可發(fā)氣PS交聯(lián)微球的制備及超微發(fā)泡結構與性能研究
國家自然科學基金項目：59973010
主題詞：可發(fā)氣PS微粒；超微發(fā)泡材料；發(fā)泡機理
完成時間：1998～2002
成果簡介：
1， 主要研究內(nèi)容及研究方法
①采用乳液聚合法和無皂乳液聚合法合成單分散苯乙烯(St)/雙烯A(BVA)共聚微球，根據(jù)共聚機理分析提出控制微球粒徑及其分布的方法，可根據(jù)要求合成出粒徑在60-400間的窄分布或單分散聚（苯乙烯St/雙烯A）交聯(lián)微球。同時開展的工作有：合成核殼型St/BVA/BA微凝膠；合成引發(fā)-轉(zhuǎn)移-終止劑Iniferter BDC并用其引發(fā)St-MMA光聚合；采用改進的ATRP法合成單分散PS，PMMA納米微球等。
②以單分散聚（苯乙烯St/雙烯A）交聯(lián)微球為種子，采用（種子）乳液聚合法合成了一系列含不同可發(fā)氣成分、不同交聯(lián)度、不同粒徑的核殼型可發(fā)氣PS交聯(lián)微球。采用TEM跟蹤研究了全部聚合過程的細節(jié)；研究了種子乳液聚合過程中，可發(fā)氣成份對聚合動力學和微球結構的影響。
③對可發(fā)氣PS交聯(lián)微球的結構、熱力學特性及分解動力學進行表征。采用DSC法測量了微球中可發(fā)氣物質(zhì)的分解溫度及分解焓。采用自制的發(fā)氣量測量裝置測量了可發(fā)氣PS交聯(lián)微球的分解動力學及最終發(fā)氣量。
④采用研制的可發(fā)氣微球發(fā)泡劑，用于熱塑性塑料動態(tài)擠出發(fā)泡過程；發(fā)明了受限自由發(fā)泡擠出成型工藝，該工藝結合傳統(tǒng)的自由發(fā)泡法和向內(nèi)發(fā)泡法（Seluka法）的特點，在擠出過程中可控制泡孔的生長。
2. 主要研究成果
①首次獲得一種顆粒微細而均勻，即含發(fā)氣組分、又含成核組分的復合式自成核型化學發(fā)泡劑。對聚合過程，聚合動力學，發(fā)泡劑分解熱力學和動力學性能進行了系統(tǒng)研究。發(fā)泡劑顆粒細微（幾百納米），與樹脂相容性好，易于分散；交聯(lián)PS組分在塑化過程中不熔融，成為發(fā)泡過程的異相成核劑；這樣就從發(fā)泡劑方面保證了微發(fā)泡的成功。
②結構研究表明，復合式自成核型化學發(fā)泡劑是一種核-殼型結構的納米微球，粒徑可控在200-300nm間，粒徑分布窄；核為交聯(lián)PS（PS/BVA），殼為PS或PMMA，殼層厚度約30-50nm；可發(fā)氣物質(zhì)的含量為10%-30%。
③通過研究動態(tài)擠出發(fā)泡過程中氣泡的成核，生長，穩(wěn)定和控制機理，發(fā)明了受限自由發(fā)泡擠出成型工藝。采用新工藝得到表層泡孔被抑制、芯層泡孔尺寸受限，泡孔均勻微細（泡孔大小約10-20μ），密度低（可低至0.4-0.7g/cm3）、力學強度高、表面光潔度好的高檔發(fā)泡結構型材、板材，用于建筑裝修、工業(yè)、運輸業(yè)、軍工領域。已推廣應用到全國多家塑料制品生產(chǎn)廠家，取得良好經(jīng)濟和社會效益。
④基金項目與國家“九五”重點科技攻關項目（項目編號：96-551-02-03）相聯(lián)系，進一步提高了攻關項目的科技水平。新型復合化學發(fā)泡劑不僅可以替代進口產(chǎn)品，而且具有更廣泛的工藝適應性和產(chǎn)品適應性，價格也便宜得多。完成的“九五”攻關項目通過國家計委和石油與化學工業(yè)局驗收和技術鑒定。“熱塑性塑料受限發(fā)泡擠出成型工藝”申請了國家專利（申請?zhí)枺?/span>99112171.6）。以上成果獲得青島市科技進步二等獎、中國石油與化學工業(yè)協(xié)會技術發(fā)明二等獎（部級）。
3， 科學意義及應用前景
通用樹脂微發(fā)泡擠出成型是近年來國際上迅速研制、發(fā)展起來的新型實用技術，由于其產(chǎn)品輕量化、節(jié)能化和材料高性能化的特點，符合21世紀人類對資源（材料、能源）和環(huán)境保護高度重視的潮流，因而引起世界各國的關注。微發(fā)泡擠出制品不僅僅有質(zhì)輕、省料、物美價廉等特點，它還能賦予材料新性能和使之高性能化，故有十分廣闊的發(fā)展空間。
動態(tài)連續(xù)微發(fā)泡的難點一在于選擇優(yōu)質(zhì)發(fā)泡劑，二在于探索合理科學的成型工藝，兩者密切配合。本項目很好地解決了兩方面的問題，生產(chǎn)出多種外觀仿木逼真，密度低、強度好、截面形狀復雜的型材、板材以及多種建筑管材，不僅取得良好經(jīng)濟和社會效益，而且得到德國、美國等國企業(yè)界人士贊譽（曾來中試基地參觀）。
動態(tài)微發(fā)泡技術還可廣泛應用于注射工藝，木塑復合制品和各種厚制品等領域，我們已進行了試驗。由于泡孔細微均勻，能保證制品強度不變；發(fā)泡時的膨脹力使復雜結構產(chǎn)品外形豐滿、表面凹陷消失；微細的泡孔還能釋放制品內(nèi)部的形變應力和熱應力，使減少變形和翹曲；微泡孔還能增大阻隔性。目前我們還在擴大其應用范圍。
主要論著：
1）吳其曄，徐凌秀，王新，王繼民. 硬質(zhì)聚氯乙烯低發(fā)泡擠出過程研究（1）--- 配方設計與研究. 塑料，1997，26（6）：36-42
2）吳其曄，徐凌秀，王新. 硬質(zhì)聚氯乙烯低發(fā)泡擠出過程研究（2）--- 擠出工藝過程研究. 塑料，1998，27（2）：15-21
3）Qiong Zhou，Weiping Gao，Juntao Wu，Jiakun Wang，Hongyu Zheng, Qiye Wu. Compound mechanism of endo-exothermic and Exo-endothermic balanced blowing agents. Cellular Plastics, 2000, 36(2):126-147
4）吳其曄，高衛(wèi)平，賈云，無皂乳液聚合法合成單分散交聯(lián)PS納米微球，塑料工業(yè)，2000，28（3）：21-23
5）吳其曄，高衛(wèi)平，李艷霞. Iniferter BDC的合成及其引發(fā)St-MMA光聚合. 塑料工業(yè)，2000，28（4），1-3
6）吳其曄，閻業(yè)海，張振華，蔡中梅. EPDM發(fā)泡過程中硫化及發(fā)泡速度的匹配. 合成橡膠工業(yè)，2000，23（4）：226-229
7）吳其曄，李守平等. PS/BVA-AC-PS核-殼型微球發(fā)泡劑制備及其發(fā)氣性探討. 2001年全國高分子學術論文報告會論文集（中冊），鄭州，2001：d98-99
8）吳其曄，李守平等. P（St/BVA）-PS核-殼微球發(fā)泡劑的制備及發(fā)氣性探討. 青島化工學院學報，2002，23（2）：1-4
9）李守平，吳其曄等. 種子乳液聚合制備可發(fā)氣P（St/BVA）-PSt核-殼微球. 合成橡膠工業(yè)，2003，26（2）：88-90
10） 吳其曄，徐凌秀，巫靜安，馮紹華. 熱塑性塑料受限自由發(fā)泡擠出成型工藝原理. ’99高分子學術論文報告會論文集，上海，1999：g48-g49
11） 吳其曄，高衛(wèi)平，賈云，陳軍強. 乳液聚合法合成單分散交聯(lián)PS納米微球. 青島化工學院學報，2000，21（1）：1-5
12） 周瓊，甄紅宇，吳俊濤，王甲坤，吳其曄. 新型吸熱性發(fā)泡劑的研制及在低發(fā)泡R-PVC擠出材料中的應用. 聚氯乙烯，1998，（6）：46-51
13） 周瓊，鄭鴻，于濤，發(fā)泡劑熱分解過程中物理、化學問題的研究方法，吳其曄，塑料，1998，27（6）：12-18
14） 閻業(yè)海，黃兆閣，周瓊，葉勝友，邵明杰，吳其曄. 硬質(zhì)聚氯乙烯微發(fā)泡擠出用發(fā)泡劑和泡孔調(diào)節(jié)劑的優(yōu)化選擇. 工程塑料應用，1999，27（3）：10-13
15） 周瓊，鄭鴻，于濤，吳其曄. 發(fā)泡劑在熔體中的分解行為及其研究方法. 塑料，1999，28（3）：26-31
16） 周瓊，王甲坤，吳俊濤，吳其曄. AC的分解活化機理及發(fā)泡劑突發(fā)性的表征. 中國塑料，1999，13（5）：78-82
17） 吳俊濤，周瓊，甄紅宇，王甲坤，吳其曄. 發(fā)泡劑AC的熱分解活化機理及影響因素. 橡膠工業(yè)，1999，46（7）：387-394
18） 高衛(wèi)平，許麗，吳其曄. 新型吸-放熱復合發(fā)泡劑的特性分析與應用. 合成樹脂及塑料，2000，17（1）：35-38
19） 周瓊，于濤，鄭鴻，吳其曄. 典型放熱型、吸熱型和吸-放熱型發(fā)泡劑熱分解特性的研究. 高分子材料科學與工程，2000，16（5）：137-139
20） 吳俊濤，于成芬，陳守明，趙曉燕，吳其曄. 核殼型St/BVA/BA微凝膠的制備及性能測試. 高分子材料科學與工程，2001，17（3）：48-51