增加细胞密度和细胞壁薄。此外,它还报告说,尽管聚合物混合,这个过程能够产生均匀的细胞结构在低浓度的有限公司2。作者认为,这种现象是由于原子核密度在不同阶段形成以来scCO的溶解度2在PS低于PP的工艺条件(73年,74年]。低scCO2浓度结果完全解散的一个部分,和其他的部分溶解,导致可能的类似的细胞生长。
除了细胞形态学、泡沫孔隙度或机械性能,温度和压力也可能会影响细胞的表面。王等人。75年]研究了控制细胞的结构和表面与scCO泡沫产生2调整温度,压力,scCO2流量和时间在半连续过程。作者提出启动过程像往常一样批发泡(增加温度和压力),但一段时间后,打开一个溢流阀,使scCO2在低流量流率;与此同时,泵腔内的压力保持。有了这个系统,据报道,密集的皱纹是通过高压,低温长时间和高scCO2流。作者指出,这种组合的理论温度,压力,scCO2流诱发大分子东方和分子内压力的形成需要产生一个粗略的细胞表面(76年]。报告认为,这些发现可能有助于未来的工作生产和更好地理解细胞表面的泡沫聚合物,可以实现在缓冲和吸收能量。
2.3。Coblowing代理
Coblowing代理通常溶剂介绍改善发泡聚合物的性能。在过程中使用scCO2,coblowing代理可以提高公司的溶解度2聚合物,协助可能扩大泡沫温度窗口。试图评估coblowing剂的影响,Morisaki et al。77年]设定固定值温度、压力和时间的饱和PMMA和添加不同浓度乙醇的过程。结果,添加1到7.5摩尔%乙醇coblowing代理,增加细胞大小,提升细胞聚结与双峰分布和表皮厚度从45米35米。作者建立理论,乙醇可以提高半极PMMA和scCO之间的亲和力2同样是纤维素衍生品和公司之间2液(66年,78年]。进一步,利用一个额外的步骤后,挤压技术涉及热水,作者可能会产生一个近去皮的最终产品 μm。
试图优化泡沫结构,羌族et al。55丁醇的影响研究和正癸醇为PS发泡协助scCO coblowing代理2。计算模拟了以前的实物样品和建议的溶解度和扩散系数有限公司2对PS成正比醇的链长用作coblowing代理。实际上,提出仿真证实,不仅丁醇、正癸醇提高scCO的交互2和聚合物,还根据溶解度增强醇的链长。正癸醇辅助维持较高含量的发泡剂在PS,产生较高的细胞密度。丁醇,对PS较大的增塑作用的影响,提高了泡沫的体积膨胀率(版本)。醇都是结合作为coblowing代理商导致PS泡沫的形成与小细胞大小和大版本相比,与纯公司产生的泡沫2。
利用分子模拟软件,因此材料工作室(79年)或高斯09软件(80年),是有吸引力的,在选择从一个巨大的潜在溶剂coblowing代理,因为它计算之间的结合能主要发泡剂和可能应用的溶剂coblowing代理。胡锦涛et al。(80年)分子建模和实验研究了聚砜微孔发泡材料的发泡行为(事业单位)和polyphenylsulfone (PPSU)协助scCO2和一个coblowing代理。他们的研究评估乙醇、水、丙酮和乙酸乙酯coblowing代理。乙醇显示更强的互动有限公司2根据软件和实验分析。乙醇与公司互动的程度2是原子之间的距离越短。造型放置水作为第二个最合适的互动有限公司2因此,作为coblowing剂在发泡过程中兼容。尽管如此,利用10 wt %乙醇在发泡过程中PPSU和事业单位的实验导致了改善膨胀率从2.07到5.02,从3.30到5.25,分别在15 MPa。
一样的直接改善发泡聚合物,coblowing代理也可以用作间接支持发泡过程。Tsimpliaraki et al。81年]证实乙醇作为coblowing剂是必要的生产发泡的聚合物纳米复合材料PCL /粘土。结论是没有溶剂,集群PCL粘土形成的,因此,得到了非均匀的细胞。然而,一旦介绍了乙醇,粘土的分散更均匀;因此,细胞的均匀分布。后其他的研究(55,82年,83年),使用cofoaming被证明是有利的特别是在聚合物加工、展示的溶解度有限有限公司2。
3所示。外在的影响
如前所述,高分子泡沫材料由于其轻量级的有吸引力,比强度高,好热,隔音性能。这些特点主要是,但不是全部,所提供的最终产品的独特的多孔结构。高分子化学的修改和使用添加剂或填料制造泡沫的过程中也扮演一个重要角色在最后的结构(84年,85年]。因此,有必要研究潜在的元素组合与聚合物泡沫达到引人注目的特性。
3.1。添加剂
添加剂用于改善材料,聚合物的加工性能,实现新功能的泡沫,和在某些情况下,旨在减少能源消耗过程。Novendra et al。86年)在一个特定的建议采用有限公司2-philic添加剂导致成核的形成温度低于熔点的解放军。他们的想法是基于利用类型的多面体低聚物的silsesquioxane(改性)。给高分子泡沫的目的为生物医学应用,改性生物相容性分子在低或无毒性,因此,没有根据主要目的主要缺点。有限公司2-philic trifluoropropyl多面体低聚物的silsesquioxane (TFPOSS)被选为成核剂,添加到正确的浓度可以增加孔隙度比平时高40%,温度100低于熔点。此外,据报道,增加TFPOSS浓度增加细胞的平均大小从624纳米到857纳米。
提出改善scCO溶解度和解吸率2在PS,羌族et al。35利用聚二甲基硅氧烷(PDMS)和聚醋酸乙烯酯(PVA)有限公司2-philic添加剂理解数量平均分子量的影响(Mn)的发泡过程中添加剂的亲和力差的聚合物有限公司2(87年]。低分子量的公司有限公司2-philic添加剂PDMS有更好的性能比PVA增加有限的扩散系数2和减少的饱和时间过程由于强大的公司2亲和力。相比之下,复合PS / PDMS显示小细胞大小、细胞密度较高,细细胞结构(图5)与上级控制有限公司2在发泡过程中扩散。作者认为引入低锰有限公司2-philic添加剂有助于发泡过程通过产生一个小细胞大小和大体积膨胀率。
3.2。填料
填料,在一般情况下,颗粒材料主要是利用降低成本。与添加剂也连着聚合物的矩阵,填料只是分散在聚合物。一旦引入聚合物,填充物格兰特改进属性根据他们的本性。填料的主要属性探索包括增加刚度,热量和电导,抗蠕变性,成核剂的聚合物泡沫的过程。刘等人。88年)准备PVA /石墨烯纳米复合材料泡沫填充物含量有不同的重量。首先,它是有价值的,将指出,石墨烯都合并到聚合物基质中,支持有效的剥离。此外,填料的加入,不仅证明了增加最终材料的抗拉强度和热行为也起到了影响作用在增强泡沫内的泡沫,在细胞生长(图支持结构6)。同样,纳米复合材料的填料增强泡沫结构,导致一个增强压缩属性(图7)。相比之下,Moghadas et al。51)也使用石墨烯氧化物纳米粒子作为填料对PES和成核剂。因此,它已经发现,纳米粒子的重量百分率扮演更重要角色的成核聚合物相比,发泡温度、饱和压力、发泡时间。此外,填料的浓度越高,细胞尺寸越小,细胞密度越高,因此,高杨氏模量和%伸长的材料相比在泡沫样品。由于多孔结构,样品泡沫更大的细胞有一个较小的抗拉强度和延伸率与样品相比较高的细胞密度和更小的细胞。同样的想法,即使是最均匀和较小的细胞形态学通过作者有一个合理的低抗拉强度和伸长率比原始的样品,不是泡沫。
(一)
(b)
因为碳纳米管(CNT)有趣的特性(89年)等杰出的强度和良好的电和热性能,他们也研究了聚合物领域的泡沫(90年]。陈等人。91年)利用多层碳纳米管(MWCNT)有不同的长度和宽度之间的比率融入PMMA评估细胞密度。相似的温度和压力条件下,相同浓度的MWCNT,样本相对长MWCNT表现出低细胞密度相比充满短MWCNT样品。也报道,细胞密度依赖的饱和压力的假设在较低的压力,成核发生最有可能的纳米管,所以更短的填料,在这种情况下,表现出较高的细胞密度。相反,在高饱和压力,成核是建立在MWCNT的侧壁,导致多个成核站点,增加细胞密度。同样,陈等人。92年)观察到1 wt % MWCNT的PMMA矩阵导致82%的杨氏模量的增加,聚合物泡沫的破裂强度的两倍多。同时,MWCNT改善压实矩阵的性质,可能是因为细胞的大小和更高的密度降低。关于填料的大小,得出长MWCNT导致整体聚合物泡沫更大的杨氏模量和抗挤强度相比其他样品。短MWCNT PMMA纳米复合材料表现出相对较高的模量和相对强势的not-foamed纳米复合材料相比也产生MWCNT较短。
旨在评估材料的形态和属性和炭黑(CB)填充加载的影响到聚合物基质中,陈et al。52)制作纳米复合材料制成的泡沫PBS和CB。加上这一事实CB在PBS矩阵具有良好的分散,填料含量的增加会增加结晶温度、结晶度、热稳定性、存储模量和复杂的粘度。据报道,事实上,低CB内容显示有较高的热稳定性和韧性高CB含量相比,由于一些聚合物基质的纳米颗粒的聚集。使用CB泡沫的电导率特性提高了约5数量级与wt % 5 CB内容整洁的泡沫相比,纳米复合材料以及wt % 5 CB含量。此外,更高的CB浓度导致聚合物泡沫高细胞密度和小细胞大小。还有许多其他科学应用于聚合物泡沫填料的可能性。例如,层状硅酸盐发泡行业也很有趣,因为它是一种最广泛使用的食品包装填充物。等关键词随处可见,易加工性,良好的性能,更低的成本93年]。Keshtkar et al。54起泡性的)发表了一项研究计划与纳米黏土填料使用scCO连续挤压2作为发泡剂。作者可以得出这样的结论:纳米黏土含量直接相关的增加细胞密度增加,泡沫的膨胀率,和融化的力量。此外,Keshtkar et al。54]报道比较相似的填充物,Cloisite 30 b(根据作者的低可分散性),20 Cloisite确认填料的性质,如可分散性和相容性聚合物,特别是影响泡沫膨胀率和细胞密度等生产过程。
3.3。聚合物预处理和修改
预处理的聚合物产量一些有吸引力的结果。萨勒诺et al。57),研究PCL,测试不同的冷却过程,发泡温度、饱和压力和发泡时间,类似于其他研究[56,66年,94年]。PCL样本进行等温scCO2预处理表现出更高的熔点和熔化开始。这些研究结果结合其他研究人员联系等不同熔化热历史后续recrystalisation scCO之后2sorption-desorption [95年]。此外,Salerno et al。57)利用三个冷却协议在泡沫前的样品,对样品快速、温和,和缓慢冷却后形成。作者得出的结论是,样品最快生产冷却协议执行一般泡沫较高的孔隙度,这些现象归因于聚合物的结晶。据报道,熔点转向更高的温度的证据表明高晶体分数表明更大的微晶。其他作者也研究了相似的结果,这表明减压时间和晶体结构是重要的为了控制泡沫形态(96年- - - - - -98年]。
产生泡沫的关键因素是相关的分子结构和分子量的聚合物。因此,修改聚合物与分支代理或使用不同分子量聚合物在同一进程中往往会产生不同的结果。热塑性聚酯解放军是biobased和可生物降解的聚合物有前途的特性。然而,很难产生解放军泡沫材料高倍数的速度,因为它们线性分子排列,熔体强度低、结晶速度缓慢(99年]。因此,为了弥补解放军的困难,纳杰菲et al。One hundred.添加一个商用链extender (CE)为了克服相关问题弹性和解放军的熔体粘度(图8)。长链支化(LCB)解放军相比,线性计划,执行与增强粘度、剪切敏感性,和较长的弛豫时间。因此,LCB解放军产生泡沫细胞密度增加,分布更均匀的细胞。在另一篇文章中,李et al。101年)也试图克服前面提到的解放军问题在发泡过程中,修改它的无规共聚物,乙烯与甲基丙烯酸缩水甘油基酯作为一种高效的CE。人民解放军和样品的分支和交联提出了CE直接相关的增强特性粘度。因此,通过改进包括CE设法增加细胞密度近四倍比整洁的解放军和体积膨胀率三折叠。
(一)
(b)
如前所述,中国是一个了不起的聚合物,考虑它的一些特性(102年),但发泡过程中仍面临着一些挑战。为了克服解放军发泡限制,李et al。103年)提出了一个preisothermal冷结晶代替分支代理或填料,声称这些方法可以破坏解放军生物降解性和可能提高生产成本。其他原因,作者声称预处理将促进结晶,提高聚合物的熔体粘度和强度的运动,因此,导致大量的异相成核的接口(104年]。本文得出的结论是,解放军preisothermal治疗提出了更多的和改进的晶体结构。因此,作者声称,这个过程提高了最大膨胀率从6.4倍到17.7倍。此外,等温处理增强分散的均匀性和泡沫细胞的大小。
旨在为光诱导的氢气生产泡沫演化Morisaki et al。77年)利用scCO2泡沫两个不同重量的平均分子量(Mw) PMMA。低分子量PMMA (LPMMA)和高分子量PMMA (HPMMA)产生不同的泡沫结束时相同的过程。泡沫生产LPMMA显示合理降低细胞密度和细胞间薄墙与HPMMA相比。从本质上讲,LPMMA和HPMMA样本之间的差异在同一公司2吸附是他们的粘度,LPMMA低于HPMMA聚合物可达六十分之一。低粘度本质上可能导致更大的扩张和聚结的细胞。其他出版物报道,低分子量聚合物显示更少的成核网站如果考虑经典成核理论105年- - - - - -107年]。
同一类别的修改,热塑性塑料的交联是一个激动人心的替代补偿与低分子量聚合物熔体强度低,或不利的结晶性质问题是泡沫。因此,与scCO泡沫聚乙烯2,周et al。108年)提出用过氧化二异丙苯(DCP) HDPE生产微交联结构增强的粘弹性。作者用DCP 0.25每几百树脂HDPE,发现在较高的浓度,交联有限发泡行为限制细胞生长。然而,DCP浓度较低的,作者可以获得泡沫结构和一种改进的膨胀体积比从3.1为原始HDPE 7.7凝胶含量的5%。在类似的研究中,郑et al。109年)发现了类似的结果,高浓度的bis-tert-butylperoxy diisopropylbenzene (BIPB)三元乙丙抑制细胞生长,因为刚性的交联网络。郑et al。109年)报告,交联程度的增加,细胞形态学改变了从多边形、椭圆,有更多的同质性细胞,壁厚增加。在其他的研究中,(110年- - - - - -112年),结果表明,交联程度的热塑性塑料的确有助于控制和泡沫细胞的分布。
3.4。聚合物混合
聚合物混合主要是有利的,因为他们可以冲淡一些材料的成本和拓宽房地产的产品范围。混合聚合物的方法设计新颖材料采用最佳性能的聚合物,并达到新的可能性由于融合的协同作用。于是,王et al。72年]研究了泡沫的混合细胞成核聚丙烯(PP)和PS,因为它通常是更难以预测混合物的形态比单一的聚合物。首先,作者建立了整洁的PP产生较小的细胞,从而显示了较高的细胞密度相比,整洁的PS泡沫。之前的声明后,PP / PS的混合也显示了类似的模式,其中大细胞形成在PS富裕阶段,和小细胞形成PP富裕阶段与记者根据形态属性。
相应地,可生物降解的聚合物泡沫制成的聚酯解放军,PBS和混合的解放军保利(羟基丁酸)(PHB)与scCO泡沫2、测试和比较Frerich [113年]。作者研究了温度和压力对最终产品的影响。融化以来有很大的影响在发泡过程中,作者成功地测量有限公司下的熔化温度245 MPa的压力。在45 MPa的压力,解放军熔化温度降低到96,PBS减少到100,和混合PLA / PHB降低到111;因此,塑化效果和每个聚合物的熔化温度的影响是显著的。作者认为较小的变化观察到PBS与溶解度的影响以及静水压力已经在本文前面提到的。解放军的大熔化温度的变化和混合根据作者大多与分子量有关,多分散性和高溶解度有限公司2在人民解放军PBS相比。相关的起泡性,在其最佳条件下,据报道,解放军和PBS显示类似的孔隙度的0.81和0.82,分别和混合PLA / PHB显示低孔隙度为0.76。对于机械性能,解放军的PHB /抗压模量的混合值最高;然而,它被发现更脆相比其他聚合物。而PBS和解放军样本测试压缩60%,混合PLA / PHB打破了之前压缩10%。解放军和PBS生成不同的压缩测试图;然而,解放军显示更高的刚度对于抗压强度必须达到60%。
完全生物可降解聚合物混合是复杂的生产由于兼容性和通常需要petrol-based添加剂(114年,115年]。刘等人。116年)利用Joncryl链extender巩固聚(丙烯碳酸酯)(PPC)和polybutyrate己二酸对苯二甲酸乙二醇酯(PBAT)。PPC是一种无定形的脂肪族聚碳酸酯与好氧障碍和高溶解度有限公司2。PBAT是无规共聚物韧性(117年),进入与PCC混合补偿PCC的脆性。刘等人。116年)报道,混合PPC和PBAT一小部分Joncryl adr - 4368添加剂(约1%)会导致复杂的粘度增加四倍。因此,该产品与scCO泡沫2,PCC / PBAT与添加剂混合,密度0.083克/厘米3并与15米的大小均匀的细胞。相比之下,scCO相同2发泡法生产PBAT泡沫密度为0.4克/厘米3和细胞大小的75米。
遵守轻量级材料在高性能应用程序的高需求,如航空和汽车、Cafiero et al。118年]研究了混相混合的起泡性基于聚醚醚酮(PEEK),半晶质的工程热塑性塑料和聚醚酰亚胺(PEI),一个使用scCO无定形的热塑性聚合物,2作为发泡剂。发现泡沫密度成反比PEEK含量高达50%,在高加载泡沫密度增加。混合的PEEK / 50比裴:50显示有限的结晶度在发泡根据热分析,除了泡沫密度的最低配置。根据作者,描述行为可以解释为两个原因:首先,在发泡过程中发生结晶速度慢,第二,部分无定形PEEK的存在仍刚性也高于玻璃化转变温度(119年]。这种刚性的存在无定形部分可以减缓结晶率。总之,50:50比PEEK /裴产生泡沫密度最低,微细胞结构,高的有核细胞。
4所示。细胞形态和性能
细胞形态是一个关键因素,直接影响聚合物泡沫的实际性能,如力学性能(图9)[120年- - - - - -123年]。泡沫保温和包装可能受益更多闭孔结构,而隔音泡沫通常需要一个开孔结构。在这篇文章的一部分,细胞形态学的影响(细胞大小和分布、结构)综述了聚合物泡沫材料的性能。
4.1。微孔泡沫
微孔聚合物泡沫自1980年代以来被广泛使用,因为他们可以降低材料的密度和实现其他功能(例如,骨支架),同时保持良好的机械性能相比,其not-foamed形式(124年]。微孔泡沫材料,结果表明,减少细胞大小和降低大小分布可以增强泡沫性能拉伸和冲击强度(125年- - - - - -127年]。
细胞结构有多种应用程序;从今以后,有必要将其结构与工程应用。泡沫与泡沫孔隙率和细胞结构属性,Zhang et al。53制作PMMA微孔泡沫通过调整工艺条件。据报道,PMMA细胞大小和孔隙度之间的关系和力学性能(即。,有限公司mpressive strength and modulus) exhibits quadratic growth where strength increases with the development of smaller cells or lower porosity. Cell size going from 45.7 to 15.0 μ米系数从70.48增加到98.59 MPa和强度从4.70到6.84 MPa。孔隙度和PMMA微孔泡沫塑料的力学性能类似。不同孔隙率从82年40%增加系数从73.60到230.32 MPa和强度从5.17到40.63 MPa。从本质上讲,在PMMA,作者(53)报道,细胞直径大于30μ米,通常有一个多边形的形状和薄墙大部分经受压力。增加细胞大小导致减少壁厚,因此,可能降低机械强度(128年,129年]。此外,降低孔隙度或减少细胞大小的微孔泡沫结构产生材料抗压强度和模量增加。高细胞密度和小细胞大小导致压力转移,从而达到更高的抗压强度由于应力集中的损失。
4.2。Nanocellular泡沫
研究nanocellular泡沫被显示为下一代高性能聚合物泡沫(130年- - - - - -132年]。实现nanocellular结构,开发新技术,如下所述。例如,Sharudin和Ohshima133年)利用有限公司2全身crystalisation结合纳米dispersed-domain方法(134年)管理创建nanocellular泡沫。页加上styrene-ethylene-butylene-styrene(实用)在scCO退火2促进混合矩阵的结晶形态的变化。实用作为分散公司的成核点2在快速生产的压力淬火nanocellular泡沫(133年]。获得的泡沫有更高的产量和极限抗拉应力比相应的固体。他们的研究结果也表明,断裂伸长率恶化可能由于存在表面的泡沫崩溃的扮演的缺口拉伸试验。因此根据作者,控制表皮层可能发挥更重要作用在提高泡沫的破坏的伸长量。
除了机械性能,nanocellular泡沫也期待有更好的保温性能比传统的泡沫,因为它们的孔隙大小下降的范围气体分子的平均自由程135年]。热内运输的造型nanocellular泡沫建议增加聚合物的折射率、吸收系数矩阵是有利于降低泡沫的导热系数(129年,136年]。在nanocellular泡沫的情况下,聚合物基质具有高红外吸收可以通过泡沫明显阻止热辐射。随着一个合理的孔隙度,nanocellular聚合物泡沫可以达到超隔热属性(137年]。据报道模式,目标细胞大小应该小于200纳米的最佳孔隙度应该介于0.9和0.95之间实现超隔热性能(136年]。这个数学模型相关的激励下一代超隔热材料的发展,可以方便地捏造的聚合物泡沫。
Nanocellular聚合物表现出类似的优势与聚合物泡沫和额外的功能由于其降低了细胞的大小。一个最近发现在nanocellular改善聚合物的透明度,使泡沫完全承诺的新市场。Martin-de莱昂et al。138年)为特征的光学透过率透明PMMA根据他们的细胞大小和材料厚度。PMMA泡沫细胞的14 nm,相对密度约0.47和0.05毫米的厚度达到了一个令人印象深刻的透光率为0.94。这些值显著的自相似材料的维度,但显示细胞大小为225 nm导致接近零的透光率(图10)。作者报道,散射理论状态的光通过,最大粒径的顺序应该是光的波长的十分之一。可见光的波长400 - 700纳米的范围。因此,Martin-de莱昂et al。138年)符合理论自样品与细胞大小小于50 nm显示一些透光率。提出,未来市场对这些材料可以包括超隔热窗、纳米多孔材料过滤、能量储存和催化剂载体139年]。
创建在聚合物纳米细胞泡沫的问题直接相关的热力学不稳定的纳米自细胞倾向于在发泡过程中破裂和合并140年]。因此,史等。141年)项目提供稳定的方法和聚合物混合细胞生长和发展高孔隙度nanocellular聚合物泡沫。利用有限公司2作为发泡剂,作者采用甲基丙烯酸和聚偏二氟乙烯(PVDF)。组合的选择是因为PMMA能吸收大量的有限公司2而沿着聚合物PVDF安排一致,使微晶核的成核点。因此,PMMA含有20% PVDF在13.8 MPa温度由一个两步发泡过程可以产生超过70%的材料孔隙度和细胞大小平均287海里。提出的方法施et al。141年)是环境友好、简单,但效率高和灵活性。作者还声称为过滤产品的应用,能源绝缘子和催化作用。
4.3。复杂的细胞大小分布
为了实现一些功能需求,需要工程师的设计结构多孔材料。聚合物泡沫具有复杂细胞大小分布方便收集不同大小的细胞(142年]。一般来说,更大的细胞降低材料的密度,而较小的细胞协助机械和隔热性能。例如,改善声学性能可以与分级生产聚合物泡沫材料相比统一大小。尽管Mosanenzadeh et al。143年)不利用scCO2在他们的过程中,他们设法创建一个泡沫细胞大小变化从600年到200年μ米材料。这种转变在细胞大小增强最大吸声系数高达20%相比,均匀的细胞大小相似的泡沫孔隙度。如前所述在这个报告中,可以利用scCO产生梯度泡沫结构2(66年]。
组织工程领域也利用泡沫与复杂的细胞大小分布开发更好的模拟生物结构的新材料。例如,支架起着至关重要的作用在细胞粘附和诱发细胞生长骨骼再生。陈等人。144年)开发了一种PCL脚手架双峰孔从100年μ小于50米μ使用两步减压scCO2。合成材料的支架形态以来潜力非常类似于细胞外基质的自然骨组织。从本质上讲,在这种情况下骨组织的脚手架,所需的大毛孔粘附、增殖,和干细胞的迁移,而小孔协助运输营养物质和废物的144年]。
5。应用程序
在材料科学中,有广泛的路径覆盖特点吸引获得不同的功能。市场一般(食品工业、健康系统,aerospatial工程)要求每天更个性化的泡沫与不同的导电特性,可生物降解和生物相容性。使用scCO发泡过程2生产聚合物泡沫与特殊功能由于超临界流体(图的多功能性11)。据报道,scCO产生的聚合物泡沫2与特定的特性可以为保温(进入市场145年,146年],骨组织[147年],EMI屏蔽[148年),吸附材料(130年,149年),和过滤器(150年]。本节将描述一些高分子泡沫的属性,研究人员发现和他们的一些应用程序。
5.1。导电性
高分子材料已经知道了几十年是良好的绝缘体。然而,结合聚合物与添加剂或化学修改他们可以创建导电的聚合物。因此,聚合泡沫,其电气性能是可行的和有吸引力的151年]。
因为我们在信息时代,发展轻质材料和比强度高、热好,隔音性能导电性甚至绝缘从电力是有趣的152年]。Gedler et al。153年]报道的一项研究在泡沫制成的纳米复合材料聚碳酸酯(PC)和石墨烯,旨在评估电介质和电磁干扰(EMI)屏蔽性能和泡沫形态有关。保持石墨烯在同一体重内容但调整工艺参数已经显示不同的结果,因为它改变了泡沫结构。因此,总之,除了填料含量、形态的聚合物泡沫EMI的结果造成很大的影响。事实上,一些裁剪的过程中,可以达到与EMI材料屏蔽效能35倍比not-foamed版本的纳米复合材料。分享与导电材料、EMI屏蔽应用程序的目标,2016年,旷et al。120年]报道一个绿色的方法与解放军MWCNT /纳米复合材料产生泡沫,导致一个低成本、环境友好的过程。他们的方法包括丙交脂/ MWCNT scCO样本都浸在了水中23小时高温、发泡温度下降的温度,其次是快速减压。这个过程提出的旷et al。120年]独有生产轻质、高强度、高导电可生物降解聚合物复合泡沫。类似的研究也证明了可行性的轻量级频率选择与其他聚合物(EMI屏蔽154年- - - - - -156年]。提到的一些研究表明,这种新技术对EMI聚合物产品适用于电子、汽车、和包装市场。
与前面的导电研究相比,Qi et al。157年]研究轻量级polyarylene醚腈聚合物结合SiO(钢笔)2填料和成核剂形成聚合物泡沫材料,进行更加省电。与SiO发泡的聚合物基质2填料非常最终材料的孔隙度增加38%,没有填料,与5 wt % SiO超过58%2。此外,有一个相当大的减少介电常数和损耗角正切,意味着新材料成为一个更好的绝缘子。此外,体重SiO内容2添加到聚合物基质增强保温性能直接相关笔/ SiO2,同样,细胞密度增加。
5.2。伴热保温
全球能源消费的重要组成部分来自加热和冷却(158年]。因此,保温更可持续社会至关重要。热绝缘体提高能源效率在包装、运输、建筑、和工业流程。由物理结构和化学成分,材料的导热系数描述性能的热绝缘体(159年,160年]。因此,聚合物泡沫材料的物理结构的空隙密度和低热导率矩阵。
从本质上讲,热导率直接与分子运动,是物质的属性传递热量的能力(161年]。气体通常有较低的导热系数比大多数聚合物泡沫。然而,克努森效应州导热受到局限的影响气相(162年),使纳米多孔聚合物来克服一些气体的热导率。因此,森林等。163年)等人研究了克努森效应通过造型泡沫特性与微/纳米细胞形态学生产有限公司2作为发泡剂。雇佣一个分析模型基于类似的治疗气凝胶,森林等。163年)模式泡沫形态对导热系数的影响。总之,聚合物泡沫的密度0.1 ~ 0.2克/厘米3和细胞大小小于100纳米特性的有效导热系数等于或低于0.02 W /可,这是相当于空气的热导率。其他作者利用nano-cellular泡沫理论结合填充剂或添加剂实现相同或更低的热导率的气体(164年- - - - - -166年]。
在研究隔热材料的同时,其他轻量级特性也非常有益。施等。167年),使用scCO2作为发泡剂,产生一个轻量级PVDF / PMMA开孔泡沫的保温。此外,由于材料的形态、泡沫显示吸油特性,使其成为合适的人选为生态灾害。采用可持续的方法,史等。167年)获得了泡沫开孔率高达98.6%,密度0.0361克/厘米3,导热系数31.07 mW /可。热导率达到PVDF / PMMA泡沫混合与岩棉和聚氨酯泡沫168年),但与吸油特性。
聚合物泡沫是可靠的热绝缘体,但一些不环保。因此,阴et al。169年]提出了产生一个完全可降解泡沫复合PBS和纤维素纳米晶体(CNC)。为了改善PBS发泡性能,作者利用一个基于分支剂环氧树脂。此外,数控由乙酰化使用疏水表面改性提高数控与PBS的兼容性。生产的泡沫PBS / CNC材料阴et al。169年)提出了改进的细胞结构,增加体积膨胀率(版本),因此较低的热导率。作者声称他们复合显示导热系数为0.021 W /可和版本为37.1。因此,PBS / CNC建筑和包装是一种很有前途的材料,结合优秀的导热性和生物降解性。
5.3。可生物降解的
大多数聚合物如今许多年来在自然界如果错误地丢弃,和塑料的长寿命造成环境问题。因此,塑料生物降解是必要的履行聚合物的市场需求而不损害环境。因此,Ju et al。170年)开发与描述单峰和双峰可生物降解PBS的制造纤维素纳米晶体(CNC)。这个泡沫复合支架显示显著的机械性能,提高亲水性、降解性和组织工程应用程序的有前景的结果。PBS的发泡过程综合表现在合作温度控制变异和两步减压。尤其是公司高达5%的数控复合证明增加抗压强度,降低材料的水接触角,很好地提高降解率根据早期的实验(图12)。除了所有的特性PBS / CNC熊,它是有关提到与双峰聚合物支架结构对骨再生的吸引力(由于其形态属性171年]。
(一)
(b)
(c)
制药公司也试图充分利用生物可降解的泡沫,和一个很好的例子是脚手架聚合物作为药物的应用交付方法。此外,发布多个药物或兴奋剂在不同的比率是一个有吸引力的技术,可以促进治疗和创建新的愈合过程。生物可降解的高分子支架是一个策略来管理药物输送。白等。172年)生产的复合泡沫polylactic-co-glycolic酸(PLGA)和解放军与不同的生物降解率,从而能够实现连续释放选择因素。由于不同的生物降解率的聚合物泡沫,系统可以复制自然生物生理过程的时间因素通过微调解放军的比率和PLGA的聚合物泡沫。
有时候,还需要特色的结合;因此,旷et al。121年)使用可生物降解的聚合物PBS结合碳纤维(CF)复合泡沫协助scCO制定2作为发泡剂。聚合物泡沫显示不仅已经提到的好处使用填料但CF专门授予导电材料。这是证明有类似重量百分比含量的CF,泡沫材料展览相比高导电性固体聚合物。完全,PBS / CF泡沫仍然按照预期显示生物降解性的PBS和改善导电性适合替代金属的应用程序是必要的,只有有限的时间。
完全biobased由于生物降解性和生物可降解的聚合物是具有挑战性的调优,力学性能匹配,价格,最终,加工性能(173年]。然而,李et al。149年)研究一个完全biobased以来吸油材料替代现有技术分离油和水的利用会产生二次污染。因此,混合与PBS泡沫由scCO解放军2创建开放细胞泡沫提出了选择性吸附油和实现。解放军/ PBS泡沫显示孔隙度高达97.7%,成功吸附溶剂和油的水,达到21.9 g / g。相互关联的开孔结构显示微小的油和溶剂的扩散渠道通过泡沫还支持存储。此外,李et al。149年)报道,中国人民解放军/ PBS泡沫能够承受20 CCl的吸附和解吸的循环4,使之成为一个非凡的高性能的吸油材料。
5.4。形状记忆
为了实现与形状记忆聚合物泡沫,有必要结合的耻辱记忆功能聚合物或聚合物复合材料泡沫形态。在聚合物泡沫,塑造能力通常是有限的,当设置为重复或大的压应力。因此,一个高度灵活的、持久的形状记忆聚合物泡沫提出了范et al。3)结合热塑性聚氨酯(TPU)与scCO MWCNT加工2。因此,承认100年周期的压缩应变30%,复合TPU 5%的MWCNT表现相对稳定在10th周期。在第十周期,泡沫表现出更高的抗压强度下降和能量损失由于高分子材料的粘弹性性质,这意味着材料的应变变化滞后于应力变化(图13)。尽管损失在周期的早期,材料是真正的形状记忆的能力。此外,TPU嵌入MWCNT显示不仅形状记忆特性,而且卓越的导电性质,可以改变泡沫受到的外力。两个特性结合,除了增强的机械性能,使传感器,这种聚合物泡沫模型需要改进的敏感性,准确性、可恢复性、和灵活的材料(174年]。
(一)
(b)
(c)
泡沫具有形状记忆聚合物通常是一种自适应的材料可以进行变形和恢复原来的形状。形状记忆功能有一定的局限性,和王et al。175年)提出了一种复合TPU和解放军scCO泡沫2每个材料的方法来减少可能的约束和结合个人的优势。一个轻量级的形状记忆泡沫混合TPU / PLA显示改善形状恢复not-foamed混合从72.7到91.7%。此外,还建立了,解放军引入TPU协助最终的材料和内容的明显收缩复合TPU /中国人民解放军是人民解放军的直接与泡沫的膨胀率成正比。与卓越的力学性能,提出了混合TPU /解放军有潜力被应用于传感器领域,包装,和智能医疗设备(176年,177年]。
6。总结
聚合物泡沫遇到在每一个领域,从医学应用和家电飞船。这种多功能性是由于材料的可调谐特性。然而,使泡沫的过程是相当复杂的。正如这里所讨论的,实现scCO2发泡过程是非常有利的。scCO2是一种绿色溶剂,聚合物作为塑化剂,促进发泡过程。由于其惰性,scCO2可以与聚合物加工和化学物质没有反应,同时协助添加剂之间的反应和聚合物本身。
它是有价值的理解scCO的密度2在不同条件下的变化;因此,压力和温度在发泡协助公司发挥至关重要的作用2。发泡过程中环境激素是有价值的,因为他们可以最终提高成核。等温步骤之前常规的过程可以提高细胞的大小和均匀性聚合物泡沫。独立于聚合物基质中,有一个趋势的研究证实,细胞大小成正比的温度和压力成反比。尽管如此,它是可能的,在特定的压力和温度,聚合物的行为影响的结果过程以外的公司2密度。聚合物的影响可以估计根据聚合物的热性能(玻璃化转变、融化和降解的温度)。
溶剂比如coblowing代理提高scCO溶解度和扩散2聚合物。的有限公司2聚合物相互作用增强可以创建泡沫更大、更均匀的细胞。此外,利用coblowing代理可以必要许可证添加剂的分散到聚合物,作为compatibilisers。扩大的可能性高分子泡沫材料,需要使用额外的元素。添加剂、填料、聚合物共混化学修改,甚至已经证明达到新的泡沫属性,可以利用在一个更大的各种各样的应用程序。
一些使用添加剂的好处更容易调整的细胞结构和过程的时间或温度下降。填料有一个更通用的提高最终产品的力学性能。填充物,当引入一个系统,可能与聚合物基体发生化学反应。然而,由于填料的可分散性和惰性,填料作为成核站点在大多数情况下,指导有限公司2成小口袋前扩张。
自从发泡聚合物的分子结构是至关重要的,化学修饰可以从的角度非常有益的熔体强度和固有粘度。调整分支或分子链的长度可以导致不同的结果,所以每个聚合物和化学改性必须认真评估。最后一个工程师聚合物泡沫性质的策略是混合其他聚合物。泡沫性能可以轻松调整取决于每个聚合物混合的分数。这种方法的缺点是把每个聚合成一个流程的缺点,例如,有一个小窗口的温度处理和降解的聚合物混合。
从产品的角度来看,细胞大小是最重要的参数之一决定不仅泡沫的力学性能,而且在每个应用程序如何执行。例如,开孔聚合物泡沫提出了应用软或透水材料是必要的。闭孔需要严厉的或能量隔离材料。有关细胞大小,一个明确的趋势是注意到文学,和在相同的聚合物体系,小细胞往往有较高的抗压强度相比,聚合物泡沫更大的细胞大小。
结合一些功能是至关重要的在创建聚合物泡沫,适合不同的应用。从应用程序评估审查,聚合物泡沫有可能被用于操作需要隔离热辐射,电磁干扰,导电性,生物降解性、形状记忆、过滤、隔声、包装、生物组织、智能医疗设备,控制药物释放、能量存储、超级绝缘子的窗户,和催化剂载体。
总之,工程材料的未来将由聚合物泡沫,因为它们可以取代大多数材料的利用在不同应用程序的主要优势是打火机。因此,反思的过程生产聚合物泡沫和使用scCO2是至关重要的建立一个环境友好型和可持续的生产线。
数据可用性
使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。
确认
作者感谢金融支持的研究项目在超临界CO2从补贴北荷兰(SNN),欧盟区域发展基金,格罗宁根的省份。作者承认工业伙伴Foamplant BV的支持。我们还要感谢教授Francesco Pichionni(格罗宁根大学)和卡坦博士Beljaars (Foamplant BV)有价值的讨论。