热膨胀微球在聚乙烯发泡中的应用研究

论文摘要

热膨胀微球是一种以热塑性塑料为外壳,低沸点烷烃为内包膨胀推动剂的芯壳材料。作为发泡剂,其稳定的膨胀性能和高回弹性,被广泛应用于国防和商业的各个领域,如热塑性树脂、热固性树脂、汽车底部涂层、印刷油墨、粘合剂、纸张、爆炸物等。根据不同的应用需要有多种颗粒大小和热膨胀温度等级的微球产品,其应用范围逐年扩大。为了拓展热膨胀微球的应用领域和制备特殊泡孔结构的发泡材料,本论文以低密度聚乙烯为基体、商品化的热膨胀微球Expancel为发泡剂,研究热膨胀微球在热塑性塑料中发泡的性能和泡孔特征,并将其与化学发泡剂AC（偶氮二甲酰胺）、H（N,N′-二亚硝基五次甲基四胺）和OBSH（4,4′-氧代双苯磺酰）进行组合,研究热膨胀微球和化学发泡剂并用在LDPE基体中的发泡特性。本文综合运用红外光谱分析（FTIR）、差示扫描量热分析（DSC）、热重分析（TGA）和扫描电镜分析（SEM）等方法对Expancel的组成及微球形态进行了表征。结果表明,Expancel 951DU120的外壳成分主要为丙烯腈的共聚物,起始膨胀温度为136℃,受热破裂时的温度为208℃,高于280℃时微球完全破裂,总共释放约60%质量分数的低沸点烷烃。受热充分膨胀后,微球的直径可达110μm,体积为膨胀前的50倍。这样的物理性质使Expancel可应用于LDPE的混炼加工以及后续的交联发泡过程。对LDPE/Expancel发泡体系的研究表明,Expancel在低于膨胀破裂温度很宽的温度范围内（170-200℃）都能使LDPE成功地发泡,且发泡体的密度基本一致,用量达10phr时,LDPE发泡体的密度可达0.2g/cm3。发泡体的泡孔结构呈圆球形,是由热膨胀微球自身外壳为泡壁的膨胀微球镶嵌在LDPE基体中形成的。膨胀倍率主要取决于Expancel的用量和交联剂用量。用Expancel微球的体积膨胀倍率来计算LDPE发泡后的理论密度,与发泡体实测密度较为一致,因此可以通过Expancel的用量来理论预测LDPE的发泡密度。在Expancel与化学发泡剂并用的研究中,通过与不同种类、不同配比的化学发泡剂组合在LDPE中进行发泡,结果表明,热膨胀微球和化学发泡剂并用时,各自产生的发泡作用是相互独立的,发泡体的泡孔结构取决于两类发泡剂的用量比例,当Expancel用量大于化学发泡剂用量时,将形成嵌套式的泡孔结构。本文首次将微球发泡剂与化学发泡剂相结合,制备出了聚合物泡孔嵌套膨胀微球的复合泡孔结构,这种构造特征为制备需要特定泡孔结构的聚合物发泡材料提供了新的途径。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 本文使用的缩写词及符号
• 1 前言
• 1.1 发泡剂简介
• 1.1.1 化学发泡剂
• 1.1.2 物理发泡剂
• 1.1.3 微球发泡剂
• 1.2 热膨胀微球的合成及其发泡原理
• 1.2.1 热膨胀微球的合成
• 1.2.2 热膨胀微球发泡剂的发泡原理
• 1.3 热膨胀微球的应用研究
• 1.3.1 在立体印花和改性纸张中的应用
• 1.3.2 在热塑性树脂中的应用
• 1.3.3 热固性树脂中的应用
• 1.3.4 在抗震性材料中的应用
• 1.3.5 在功能性梯度材料中的应用
• 1.3.6 在微流体控制中的应用
• 1.4 Expancel 热膨胀微球
• 1.5 本论文的主要研究内容
• 1.5.1 本论文的研究目的和意义
• 1.5.2 本论文的研究内容
• 2 实验部分
• 2.1 原材料
• 2.2 主要仪器和设备
• 2.3 试样制备
• 2.4 FTIR 测试
• 2.5 扫描电镜观察
• 2.6 TGA 测试
• 2.7 DSC 测试
• 2.8 硫化特性和发泡特性的测试
• 2.9 密度测定
• 2.10 硬度测试
• 2.11 力学性能测试
• 3 结果与讨论
• 3.1 微球发泡剂Expancel 的表征
• 3.1.1 Expancel 的FTIR 分析
• 3.1.2 Expancel 的热分析
• 3.1.3 Expancel 的形态表征
• 3.2 Expancel 在LDPE 中的应用研究
• 3.2.1 实验配方
• 3.2.2 温度对Expancel 发泡的影响
• 3.2.3 DCP 用量对LDPE/Expancel 体系发泡的影响
• 3.2.4 Expancel 用量对LDPE/Expancel 体系发泡的影响
• 3.3 Expancel 与化学发泡剂并用的研究
• 3.3.1 实验配方
• 3.3.2 Expancel/ AC 并用
• 3.3.3 Expancel/H 并用
• 3.3.4 Expancel/OBSH 并用
• 4 结论
• 参考文献
• 致谢
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