通过纳米粒子的非均匀分布调控聚合物纳米复合材料的发泡行为与泡孔结构

The combination between nanotechnology and foaming technology provides a new opportunity prepare light functional materials with high strength. In this project, we will study the influence of added nanoparticles on the bulk properties of polymers and foaming behaviour, and improve the nucleation efficiency of nanopaticles as nucleus and promote the formation of nanocellular foam materials, via controlling the size, shape and surface composition of nanoparticles. Furthermore, a new method based on the non-uniform distribution of nanoparticles in polymer matrix will be explored to fabricate hierarchical foamed materials. On one hand, the nanoparticles as foaming nucleus are used to fabricate bimodal foamed materials with microsize and nanosize cells; on the other hand, co-extrusion method will be used to preduce particles or laminated plates with multilayer structures containing different composition and loading of nanoparticles, after foaming process, the foamed materials with hierarchical structure are formed due to different composition and structure of nanoparticles in each layer region. Finally, the relationship between cellular structure and properties of foam materials with hierarchical structure is studied.

将聚合物纳米复合技术与发泡技术相结合，为制备轻质高强功能性材料（即：发泡材料）提供了新机遇。本项目以研究纳米粒子的加入对于聚合物本体性能及其发泡行为的影响为切入点，通过纳米粒子尺寸、形状（或维度）及表面化学改性控制，调控粒子成核效率，促进纳米泡孔的形成。进一步利用纳米粒子非均匀分布（或选择性分布）探索制备多级结构（或双峰分布）聚合物发泡材料的方法，一方面利用纳米粒子作为成核剂形成微米-纳米双峰分布的发泡材料；另一方面，采用多层共挤出方法（多层粒子、多层片材）制备纳米粒子组成和含量不同的交替母体样品，再进行发泡，利用组成与结构的不同，诱导形成不同尺度的多级发泡结构。在此基础上，系统研究上述发泡材料的结构与功能的构效关系。

将聚合物纳米复合技术与发泡技术相结合，为制备轻质高强功能性材料（即：发泡材料）提供了新机遇。本项目以研究微纳米粒子的加入对于聚合物本体性能及其发泡行为的影响为切入点，通过粒子尺寸、形状（或维度）及表面化学改性控制，调控粒子成核效率，促进泡孔的形成。本项目完成了研究计划的主要研究内容，具体包括如下：1）研究了微纳米粒子尺寸、形状、含量等对于聚合物发泡行为的影响规律，重点探索了具有不同相结构（双连续相结构、海-岛结构）的聚合物共混物中加入微纳米粒子对于泡孔尺寸、泡孔密度及其开闭孔率的作用。2）为了研究微纳米粒子的非均匀（或选择性）分布对于聚合物发泡材料的方法，我们采用了两种实验方法制备样品：其一、采用双层共挤出包覆方法制备聚丙烯多层复合粒子，进而制备微纳米粒子组成和含量不同的样品，再进行发泡，利用组成与结构的不同实现多级发泡结构的构建；其二、在不相容聚合物共混体系中加入不同种类的微纳米粒子，利用与不同组分间相容性的差别，制备微纳米粒子非均匀分布的发泡母体，再进行发泡。深入研究上述两类多级发泡材料的结构与性能的构效关系。分析总结微纳米粒子尺寸、形状（或维度）、表面组成对于聚合物发泡行为的影响规律；建立了多层共挤出包覆制备多级发泡结构材料的方法；发明了利用亲水性微纳米粒子分散状态和尺寸大小对于混合发泡剂的混合状态实现调控，进而控制聚合物发泡结构；通过研究具有单峰泡孔结构的聚丙烯泡沫与具有双峰泡孔结构的泡沫的力学性能，初步建立了多级发泡结构材料的结构与力学性能的构效关系。