余姚PBAT廠家
發布時間：2024-07-16 01:03:54
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日常生活中，當人們購買兒童玩具、家具用品等塑料制品時，都會十分在意其材質是否無毒無味、綠色環保，近年來綜合性能優異、可回收的聚丙烯發泡材料已成為泡沫塑料家族中的“新寵”，日益受到熱捧，是聚合物泡沫材料中增長速度快的品種。超臨界CO2（二氧化碳）發泡聚合物技術是制備聚丙烯微孔發泡材料的關鍵核心技術。在5月19日召開的上海市科技獎勵大會上，華東理工大學化工學院趙玲教授領銜的“高性能聚丙烯微孔發泡材料綠色制備過程的優化和強化”項目斬獲科技進步獎一等獎。跳轉閱讀→化工醫藥企業HR注意啦，這里有近千位化學化工醫藥專業的海內外本碩博畢業生等你招聘~聚丙烯微孔發泡鎖定新材料發展重點領域布局綠色制造新技術輕量化材料已是我國新材料發展重點領域，發泡則是實現聚合物輕量化的直接手段。隨著航天航空、國防、能源、交通、包裝、電器、運動器械等行業的快速發展，對具有優異機械性能和絕熱、隔音、絕緣、緩沖等特性的聚合物發泡材料需求越來越迫切。聚丙烯作為產量大、增長量快、應用領域廣泛的五大通用熱塑性樹脂之一，其高品質發泡材料的綠色制備一直是聚合物發泡領域的熱點與難點。2016年，由華東理工大學牽頭申報的國家重點研發計劃“重點基礎材料技術提升與產業化”重點專項項目——“聚合物材料的輕量化技術”獲準立項。該項目所聚焦的正是運用綠色高效發泡工藝，開展聚合物輕量化的應用基礎—共性技術—產業化示范的“一條鏈式”研發工作。據趙玲介紹，聚合物發泡有物理發泡劑和化學發泡劑兩大類。化學發泡劑常常存在化學殘留、發泡過程難控制和不易獲得高發泡倍率等缺點；物理發泡劑中的氟氯烴類則對臭氧層有破壞作用，已逐漸被禁止和限制使用；一些新型氟碳氫化合物的全球變暖潛能值仍相對較高或價格昂貴，烷烴類發泡劑則易燃燒不安全。相比傳統發泡劑影響氣候、火災危險、有害殘留以及VOC排放等問題和弊端，超臨界流體，特別是超臨界CO2發泡聚合物是綠色制造技術，被工信部列入我國優先發展的產業關鍵共性技術，而且CO2進入聚合物后會引起熔點、表面張力和粘度下降、結晶行為改變等一系列變化，可以制備微孔甚至納米泡孔材料。聚丙烯是結晶聚合物，低溫固態發泡受結晶限制，很難制備高發泡倍率產品；高溫發泡聚合物熔體強度不夠無法保持完整泡孔，可操作窗口窄。因此，大規模制造具有穩定均勻泡孔形貌和外形尺寸的高發泡倍率微孔材料難度大。為了攻克這一難題，近年來，華理趙玲團隊聯合無錫會通、中石化北化院、浙江新恒泰、鎮海煉化等單位，在合適物料體系、可控工藝過程和高效工業裝備等方面開展了超臨界CO2發泡聚丙烯的優化、強化和工程化等系列工作，形成了“適合超臨界CO2發泡的聚丙烯專用料”“分步/分段發泡新工藝”“優化構建流場結構實現高效規模制備”等三大技術創新優勢：根據在低于其流動溫度的可變形區發泡既可以突破結晶的制約又能保證發泡材料微孔結構和外形尺寸的穩定成型這一發泡機制，開發了兼具較寬發泡溫度窗口和較強的CO2溶解擴散能力的聚丙烯發泡專用料，以及能有效改善泡孔結構和表觀形態的新型功能助劑/添加劑；CO2變壓飽和提高了過程效率和發泡倍率，氣泡成核和生長的分段實施大幅減小了高壓設備體積；釜壓發泡、模壓發泡等高壓設備和聚合物預成型體的結構優化設計保證了均勻的壓力場、溫度場和速度場，成功實現了低密度聚丙烯微孔發泡材料的規模制造和柔性生產。
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簡述聚丙烯微孔發泡新材料(Microcellular Polypropylene foam), 簡稱MPP，是特指泡孔尺寸小于100微米的聚丙烯多孔發泡材料(更嚴格地定義是泡孔尺寸小于10微米，泡孔密度大于10的9次方個/cm3)。由于材料內部大量微米級泡孔的存在，MPP具有優異的減震、緩沖、隔熱和吸聲等性能，可廣泛應用于包裝、交通工具、箱包、體育器材等領域，是傳統EVA、PU、PS發泡材料、EPE和EPP的替代物。聚丙烯微孔發泡性能與應用應用超臨界二氧化碳技術(supercritical carbon dioxide) 制備MPP，在高溫高壓下將二氧化碳氣體導入聚丙烯材料基體，并誘導其成核、發泡，形成含有大量微米尺度泡孔的微孔發泡材料。發泡過程清潔無污染，發泡制品衛生環保。發泡過程PP材料未發生交聯，因此可回收循環使用。丙烯（PP）本身是無毒材料，是目前嬰兒奶瓶和可微波加熱餐盒的常用材料。清潔衛生的MPP特別適合于醫療器械、食品等包裝材料衛生等級要求較高的領域。也可應用于兒童拼圖、玩具等對產品健康要求較高的領域，代替常用的由AC發泡劑制造的交聯PE泡沫，EVA泡沫。PP是半結晶聚合物，其熔點一般150~170℃。相比于耐溫只有70~80℃的PE、PS、PU發泡材料，MPP的使用溫度可達120℃，因此MPP特別適合高溫包裝、高溫保溫等領域。MPP集增強、隔熱和降噪為一體，也特別適用于對材料輕量化要求較高的領域，如汽車、軌道交通，船舶，風機葉片等。輕質高強的MPP厚板作為結構泡沫使用，代替傳統的結構泡沫如PVC/PU互穿結構泡沫、PET結構泡沫等，特別是作為三明治夾芯復合材料的芯材使用。MPP微米尺度的泡孔賦予材料的特別之處有：(1) 同等發泡倍率(或表觀密度)下，由于泡孔較小，微孔發泡材料的機械性能損失較小。這意味著使用MPP可以更加節約材料，更加降低制品重量和體積。2) 由于泡孔尺寸在1-100μm之間可控，MPP可以被剖切成厚度小于0.1mm的超薄片材，而片材表面不會穿孔，可應用于微電子器件的包裝。(3) 由于表面大量微米級泡孔的存在，MPP適合作為液晶顯示器背光模組的反射板，提高漫反射率。(4) 微米尺度的泡孔有效降低了泡孔內氣體的對流，從而有效降低了由空氣對流引起的熱傳遞。因此高倍率的微孔發泡材料具有較低的、依賴于泡孔結構的長期穩定的低導熱系數。(5) 輕質高強的MPP片材適合于作為揚聲器振膜使用。(6) 同樣由于其微米尺度的泡孔，MPP具有極佳的表面保護性能，可應用于液晶面板等防護性要求較高的包裝領域。
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塑料部件在國內汽車上占重量的10%左右，在國外汽車上達到了15%至20%。微孔發泡技術能使塑料部件的重量降低15%至30%，廣泛應用于儀表板、電機支架、座位板、空調風罩、門嵌飾板等內外飾。聚丙烯使用量占比塑料部件50%以上。讓汽車用上更多的塑料部件，還有很多功課可以開展。全球微孔發泡相關的專利申請，前三位為：美國、日本、德國。Trexel公司的MuCell技術是目前為成熟、商品化為廣泛的微孔發泡技術，該技術來源于麻省理工學院在20世紀80年代提出的發明專利。Trexel公司在1995年通過專利權轉讓獲得這項技術的全球開發和商品化推廣，并在此基礎上開發出連續微孔成型技術--MuCell。MuCell技術的核心即采用超臨界流體為發泡劑，發泡劑在聚合物中形成均勻分布的微小氣孔，通過壓力控制氣泡的生長使樹脂形成泡孔均勻的微孔結構。聚丙烯微孔發泡微孔發泡技術讓汽車駛向輕量化——在汽車非金屬部件的輕量化領域，微孔發泡材料是行業競相研究的主要課題之一。2018年，中石化就將聚丙烯微孔發泡材料應用技術開發列為重點課題。國內微孔發泡材料注重原料技術研發。在高校方面，北京化工大學在微孔發泡工藝的專利申請量上占有主要地位，主要發明人為楊衛民課題組和何亞東課題組。楊衛民課題組的研究方向主要是微孔發泡專用注射機的結構改進，在專利申請方向上側重于改進螺桿結構和設置滲透釜來獲得聚合物熔體/超臨界氣體均相體系。近期，華東理工大學化工學院趙玲教授領銜的“高性能聚丙烯微孔發泡材料綠色制備過程的優化和強化”項目斬獲上海市科技進步獎一等獎。北京化工大學教授、教育部“長江學者獎勵計劃”特聘教授楊衛民，華東理工大學化工學院院長、聯合化學反應工程研究所所長、教育部“長江學者獎勵計劃”特聘教授趙玲，兩位教授將出席“2020中國聚烯烴大會”，并介紹聚烯烴發泡技術與材料開發。國內汽車產業節能減排發展趨勢愈加顯著，對汽車輕量化提出了更高要求。特別是在車市持續萎靡、新能源汽車競爭愈發激烈的情況下，輕量化成為汽車產業從困境中突圍的重要方向。整車廠、改性塑料企業都在加大輕量化材料領域的布局。汽車輕量化要求更高，對聚丙烯微孔發泡材料的需求正在進一步放大！在這個領域有哪些新的進展和要求？有哪些新的技術研發？趙玲教授將在“2020中國聚烯烴大會”開講。
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當前，作為制約人類生存和經濟發展的水資源受到更大程度的保護，水污染治理也得到了高度的重視。由于工業廢水中常含有多種有毒物質，對環境和人體有很大危害，因此要開發綜合利用，采取科學的凈化措施才可排放，化害為利。工業廢水中存在一定的有害污染物質。研究表明，造成水污染的污染物中，重金屬占據主導地位，一些重金屬對人體健康和生態環境構成了嚴重威脅。尤其是化工廢水中有些含有如氰、酚、砷、汞、鎘或鉛等有毒或劇毒的物質，以及無機酸、堿類等刺激性、腐蝕性的物質，在一定的濃度下對生物和微生物產生毒性影響。環境中的銅離子很容易通過食物鏈進入人體中，會引起頭痛、呼吸困難、引起血管內溶血、損傷神經系統，對人體健康造成嚴重的威脅。聚乙烯醇微孔發泡材料聚丙烯微孔發泡基于這些危害，發泡材料因特有的吸附過濾功能成為工業污水處理設備中的目標用材。在工業污水處理工程中，聚乙烯醇（PVA）是常用的高分子聚合物，其具有良好的水溶性、黏附性、機械性能和穩定性，廣泛應用于紡織、食品和醫藥等行業。近些年來，聚乙烯醇聚合物發泡材料多被用到工業污水和城市廢水處理的研究應用中。在有關公開的聚乙烯醇聚合物發泡材料用于污水處理的研究中，多以聚乙烯醇為原料，配以甲醛、淀粉、半纖維素、竹炭、聚丙烯酸、生物炭、海泡石、水滑石、坡縷石水等聚合物，再經發泡處理制備。不僅具有強吸水性，而且能夠通過吸附污漬實現凈化除污。可以有效處理工業廢水中的各種有害物質（生物毒性或致癌性），為社會倡導的高效、節能的處理水體污染措施找到了可行性方案。針對污水處理的實際需求，本文僅限于對幾種公開的聚乙烯醇聚合物發泡材料類型做有關介紹，如淀粉基、碳納米管改性的水凝膠、聚乙烯醇縮甲醛、聚乙烯醇縮甲醛殼聚糖、生物炭等材質的聚乙烯醇聚合物發泡材料。淀粉基聚乙烯醇聚合物發泡材料適用于污水處理 。該類發泡材料主要由包含半纖維素和海泡石的材料制備而成。利用半纖維素增強、增韌的作用，以及海泡石優異的親水性能和力學性能，將半纖維素和海泡石穿插于聚乙烯醇與淀粉形成的水凝膠材料中，再經發泡處理而成。具有比表面積大，結構穩固，過濾分離和吸附效率好，同時具有優異的親水性能和力學性能，能吸附廢水中的懸浮顆粒和污漬，并有脫除異味和脫色的效果，適用于污水處理技術。 用碳納米管改性的聚乙烯醇聚合物發泡材料可以對工業污水中的重金屬進行吸附。發明思路是鑒于碳納米管具有管狀結構和大的比表面積，其高吸附能力和很高的表面活性，使它成為獨特的多功能吸附劑。該版本的聚乙烯醇聚合物發泡材料，是利用腐殖酸和海泡石的增強作用，將腐殖酸和海泡石均勻的穿插于聚乙烯醇、甲基丙烯酸和聚乙二醇形成的三維網狀水凝膠材料中，形成對重金屬離子吸附效率好、吸附量大，而且結構穩固、力學性能優異的水凝膠發泡材料。試驗表明，凈化去污能力好，不僅可以處理城市生活廢水和畜禽養殖廢水，同時還可以處理工業廢水，如電鍍、紡織、印染、化工、制藥等工業排放的廢水，特別是不易生物處理的廢水，并且可以回收廢水中的貴金屬、稀有金屬等。此外本發泡材料還是殺菌藥物的優良載體，適用于需要殺菌的場合。聚乙烯醇縮甲醛海綿 傳統的污水處理材料很多不可降解，容易對周圍環境造成污染。天然高分子材料對生物無毒，傳質性能好，但強度低，厭氧條件下易被微生物分解，壽命短。合成高分子材料強度高，化學穩定性好，但傳質性能差。因此，將天然高分子材料秸稈纖維和合成高分子材料聚乙烯醇聚合物發泡材料——聚乙烯醇縮甲醛（PVFM）發泡材料用來處理污水,既能有良好的傳質性能。又能擁有強度高、化學穩定性好的優點。該實驗中采用機械打泡法和化學發泡法制備的聚乙烯醇縮甲醛發泡材料孔分布良好,孔徑重復率性，對廢水的 COD 和氨氮都有較高的去除能力，穩定后COD去除效果可達90%以上，氨氮去除效果可達96%以上。因此也可作為污水處理的潛在方案。圖源：河北科技大學 聚乙烯醇縮甲醛殼聚糖聚合物發泡材料的制備進一步豐富了工業廢水處理中的解決方案。聚乙烯醇縮甲醛發泡材料具有豐富的開孔結構，較好的力學強度和耐磨性，以及生物相容性。被用作清潔材料、過濾材料、吸收劑和功能性的吸附材料。殼聚糖是含多種整合機的天然生物聚合物，能通過整合作用或離子交換除去廢水中的金屬離子和燃料等有害物質。通過這兩種材料制備的聚乙烯醇縮甲醛殼聚糖聚合物發泡材料含有一定量的氨基，且孔徑較大，接觸面積較大，克服了傳統吸附劑及殼聚糖對重金屬離子吸附速率較慢的缺點。實驗表明，聚乙烯醇縮甲醛殼聚糖聚合物發泡材料吸附金屬離子后可以在幾分鐘內快速解吸附，經過5次循環之后，對 Pb2+ 和 Cu2+仍然表現出相對良好的吸附能力。可見是一種能用于污水處理的理想吸附劑。該方法操作方便，吸附后處理簡單，豐富了為工業廢水處理提供依據和方法。 我國大多數城鎮污水處理廠出水質標準不高，出水中仍含有較多的污染物質，進入水體后會造成水體富營養化，對環境造成一定的影響。填料的性能直接決定污染物去除率，傳統的填料或多或少存在著比表面積小、掛膜困難、生物量比較少且生物膜易脫落，處理效率不高等問題。生物炭聚乙烯醇縮甲醛聚合物發泡材料，可以作為污水處理填料應用，比表面積大，掛膜快，具有良好的親水性親生物性，表面生物量大且種類豐富，污泥量少不堵塞，與傳統填料相比有著巨大優勢，在污水處理廠提標改造及改擴建領域具有重大意義。生物炭聚乙烯醇縮甲醛聚合物發泡材料 圖源：浙江工業大學相較于傳統的技術，如將聚合物吸附填料直接共混于樹脂中，或者直接用吸附性物質制成復合吸附劑，研究新型的聚乙烯醇聚合物發泡材料成為污水處理綠色發展的重要方向。國內外的聚乙烯醇發泡技術發展均比較成熟，并且得到了一定規模應用，對解決工業污水處理、建設環保型社會做了應有之義。目前，針對聚乙烯醇聚合物發泡材料在工業污水處理中的應用，各大專業院校和研究所以及污水處理公司都有研究，制作材料技術、裝備和價格也具有普惠性和實用性，但仍需要在今后的實際工業污水處理中對材料的性能進行規模化驗證和優化。
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聚丙烯微孔發泡材料的特殊應用價值：微孔發泡材料的韌性高、疲勞壽命長、比強度高、熱穩定性高、介電常數低。除此之外還有質輕、隔熱、吸震、隔音、價格低廉等特點。這是因為這種材料中有比塑料中原有的缺陷或微細裂縫小得多的孔徑，這種孔徑能鈍化塑料中原有裂縫的尖端，所以不會降低塑料的強度。因此，在汽車、航天航空和其他各種運輸工具等領域有特殊的應用價值。聚丙烯微孔發泡通過研究熔體流動速率和微孔發泡PP性能之間的關系發現，低熔體流動速率的聚丙烯微孔發泡材料具有良好的機械性能。日本Sumitom化學公司利用幾種熔體流動速率不同的聚合物共混發泡，制得了一種沖擊強度高且具有類似于皮革結構紋理的柔軟片材，這種泡沫塑料的發泡倍率在1.1~2.0之間。聚丙烯微孔發泡材料成核劑改性聚丙烯材料：PP是一種不完全結晶的通用塑料，它的結晶速度較慢慢，容易形成尺寸較大的球晶，導致制品的光澤度和透明性差，制品的外觀缺乏美感，限制了其在透明包裝和日用品等領域的應用。利用成核劑改性聚丙烯，是一種制備透明度高，力學性能優異的聚丙烯材料的簡單有效的方法，因此在聚丙烯的改性當中被廣泛應用。陳枝晴等研究了聚丙烯的透明性，適量的成核劑和相應的分散劑能提高聚丙烯的透明性；且共聚PP的透明性比均聚PP好。張廣平等采用2，2-亞甲基-雙(4，6-二叔丁基苯基)磷酸及其衍生物作為聚丙烯的成核劑，研究了成核劑對復合材料力學性能的影響。結果表明：這種成核劑的佳質量分數為0.4%。此時，復合材料的結晶溫度提高了11℃~15℃，結晶度增加3%~6%，結晶速率顯著增加；材料的模量提高了20%~30%，彎曲強度也提高了10%~20%。纖維增強聚丙烯材料：纖維增強聚丙烯復合材料是目前熱塑性塑料市場中增長較快的塑料品種之一，尤其是在汽車用塑料中。為了能夠更好的發揮纖維的增強作用，在塑料中纖維長度需要大于LC，既零界長度，LC取值與塑料的種類有直接關系。如果纖維的長度小于LC，其增強效果與一般的粉末填料區別不大。例如，玻纖增強PP中，玻璃纖維的零界長度為3.1 mm；而在另外一種經過化學改性的PP中，LC可能降到0.9mm以下。對于普通的短玻纖增強塑料，制品中的纖維長度一般只有0.2~0.6mm，限制了制成品性能的提高。而在長玻纖增強塑料部件中，玻璃纖維的殘留長度可以達到3mm以上，大大提高了制品的物理機械性能。聚丙烯微孔發泡材料應用價值由于長纖維增強熱塑性塑料制品中的纖維殘留長度較長，它的沖擊強度比普通的纖維增強材料高了4倍左右；比強度(17.2%)更是比鋁材料(9.8%)都高；此外，這種材料的加工流動性好，制品外觀光亮、無塌坑等缺陷，制品的成型收縮率也小。的研究成果表明，長玻纖增強聚丙烯(LFG/PP)和短玻纖增強聚丙烯(SFG/PP)的玻璃纖維直徑和含量相同時，LFG/PP的拉伸強度、彎曲強度和沖擊強度明顯高于SFG/PP。