寧波材料所在Chemical Engineering Journal上發(fā)表綜述“聚合物微發(fā)泡材料泡孔結(jié)構(gòu)變化及一般規(guī)律”
發(fā)泡是實現(xiàn)輕量化和節(jié)能減排的重要手段，聚合物發(fā)泡材料廣泛應(yīng)用于汽車、建筑、包裝、運動器材等領(lǐng)域，2021年全球發(fā)泡材料市場規(guī)模達939億美元。設(shè)計新結(jié)構(gòu)是驅(qū)動材料創(chuàng)新的源頭，泡孔結(jié)構(gòu)調(diào)控承載著推動發(fā)泡材料創(chuàng)新、功能化應(yīng)用和高性能化等重要使命。因此，深入認識泡孔結(jié)構(gòu)的變化類型和規(guī)律，對于開發(fā)高性能聚合物發(fā)泡材料具有重要學(xué)術(shù)和應(yīng)用價值。中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所高分子先進加工團隊鄭文革研究員和龐永艷研究員長期致力于聚合物發(fā)泡材料泡孔結(jié)構(gòu)調(diào)控機制及功能化應(yīng)用研究，在雙峰泡孔、微納泡孔、交替多層、高開孔等泡孔結(jié)構(gòu)調(diào)控及應(yīng)用方面取得了系統(tǒng)研究成果（Polymer 2021, 237， 124386; ACS Appl. Polym. Mater. 2021, 3, 2687-2693; Polymer 2020, 209, 123061; Ind. Eng. Chem. Res. 2020, 59, 11340-11349; Polymer 2019, 166, 63-71; J. Supercrit. Fluids 2016, 110, 65-74等）。
近期，鄭文革研究員、龐永艷研究員與加拿大多倫多大學(xué)Chul B. Park教授合作發(fā)表了題為“A comprehensive review of cell structure variation and general rules for polymer microcellular foams”的綜述論文（Chem. Eng. J. 2022, 430, 132662），系統(tǒng)總結(jié)了聚合物微發(fā)泡材料泡孔結(jié)構(gòu)的變化類型和規(guī)律。
綜述論文共分為五個部分，介紹了決定泡孔結(jié)構(gòu)的三個最主要因素（泡孔尺寸、泡孔密度、膨脹倍率），闡述了根據(jù)三因素的增大或減小分類得到的六種泡孔結(jié)構(gòu)變化類型隨相關(guān)調(diào)節(jié)因素的變化關(guān)系，探討了泡孔結(jié)構(gòu)與性能（包括力學(xué)和隔熱）的關(guān)系，提出了關(guān)于泡孔結(jié)構(gòu)調(diào)控的一些規(guī)律性認識，指出了值得進一步深入研究的問題。
透過紛繁復(fù)雜的現(xiàn)象總結(jié)和凝練規(guī)律是科學(xué)研究的基本要求。總結(jié)泡孔結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律有助于精準設(shè)計和調(diào)控泡孔結(jié)構(gòu)，并為高性能聚合物發(fā)泡材料的開發(fā)提供理論指導(dǎo)。泡孔尺寸、泡孔密度和膨脹倍率是決定泡孔結(jié)構(gòu)的三個最主要因素。調(diào)控泡孔結(jié)構(gòu)時，改變?nèi)魏我粋€調(diào)節(jié)因素（變量），都可能引起泡孔尺寸、泡孔密度和膨脹倍率的增大或減小。因此，對三個因素的增大或減小進行排列組合，可得到8種泡孔結(jié)構(gòu)變化類型（表1）。其中，泡孔尺寸和泡孔密度都增大時，膨脹倍率不可能減??；同理，泡孔尺寸和泡孔密度都減小時，膨脹倍率不可能增大。因此，第7和第8兩種變化類型是不可能存在的，實際存在的只有第1至第6六種。
對于第1和第4，雖然三個因素均增大或均減小的情況是存在的，但是這兩種變化類型對觀察尺度要求比較高，導(dǎo)致實際觀察到的實例相對較少。因此，最常見的變化類型是第2、第3、第5和第6四種。以納米粒子含量和發(fā)泡溫度作為調(diào)節(jié)因素為例，簡要介紹這四種泡孔結(jié)構(gòu)變化類型及結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，將有助于清晰理解泡孔調(diào)控的基本方法和一般規(guī)律。當納米粒子含量適度增加時，體系氣泡異相成核增強，因此，泡孔密度增大、泡孔尺寸減小、膨脹倍率增大，泡孔結(jié)構(gòu)變化類型為第2種；當納米粒子含量進一步增加時，雖然體系氣泡異相成核增強，泡孔密度增大，但由于較大的納米粒子含量增大了體系的硬度，限制了泡孔生長，導(dǎo)致泡孔尺寸減小、膨脹倍率減小，泡孔結(jié)構(gòu)變化類型轉(zhuǎn)變?yōu)榈?種。當發(fā)泡溫度適度提高時，泡孔生長的驅(qū)動力增大，因此，泡孔尺寸增大、泡孔密度減小、膨脹倍率增大，泡孔結(jié)構(gòu)變化類型為第3種；當發(fā)泡溫度進一步提高時，體系的熔體強度降低，泡孔出現(xiàn)明顯聚并，導(dǎo)致泡孔尺寸增大、泡孔密度減小、膨脹倍率減小，泡孔結(jié)構(gòu)變化類型轉(zhuǎn)變?yōu)榈?種。
本研究獲得了浙江省公益技術(shù)應(yīng)用研究計劃項目（LGG19E030003）和寧波市科技創(chuàng)新2025重大專項（2018B10013）的資助。
表1 聚合物微發(fā)泡材料泡孔結(jié)構(gòu)的變化類型
?。ǜ叻肿优c復(fù)合材料實驗室 龐永艷）