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發布時間：2025-03-05 00:52:00
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當熱塑性聚氨酯聚合物在1950年代問世時，TPE成為商業現實。在1960年代，苯乙烯嵌段共聚物問世，在1970年代，各種TPE出現。TPE的全球使用量（1990年為680000噸/年）以每年約9%的速度增長。由于聚苯乙烯和聚丁二烯之間的不相容性，苯乙烯-丁二烯材料具有兩相微觀結構塊，前者根據確切的成分分成球體或棒。由于聚苯乙烯含量低，該材料具有彈性，聚丁二烯的特性占主導地位。通常，它們提供比傳統交聯橡膠更廣泛的性能，因為其成分可以變化以適應最終的構造目標。嵌段共聚物很有趣，因為它們可以“微相分離”以形成周期性納米結構，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯（SBS）嵌段共聚物。這種聚合物被稱為Kraton，用于鞋底和粘合劑。由于微細結構，需要透射電子顯微鏡（TEM）來檢查結構。丁二烯基質用四氧化鋨染色以在圖像中提供對比度。該材料是通過活性聚合制成的，因此塊體幾乎是單分散的，因此有助于形成非常規則的微觀結構。由于大多數聚合物彼此不相容，形成嵌段聚合物通常會導致相分離，并且自從引入SBS嵌段聚合物以來，該原理已被廣泛采用，特別是在其中一種嵌段是高度結晶的情況下。不相容規則的一個例外是Noryl材料，其中聚苯乙烯和聚苯醚或PPO相互形成連續共混物。其他TPE具有結晶域，其中一種嵌段與相鄰鏈中的其他嵌段共結晶，例如在共聚酯橡膠中，實現與SBS嵌段聚合物相同的效果。取決于嵌段長度，由于較高的晶體熔點，域通常比后者更穩定。該點決定了材料成型所需的加工溫度，以及產品的最終使用溫度。這樣的材料包括Hytrel，一種聚酯-聚醚共聚物和Pebax，一種尼龍或聚酰胺-聚醚共聚物。熱塑性彈性體（TPE），有時也稱為熱塑性橡膠，是一類共聚物或聚合物（通常是塑料和橡膠）的物理混合物，由具有熱塑性和彈性體特性的材料組成。雖然大多數彈性體是熱固性塑料，但相比之下，熱塑性塑料在制造中相對容易使用，例如通過注塑成型。熱塑性彈性體顯示出橡膠材料和塑料材料的典型優勢。使用熱塑性彈性體的好處是能夠拉伸到適度的伸長率并恢復到接近原始形狀的能力，從而比其他材料具有更長的使用壽命和更好的物理范圍。熱固性彈性體和熱塑性彈性體之間的主要區別在于其結構中的交聯鍵類型。事實上，交聯是賦予高彈性性能的關鍵結構因素。類型商業TPE有六類通用類別（名稱符合ISO18064）：苯乙烯嵌段共聚物，TPS（TPE-s）；熱塑性聚烯烴彈性體；熱塑性硫化橡膠，TPV（TPE-v或TPV）；熱塑性聚氨酯，TPU（TPU）；熱塑性共聚酯，TPC（TPE-E）；熱塑性聚酰胺，TPA（TPE-A）；未分類的熱塑性彈性體，TPZ。來自嵌段共聚物組的TPE材料的例子包括CAWITON、THERMOLASTK、THERMOLASTM、Arnitel、Hytrel、Dryflex、Mediprene、Kraton、Pibiflex、Sofprene和Laprene。這些苯乙烯嵌段共聚物（TPE-s）中有CAWITON、THERMOLASTK、THERMOLASTM、Sofprene、Dryflex和Laprene。Laripur、Desmopan或Elastollan是熱塑性聚氨酯（TPU）的例子。Sarlink、Santoprene、Termoton、Solprene、THERMOLASTV、Vegaprene、或Forprene是TPV材料的例子。熱塑性烯烴彈性體（TPO）化合物的例子是For-TecE或Engage。Ninjaflex用于3D打印。為了符合熱塑性彈性體的資格，材料必須具有以下三個基本特征：1.拉伸到適度伸長的能力。2.并在消除應力后恢復到接近其原始形狀的狀態.3.可在高溫下作為熔體加工,沒有明顯的蠕變。TPE用于傳統彈性體無法提供產品所需物理性能范圍的地方。這些材料在汽車領域和家用電器領域有大量應用。2014年，TPE的全球市場規模達到約167億美元。大約40%的TPE產品用于汽車制造。例如，共聚酯TPE用于雪地摩托軌道，其中剛度和耐磨性非常重要。熱塑性烯烴（TPO）越來越多地用作屋頂材料。TPE也廣泛用于導管尼龍嵌段共聚物為患者提供了一系列理想的柔軟度。熱塑性有機硅和烯烴混合物用于擠出玻璃滑道和動態擋風雨條汽車型材。苯乙烯嵌段共聚物因其易于加工而用于鞋底，并廣泛用作粘合劑。 由于在對各種熱塑性基材進行雙組分注塑成型方面具有無與倫比的能力，工程TPS材料還涵蓋了從汽車市場到消費品和醫療產品的廣泛技術應用。例如，柔軟的抓握表面、設計元素、背光開關和表面，以及密封件、墊圈或阻尼元件。TPE通常用于制造汽車性能應用的懸架襯套，因為與常規橡膠襯套相比，它具有更大的抗變形能力。由于改性塑料樹脂的功能、成本效益和適應性，熱塑性塑料在供暖、通風和空調（HVAC）行業經歷了增長成各種蓋子、風扇和外殼。TPE還可用于醫療設備、電纜護套和內絕緣、性玩具和一些耳機電纜。 不僅用于工業用途，還用于運動鞋和背包等消費品。您可以在許多運動和戶外品牌產品中看到基于TPE的材料“ARIAPRENE”。2021年，全新的TPE回收理念問世，稱為APTERRA，它是GRS（全球回收標準）收集和再生泡沫織物廠廢料，因為每次生產運行總是有20%的廢料。
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什么是MPP？MPP又名微孔發泡聚丙烯，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的佳替代物。聚丙烯微孔發泡MPP所需的原料制造MPP一般需要使用高熔體強度聚丙烯(high melt strength PP)。通用的PP由于其是線性的半結晶聚合物，加工窗口較窄，且難以得到封閉的泡孔結構。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。聚丙烯（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。 MPP的阻燃著下游應用范圍的不斷擴大以及性能要求的提升，對MPP阻燃要求日益劇增，巴斯夫BASF無鹵阻燃劑Flamestab?NOR116在MPP中添加量非常低，添加1%即可達到UL94 VTM-2阻燃等級，對材料的物理性能及發泡性能幾乎不影響，NOR116除優異的阻燃效果外，它還有出色的光和熱穩定性，以及不與酸性環境以及含鹵阻燃劑中的酸性成份發生反應的優點。MPP的光老化MPP是一款容易受光老化的產品，巴斯夫光穩定劑Tinuvin? XT55在MPP微孔發泡聚丙烯上能夠達到非常高效的光老化，延長MPP長時間在戶外暴曬的時間，防止材料老化降解； BASF Tinuvin? XT55除了優異的光老化外，同時還具有形態顆粒化，加工方便，潔凈，無粉塵污染等特點。
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由于光降解材料的局限，以及廣泛的生物來源，目前的研究熱點更多地放在生物降解材料上，相對于光降解材料，生物降解材料的原料來源更加綠色，降解的產物對環境的污染性也更加小。生物可降解材料是一類在酶或微生物的作用下，使維持自身結構的分子鏈逐漸斷裂，形成對環境無害的小分子化合物的材料。 生物降解的方式有生物的物理、化學作用和酶的直接作用。根據來源的不同可以分為微生物降解型的生物材料、合成高分子型的生物降解材料、天然高分子型的生物降解材料。微生物降解材料是以有機物為碳源，微生物進行發酵轉化為高分子聚酯，利用這種高分子聚酯制作為塑料的材料。合成高分子型的生物降解材料是利用化學方法合成在自然界中與原本存在的利于降解的高分子化合物。天然高分子型的生物降解材料是在合成時以淀粉、纖維素、木質素等多糖化合物為原料，在必要的條件下加入生物降解添加劑或經氧化、改性而加工制成的塑料。其中，淀粉基構成的可降解材料和PLA構成的可降解材料是當今研究的熱點，PHB作為可降解材料也有較為廣泛的應用。 淀粉通過植物光合作用而形成的，易得，降解后仍以二氧化碳和水的形式回歸到生態環境中，是完全無污染的非常優良的生物降解材料。針對淀粉作為原料來源的淀粉基塑料是目前可降解材料領域研究的—大熱點。 PLA(聚乳酸）是多糖經過降解發酵制得、純化、聚合而成的環境友好型樹脂。PLA是由乳酸分子在一定條件下脫水縮合而成。PLA在土壤掩埋條件下，在溫度、氧氣、弱堿性的共同作用下，6~12個月降解為乳酸,最終經微生物代謝，形成二氧化碳和水。PLA因其優良的生物相容性和機械強度，被廣泛應用于新興功能型醫用高分子材料如醫用手術縫合線、骨科用固定材料等。 PHB(聚β-羥基丁酸酯）是細菌體內碳源和能源的以顆粒狀儲存的酯類積累物。PHB對氣體有阻擋性，能用于未添加抗氧化劑的食品的包裝袋;PHB有良好的生物相容性，可用于手術縫合線、骨折固定材料;因PHB能夠降解，可用于與農藥或貴重藥品的包埋處理。因為PHB用細菌發酵法進行生產，所以PHB的生產重點放在基因工程等技術。針對其易結晶、較脆、降解速度較慢的缺點，如何通過物理或化學的方法改善PHB的性能成為研究的重點對象。
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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。