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高效制備一直是聚合物發泡領域的熱點與難點。華東理工大學化工學院趙玲教授團隊發明的“一種聚丙烯材料的超臨界流體發泡方法”專利技術，以超臨界二氧化碳和氮氣為發泡劑，解決了傳統發泡工藝生產效率低、發泡溫度區間狹窄等問題，已經成為制備聚丙烯微孔發泡材料的關鍵核心技術，有助于實現高性能聚丙烯微孔發泡材料的綠色高效制造。該技術于近日獲得了第24屆中國專利優秀獎。
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；傳統物理發泡劑中的氟氯烴類由于對臭氧層有破壞作用已逐漸被禁止使用，一些新型氟碳氫化合物的全球變暖潛能值仍相對較高且價格昂貴，而烷烴類發泡劑則存在易燃燒、不安全和有VOCs排放等問題。相比這些傳統的發泡劑，超臨界流體，特別是超臨界二氧化碳和氮氣發泡聚合物作為綠色制造新技術，已被工信部列入我國優先發展的產業關鍵共性技術。更為重要的是，二氧化碳進入聚合物后會引起熔點、表面張力和黏度下降、結晶行為改變等一系列變化，氣泡成核效率高，可以用于制備微孔甚至納米泡孔材料。
“常規聚丙烯是一種半結晶聚合物，低溫固態發泡受結晶限制，高溫發泡聚合物熔體強度不夠時無法保持完整泡孔，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。”趙玲說。為了攻克這一難題，團隊聯合無錫會通、蘇州申賽、浙江新恒泰、中石化北化院、鎮海煉化、廣東奔迪等單位，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二氧化碳發泡聚丙烯的優化、強化和工程化等系列工作，實現了模壓發泡制備大尺寸低密度聚丙烯微孔厚板、釜壓發泡制備發泡倍率可達上百倍的超低密度聚丙烯珠粒的世界領先制造。相關成果獲得了2019年度上海市科技進步獎一等獎。
“我們發現在低于流動溫度的可變形區發泡，既可突破結晶的制約，又能保證發泡材料微孔結構和外形尺寸穩定成型。”趙玲說?；诖?，團隊進一步開發了分步、分段發泡的專利技術。變壓飽和明顯縮短了發泡氣體飽和時間，提高了過程效率，拓寬了發泡溫度窗口；氣泡成核和生長的分段實施大幅減小了高壓設備體積；兩步或多步的氣泡生長保證了低密度發泡體的尺寸穩定性。此專利技術目前已廣泛應用于釜壓發泡、模壓發泡等過程，進一步提升了低密度聚丙烯微孔發泡材料的規模制造和柔性生產水平。
近年來輕質綠色材料需求發展迅猛，利用上述超臨界流體發泡創新技術，該團隊已陸續建設了30多套千噸級模壓微孔發泡生產裝置、20多條年產2000～3000噸的釜壓發泡生產線；近5年累計生產聚丙烯微孔發泡材料約8萬噸，新增銷售額累計近20億元，新增利潤累計超4億元。除大量應用于汽車零部件和內飾、緩沖包裝、冰鮮運輸等領域，聚丙烯微孔發泡材料還滿足了兒童玩具、食品、醫療、家居用品等領域對綠色輕質材料的需求。由于微孔還賦予了聚丙烯優越的性能和功能，該材料也已應用在航空、高鐵、新能源汽車、儲能等新興領域。
趙玲強調，團隊開發成功的超臨界流體模壓發泡是通用性強的平臺技術，除聚丙烯外，已用于多種彈性體和工程塑料微孔發泡材料的生產。目前開發的系列微孔熱塑性聚氨酯彈性體、聚酯彈性體、尼龍彈性體、聚烯烴彈性體等材料在輕質高彈鞋材領域掀起了材料革命；微孔含氟聚合物、聚苯醚等在介電材料應用領域備受關注。此外，趙玲團隊已在超臨界流體發泡聚合物領域申請專利30多件，其中獲得授權中國發明專利12件、實用新型專利8件。
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