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無(wú)機(jī)粒子對(duì)TPAE界面張力、發(fā)泡、抗收縮行為的影響（一）
來(lái)源：《北京化工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）》 瀏覽 917 次 發(fā)布時(shí)間:2024-11-14
摘要：以超臨界CO2為發(fā)泡劑，制備了低收縮高倍率的熱塑性聚酰胺彈性體（TPAE）/無(wú)機(jī)粒子微孔泡沫?；趻呙桦娮语@微鏡、界面張力儀、接觸角儀、真密度儀等儀器，并結(jié)合間歇發(fā)泡實(shí)驗(yàn)研究了無(wú)機(jī)粒子對(duì)TPAE發(fā)泡及抗收縮行為的影響。結(jié)果表明，相比較于滑石粉（Talc），硅酸鈣（CaSiO3）、碳酸鈣（CaCO3）以及硅灰石（WI）這3種無(wú)機(jī)粒子都分別與TPAE間的界面張力更高，表現(xiàn)出明顯的熱力學(xué)不相容行為。通過(guò)對(duì)泡沫開孔結(jié)構(gòu)形成機(jī)制的分析，發(fā)現(xiàn)復(fù)合物泡沫的開孔率隨無(wú)機(jī)粒子與TPAE基體間界面張力、無(wú)機(jī)粒子直徑以及分布密度的增加而提高。而開孔結(jié)構(gòu)的形成可加快CO2與空氣的置換速率，降低TPAE泡沫的收縮。故無(wú)機(jī)粒子的引入改善了TPAE泡沫的泡孔密度和泡孔結(jié)構(gòu)的均勻性和尺寸穩(wěn)定性，進(jìn)而制備出開孔率超過(guò)90%、發(fā)泡倍率達(dá)到20倍、收縮率低于5%的TPAE泡沫，并顯著增強(qiáng)了TPAE泡沫的尺寸穩(wěn)定性。
引言
熱塑性聚酰胺彈性體（TPAE）是一種軟段與硬段相互交替嵌段的熱塑性彈性體（TPE）材料，既有橡膠的彈性和抗沖擊性能，又保留了聚酰胺樹脂的強(qiáng)度、韌性和耐磨性。相比較于其他TPE材料，TPAE雖然發(fā)展得較晚，但由于其可加工性和性能之間的良好的平衡，已成為近年來(lái)發(fā)展較為迅速的彈性體材料。TPAE發(fā)泡材料具有更優(yōu)異的回彈性、隔熱性、低溫抗沖擊性能，廣泛應(yīng)用于鞋類、醫(yī)療、滲透和運(yùn)動(dòng)器材等領(lǐng)域。然而，以超臨界CO2為發(fā)泡劑制備的TPAE泡沫，在熟化過(guò)程中，CO2擴(kuò)散出泡孔的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于空氣進(jìn)入泡孔的速度，并且由于TPAE泡沫低的基體模量和熔體強(qiáng)度使得泡孔結(jié)構(gòu)無(wú)法承受產(chǎn)生的負(fù)壓，從而使泡沫收縮嚴(yán)重，也因此限制了TPAE發(fā)泡材料的實(shí)際應(yīng)用。
事實(shí)上，為解決彈性體泡沫的收縮問題，學(xué)者們已經(jīng)進(jìn)行了大量的研究工作，主要可以通過(guò)提高彈性體材料基體剛度、引入復(fù)合發(fā)泡劑、形成開孔結(jié)構(gòu)這幾個(gè)方法來(lái)改善彈性體的收縮行為。相比較于前兩種方法，開孔結(jié)構(gòu)的形成允許發(fā)泡劑和空氣自由通過(guò)，可以加速發(fā)泡劑與空氣的交換速率，明顯改善收縮，還能快速實(shí)現(xiàn)發(fā)泡產(chǎn)品尺寸的穩(wěn)定性，并賦予泡沫優(yōu)異的吸附性能。目前共混法是制備聚合物開孔泡沫最有效的方法之一?？梢詫⒉幌嗳萸胰垠w強(qiáng)度低的聚合物作為開孔劑與目標(biāo)聚合物共混，也可以將無(wú)機(jī)填料作為開孔劑直接與聚合物復(fù)合。Chen等將聚乳酸（PLA）與聚丁二酸丁二醇酯（PBST）共混，不僅形成了開孔結(jié)構(gòu)，還增強(qiáng)了泡孔壁的剛性，從而提高了PBST泡沫的尺寸穩(wěn)定性。Harikrishnan等利用有機(jī)改性蒙脫土制備了高開孔率的熱塑性聚氨酯（TPU）泡沫，不僅改善了泡沫的尺寸穩(wěn)定性，還提高了泡沫的柔軟度。
相比較于共混其他聚合物，采用無(wú)機(jī)填料混合時(shí)添加量極小，能在基本不改變彈性體泡沫力學(xué)性能的基礎(chǔ)上，制備出高開孔率的泡沫材料。
綜上所述，通過(guò)形成開孔結(jié)構(gòu)可有效改善彈性體泡沫的收縮行為，但是關(guān)于彈性體開孔泡沫制備的相關(guān)報(bào)道很少。因此，本研究選擇具有不同粒徑、結(jié)構(gòu)、表面張力的4種無(wú)機(jī)粒子，包括硅酸鈣（CaSiO3）、滑石粉（Talc）、碳酸鈣（CaCO3）以及硅灰石（WI），與TPAE混合，探究了不同無(wú)機(jī)粒子對(duì)TPAE/無(wú)機(jī)粒子復(fù)合物泡沫泡孔結(jié)構(gòu)和尺寸穩(wěn)定性的影響，從而深入分析了無(wú)機(jī)粒子促進(jìn)泡沫開孔結(jié)構(gòu)形成的基本機(jī)制。
無(wú)機(jī)粒子對(duì)TPAE界面張力、發(fā)泡、抗收縮行為的影響（一）
無(wú)機(jī)粒子對(duì)TPAE界面張力、發(fā)泡、抗收縮行為的影響（二）