发泡材料范文

发泡材料范文（精选12篇）

发泡材料 第1篇

关键词：植物纤维,环境保护,发泡缓冲材料

0 引言

目前, 在日常家用电器、精密仪器、电子计算机、电子元器件等包装材料中大量使用的是聚苯乙烯 (EPS) 、聚氨酯 (PU) 类发泡缓冲包装材料, 它是一种高分子化学合成材料, 主要来源于石油, 并且其包装废弃物, 不能自然降解和完全回收, 因此资源浪费现象非常普遍。根据“蒙特利尔议定书”规定, 要求全面禁止采用氟利昂生产EPS, 但是很多国家没有落实[1]。随着能源短缺问题、环境问题的加剧, 这些不能自然降解和回收利用的EPS类缓冲包装材料的应用将受到越来越大的限制, 开发环保、可降解的绿色的植物纤维发泡缓冲材料成为近年来的研究热点。

绿色的植物纤维发泡缓冲材料是指使用可回收利用、可降解的植物纤维、黏合剂和发泡剂为原材料制成缓冲性能较好的发泡纸制品[2]。

1 植物纤维发泡缓冲材料可行性制备基础工艺

植物纤维是天然高分子材料, 含有多个羟基, 纤维素分子间具有极强的氢键作用。这些羟基不仅缔合成分子内氢键, 而且缔合成分子间氢键, 增强了纤维素分子链的线型完整性和刚性, 但仅靠植物纤维本身的强度和韧度不足以抵抗外界的压力以及冲击, 而造成包装变形。

为保证植物纤维发泡缓冲材料具有良好的强度和缓冲作用, 需要添加增强剂、发泡剂等其它化学物质以提高其强度, 以达到工业应用的目的。目前的发泡工艺有以下两种[3]:

(1) 蒸气发泡法。

通过水蒸气向外散发时的疏散作用发泡, 形成颗粒型发泡植物纤维纸浆的制作工艺, 这种方法制作发泡制品不污染环境是最佳的绿色发泡方法, 但抄造的设备和成本较使用化学发泡剂发泡的高, 希望通过实验研究降低蒸气发泡法的成本。

(2) 化学发泡法。

化学发泡剂添加至植物纤维纸浆中, 加热至一定的温度, 发泡剂热分解产生气体而发泡。发泡剂分为有机发泡剂和无机发泡剂。

2 环境保护及资源开发

植物纤维的化学结构是1, 4-β-D-呋喃式失水聚葡萄糖, 因此由植物纤维制备的缓冲包装材料具有很好的生物降解性、环境保护性。它主要来源于木材及植物秸秆等可再生的有机资源, 每年地球上植物纤维的产量大约1500亿吨, 来源十分广泛[4]。

3 开发利用现状

植物纤维发泡缓冲材料, 最早使用的是瓦楞纸衬垫、隔板以及废纸条等。这些纤维制品缓冲性能并不理想, 与EPS发泡塑料比较优势不大。但是, 因为能源问题、环保问题, EPS泡沫塑料制品被淘汰和禁止势在必行。

目前, 可替代EPS泡沫塑料的替代品有以下几类。

3.1 植物纤维发泡缓冲材料

目前常用的原料有:农作物秸秆纤维, 废纸纤维、棉纤维、麻纤维等。这种材料在低应力条件下, 具有比聚苯乙烯泡沫塑料更好的缓冲性能, 而且可降解、原料价廉易得。

3.2 二次纤维和淀粉为原料制成的包装缓冲材料

把回收的废纸纤维粉碎成细末状, 再加入一定的量的淀粉混合均匀, 然后用蒸汽发泡的方法使其形成多孔的小球。用这种小球作包装缓冲填料, 能承受的冲撞优于苯乙烯而且价钱便宜。

3.3 木材纤维热压发泡缓冲包装材料

利用聚合物发泡技术与人造板工艺技术相结合, 采用碳酸氢钠为发泡剂, 采用中密度纤维板厂的人造纤维板粉碎后, 加入黏胶、发泡剂等, 在160℃左右热压发泡。

植物纤维发泡缓冲材料防静电、防腐蚀性能优于EPS发泡材料, 抗震性能则优于纸浆模塑产品, 与木材纤维热压发泡缓冲包装材料的抗震缓冲性能基本相当, 但不需要热塑成型, 降低了制品的制作难度。

4 结论

目前, 由于石油资源日趋紧张、环境保护问题日益突出, 聚苯乙烯 (EPS) 、聚氨酯 (PU) 类发泡缓冲包装材料势必会被植物纤维发泡缓冲包装材料所代替。

植物纤维发泡缓冲包装材料采用非化学发泡剂法发泡对环境友好, 在保障使用效果的前提下也会取代化学发泡法, 相信经过不懈的研究植物纤维发泡缓冲包装材料的成本及缓冲性能会达到满意的效果。

参考文献

[1]秦国民, 田代年“.白色污染”的危害及治理对策[J].黑龙江环境通报, 2005, 29 (1) :16-18.

[2]侯树亭.中国EPS泡沫塑料回收利用状况及技术进展[J].塑胶工业, 2006, (5) :25-27.

[3]李友良, 王家俊.废纸浆发泡缓冲材料的研究[J].包装工程, 2008, 29 (11) :5-7.

[4]李新平, 索晓红.纤维素纤维发泡缓冲包装材料概述[J].包装工程, 2007, 28 (4) :182-184.

发泡材料行业报告 第2篇

一、行业管理与法律政策

高分子发泡材料属于新材料行业，由国家发展与改革委员会承担主要的行业管理与监督职能，具有制定行业政策，提供技术改造指导等职能。行业引导及服务职能由中国复合材料工业协会承担，行业协会主要负责技术指导与交流，供求关系调查，装备与原材料情况调研，经济评价与调研，协调行业内企业关系等方面。本行业内企业面向市场自主经营，政府职能部门进行产业的宏观调控，行业协会进行自律规范。

根据加工设备，我们主要进行发泡塑料和结构泡沫材料的开发。根据国家统计局2002年9月2日颁布的《国家经济行业分类（GB/T4754-2002）》（国统字[2002]044号），我们拟将生产的软质发泡塑和结构泡沫材料属于塑料制品业（二级目录代码为30）下的泡沫塑料制造（四级目录代码3040）。

新材料行业在国民经济中占有重要地位，是国家产业政策重点鼓励发展的行业。而高分子发泡材料是我国新材料发展的重点之一，国家已将其列为优先发展的鼓励项目并制定一系列扶持政策： 1、2000年7月27日，经国务院批准，国家发展计划委员会，国家经济贸易委员会联合修订发布《当前国家重点鼓励发展的产业、产品和技术目录（2000年修订）》，目录指出：高分子材料是国家鼓励发展的重点产业化领域。2、2000年9月15日，科技部，财政部，国家税务总局联合发布《中国高新技术产品目录》，将“有机高分子材料”列为国家优先支持发展的新材料产品。3、2005年12月2日，经国务院批准，国家发改委发布了《产业结构调整指导目录（2005年本）》，目录指出：复合材料、功能性高分子材料、工程塑料及低成本化、新型塑料合金生产是国家鼓励发展的产业。4、2007年1月23日，国家发改委、科技部、商务部、国家知识产权局联合修订发布《当前优先发展的搞技术产业化重点领域指南（2007）》，指出当前高分子材料领域是优先发展的高技术产业化项目。5、2007年4月28日，经国务院批准，国家发改委发布《高技术产业发展“十一五”规划》，规划指出：“新材料是促进产业创新发展的重要物质基础。围绕信息、生物、航空航天、重大装备、新能源等产业的发展需求，重点发展特种功能材料、高性能结构材料、纳米材料、复合材料、环保节能材料等产业群，建立和完善新材料创新体系。” 6、2008年4月，科技部、财政部、国家税务总局联合发布的《高新技术企业认定管理办法》中将一系列高分新材料相关技术列为《国家重点支持的高新技术领域》中。

二、基本理论与行业简介

发泡材料的分类方法较多，常见的有3种分类方法。

（1）按硬度分类可分为软质、硬质和半硬质3类。在23℃和50%的相对湿度下，各类泡沫塑料的弹性模量如下：软质泡沫塑料，弹性模量小于70MPa；硬质泡沫塑料，弹性模量大于700MPa；半硬质泡沫塑料，弹性模量为70-700MPa。（2）按密度分类可分为低发泡泡沫材料、中发泡泡沫材料和高发泡泡沫材料。各类泡沫材料的密度如下：低发泡泡沫材料，密度在0.4g/cm3以上;中发泡泡沫材料，密度为。0.1-0.4g/cm3；高发泡泡沫材料，密度在。0.1 g/cm3以下。

（3）按泡孔结构分类可分为开孔泡沫材料和闭孔泡沫材料。所含有的泡孔绝大多数相互连通的泡沫材料称为开孔泡沫材料。所含有的孔绝大多数互不连通的泡沫材料称为闭孔泡沫材料。

1、软质发泡材料

软质发泡材料包括发泡橡胶和发泡塑料，由塑料（PE、EVA等）和橡胶（CR、SBR等）加入催化剂、发泡剂等通过物理发泡或者交联发泡工艺制备而成的。软质发泡材料具有缓冲、吸音、吸震、保温、过滤等特性。能够广泛用于电子产品、家电、汽车、体育休闲等领域，是一种新型高分子材料。

橡胶软质发泡产品主要包括：丁腈橡胶、丁苯橡胶、氯丁橡胶、三元乙丙橡胶和其他产品。目前三元乙丙橡胶由于其优越的性能，而正在逐渐代替传统的橡塑材料。

塑料软质发泡产品主要包括聚氨酯（PU）、聚苯乙烯（PS）和聚烯烃三大类。聚氨酯产品中含有加工残留的异氰酸酯等对人体有害的物质，并无法回收利用，所以逐渐被取代。聚苯乙烯不腐烂、难回收，成为“白色垃圾”。联合国环保组织决定2005年起全球范围内停止生产和使用PS发泡材料。

聚烯烃软质发泡材料包括PP、PVC、PE、EVA等发泡材料。其中PE和EVA的发泡材料应用最为广泛。PE具有原料丰富、性价比高、优良的耐热性、耐化学腐蚀性、易回收等特点；EVA具有良好的缓冲、抗震、隔热、防潮、抗化学腐蚀、无毒、不吸水等优点。

软质发泡材料的下游市场包括：体育用品、电子、精密仪器、家电、汽车等领域。软质发泡材料在体育用品中主要利用其缓冲和抗震的特性，主要产品有鞋垫、鞋底、护垫、护膝、护腕、健身器材的手握套等。在电子、家电和精密仪器行业中主要是作为缓冲材料、密封材料、隔音材料、包装材料及保温材料使用。比如：笔记本电脑键盘垫片，麦克风周围，摩擦垫片等，起到防尘、吸收冲击、防止杂音等作用。汽车制造业中的保温、防水、抗震、隔音、内饰等多为软质发泡材料。

2、结构泡沫材料

结构泡沫材料主要有PVC、PET、PMI、SAN、PEI、PI、PUR等种类。目前PVC、PET两种材质的结构泡沫材料应用最为广泛。

结构泡沫材料主要作为夹层结构的芯材使用，用于替代Balsa木和蜂窝板。其性能稳定、抗疲劳性能好，防水防霉变。结构泡沫材料应用于夹芯结构中可以大大增加力学性能，但几乎不增加重量。满足了风力发电机叶片、轨道交通车辆、船舶、飞机、建筑节能等应用领域对材料低密度、高强度的要求。

在风力发电中，现在兆瓦级叶片采用的芯材都是PVC结构泡沫材料，占体积的85%，但是占叶片比重小。采购价格占原材料的三分之一，增加了刚度，降低了质量，减少了压力，降低了成本。

在航空领域中，具有高力学性能和抗疲劳性能的结构泡沫材料制成的复合夹芯材料主要运用于飞机的中央翼、外翼、垂尾、平尾、机身地板梁及后承压框等。一是使结构一体化程度变高，二是减少了部件数，缩短了总装时间等；是飞机的机重降低了10%-40%，结构设计成本降低了15%-30%。

在船舶工业中，结构泡沫材料主要用于船体、甲板和防水壁。具有低密度、隔音、抗冲击等特性。在轨道交通车辆中，结构泡沫材料主要运用在结构底板、车顶、侧板、车尾部等部位。就有隔音、保温、降低营运成本和节能环保等优势。

在建筑中，结构泡沫材料制成的建筑板材，具有施工方便、隔音、保温、阻燃、耐腐蚀等多项特点，是新材料和传统材料的结合，目前已在国际上得到推广。

三、市场情况及主要竞争

1、软质发泡材料

我国的模压塑料发泡材料行业是20世纪80年代开始起步的，主要是日本和台湾地区的企业在大陆设立的独资或者合资企业生产。20世纪90年代，国内的企业逐渐掌握了塑料模压发泡技术，开始大规模生产，行业进入高速发展阶段。进入21世纪，塑料发泡材料的应用面日益扩展，需求量急剧上升，新产品不断涌现，发泡技术逐渐成熟。

图一是2005年-2012年中国塑料软质发泡市场规模（亿元），图二是逐年的增长率情况。

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从数据分析，2008年和2009年因为受到全球经济危机的影响，软质发泡塑料的规模增长率有所减缓，但是并没有影响整个行业的发展。2010年后又出现了高速发展的势头，2012年整个行业的产业规模将达到65.2亿元。

业内主要企业比较多，主要的大型企业有常州天晟新材料股份有限公司、常州三和塑胶有限公司等。由于大企业的产品种类多，质量高，性能好，占有了相当大一部分市场份额。

橡胶发泡材料的市场与塑料发泡材料相识，在经过2008年和2009年两年的低速发展后进入了高速发展阶段，目前常州天晟新材料股份有限公司、泉州三盛橡塑发泡鞋材有限公司、泉州至和织造有限公司是国内主要的橡胶发泡材料供应商。

常州天晟新材料股份有限公司年产发泡塑料60000立方米，发泡橡胶18000立法米；常州三和塑胶有限公司年产发泡塑料55000立方米；泉州三盛橡塑发泡鞋材有限公司年产发泡橡胶200000立方米；泉州至和织造有限公司 年产发泡橡胶5010吨。

软质发泡材料经过百余年的发展，传统的技术已经相当成熟，国内软质发泡材料虽然起步较晚，但是由于台资、日资企业的带动，国内民营企业经过多年的学习和经验积累，生产技术和工艺已经相当的成熟，并且部分产品和市场已经超过了台资和日资企业。但是，行业内国内小规模民营企业较多，产品的质量和稳定性不足，多为于低端产品。少数大企业作为行业领头羊，利用自己的资金、研发、市场和品牌优势，改善了技术和工艺，提高了产品的质量，并不断推出高附加值的新产品，扩大了应用领域。

2、结构泡沫材料

图三是2005年-2012年全球结构泡沫材料市场需求量变化图。预计市场需求会持续稳步增加。

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瑞典戴铂（DIAB）公司和瑞士阿瑞克斯（AIREX）公司是全球最大的结构泡沫材料的生产商，瑞典戴铂（DIAB）公司占有64.72%的市场份额，其在昆山的公司年产量达到26500吨；而瑞士阿瑞克斯（AIREX）公司占有31.33%的市场份额，其在国内公司的产量为13000吨。常州天晟新材料股份有限公司可以年产3000吨。2010年有固瑞特公司开始试生产。

由于结构泡沫材料的高端市场定位，加之高投入和高技术含量，使得很少有企业涉足这一领域，导致结构泡沫材料将持续供不应求的现状，两大巨头垄断这一行业的现状也仍将继续。

但是在国内，下游企业和产业的飞速发展，比如风力发电、轨道交通系统、航空航天系统及建筑环保等产业，将进一步刺激本行业的发展，但是供不应求的现状在短期内仍得不到改善，供需缺口仍然很大。

经过统计计算推测，2012年后每年风力发电行业对结构泡沫材料的需求量达到15000吨；动车列车对结构泡沫材料的需求达到600吨；轨道交通系统对结构泡沫材料的需求达到1500吨，船舶工业对结构泡沫材料的需求将逐步达到700吨，航空工业对结构泡沫材料的需求将逐步达到400吨。建筑行业对结构泡沫材料的需求将逐步达到6000吨。总体推测2012年，国内结构泡沫材料的需求将达到25000吨。可以看出结构泡沫材料的市场在逐步增大。

四、入行情况分析

发泡材料对产品的质量和稳定性要求高，研发设计要求高，设备资金投入大。主要障碍集中在：

1、技术壁垒：高分子发泡材料的开发需要丰富的高分子发泡经验和相关理论基础，目前的公司都对技术进行封锁。

2、人才壁垒：高分子发泡材料的生产技术涉及了材料学、精细化工、合成力学、高分子加工工艺学等多方面的知识，具有丰富的研发设计生产经验的人很少，原有企业经过多年花费高成本培养了专业技术人才，新进入的企业很难在人员上满足发展要求。

3、产品测试和检测壁垒：高分子发泡材料对性能要求较高，所以原有企业对于产品检测指标和检测方法实施封锁，导致新进企业无法完整的对所试生产的产品进行性能和结构检测，并建立完善的产品质量检测体系。

其他还包括设备和资金问题，认证壁垒，行业内缺少统一的检测标准等方面。主要有利因素为：国家产业政策的支持；市场需求量大；我国高分子加工设备制造能力稳步提高。

发泡材料的发展趋势是：一是发掘新的发泡高分子原材料，提高现有的发泡材料的性能，并降低成本；二是开发功能化的发泡材料，比如高保温、高隔热、导电性等性能；三是开发环境友好的新型发泡材料，四是优化成形加工方法和技术，表面改性处理。

五、小结

发泡餐盒“复活”之忧 第3篇

人们发现，在今年2月底国家发改委发布第21号令上，“一次性PS（聚苯乙烯）塑料发泡餐具”的名字没有出现在淘汰类产品目录上。这意味着，发泡餐具在被禁14年之后，将以“合法身份”重现江湖。

环保人士担心，十多年前PS发泡餐盒曾经引发的种种问题，在环境问题已然困难重重的今天，会带来雪上加霜的难题。

禁而不止

PS发泡餐盒第一次在中国亮相是在1987年。这一年，首条PS发泡塑料餐盒生产线从日本引进中国。由于价格低廉、使用方便，这种餐盒以惊人的速度普及开来。截至1990年代末，中国每年生产的PS发泡餐盒达到50亿只，一时间充斥闾巷，无处不在。

这种“盛况”持续了12年。在1999年1月国家经贸委发布的《淘汰落后生产能力、工艺和产品目录》（6号令）中规定，2000年以前在全国范围内淘汰一次性发泡塑料餐具，以环保产品替代之。次年6月，国家环保总局明确了一次性餐饮具的技术标准，PS发泡餐具从此处于被禁状态，6号令因此得名“禁白令”。

PS发泡餐具当时被禁止的理由，除了名义上淘汰落后产能以外，还有环保问题。“废餐盒随意丢弃带来的白色污染，是导致一次性PS发泡餐具被禁的直接原因。”中国塑料加工工业协会塑料技术协作委员会秘书长杨惠娣表示。

1999年PS发泡餐盒被禁时，杨惠娣任中国工程塑料学会降解塑料研究会秘书长，她告诉《中国新闻周刊》，上世纪80年代，PS发泡餐具在火车上大量使用，废弃餐盒被乘客随意丢出窗外，在铁道沿线形成可两条可观的白色污染带，俗称‘小白龙。

“小白龙”令铁道部头疼不已。1995年开始，铁道部率先禁止在铁路上使用PS发泡塑料餐具。

而据参与政策制定的杨惠娣透露，直接导致PS发泡餐盒被禁的，是葛洲坝发电机组烧毁事故。1998年抗洪大军大量使用PS发泡餐具，这些白色饭盒被直接丢入长江，顺流漂到葛洲坝，使发电机组发生故障。事故发生第二年，“禁白令”发布。

然而，“禁白令”的执行却令有关部门尴尬。一个原因是，由于比起可降解的餐具，PS发泡塑料餐具价格极其低廉，当时每吨PS原料价格只要3000元，导致市场对其保持旺盛需求。另一方面，当时生产PS餐具的企业多系日、台合资，合资期未满，政策上不好强制叫停，于是上海等地出台了有条件继续生产的规定。

在“禁白令”禁而不止的情况下，PS发泡塑料餐具的产量出现了神奇的逆增长。

官方调查数据显示，2005年我国一次性PS发泡餐盒的销售量为86亿只，比6号令发布之初有增无减，而一次性PS发泡餐具的市场占有率始终在七成以上。近年来，PS发泡塑料餐具生产大省广东省的年产量猛增到20亿只以上。而2010年“禁白令”政策松动时，江苏、浙江、广东又有众多企业秣马厉兵，准备投入生产。

无毒无害？

2010年8月24日，中国产学研合作促进会和中国塑料加工工业协会联合召开新闻发布会，宣布一次性PS发泡塑料餐具无毒无害，是被市场广泛接受认可的一次性餐具，属于典型的“绿色低碳产品”。

这一旨在给PS发泡餐具正名的言论，立即引起环保组织的炮轰。

“‘绿色产品称号，只能由中国环境标志产品认证委员会秘书处进行认证并授予标志，在没有通过此项认证的情况下，公开宣称某项产品为‘绿色产品，是不严谨、不严肃的行为。”环保NGO自然之友固废项目研究员田倩对《中国新闻周刊》表示。

PS发泡餐具生产企业及行业协会与环保组织进行了长期艰苦的论战。今年4月，以自然之友为首的环保组织邀请了支持与反对双方召开恳谈会。如人所料，这场恳谈会，呈现出一种友好却势不两立的态势。

受邀参加恳谈会的杨惠娣回应公众对PS发泡餐具的 “毒性”问题时表示，“我们认为PS发泡餐盒的毒性已经解决了，大家质疑聚苯乙烯餐盒会出现二恶英，但实际上它不可能产生二恶英。原因是它的分子结构中没有氯，而二恶英的分子中一定要有氯或卤素。”

另一个毒性指标是苯乙烯分子的残留量，杨惠娣打了个比方，“合成塑料的过程，就像一百多个小朋友手拉手做游戏，在这个过程中，有些调皮捣蛋鬼会跑出来，但是不到很高的温度，苯乙烯分子是不会跑出来的，跑出来的分子叫做苯乙烯残留单体，在一定数量以下，就是安全的。”

杨惠娣表示，做食品包装用的聚苯乙烯材料，残留单体在5000ppm就是合格的，而我国的规定是在1000个ppm之下。她说，发改委和疾控中心对国内生产的PS发泡餐盒作了抽检，结果检出最多的只有700ppm，对健康无损。

PS发泡餐具不耐高温，不能用于微波炉，不能放在沸水中煮。但杨惠娣表示，PS分子发生化学裂变至少需要200摄氏度以上的高温，“平常条件下达不到这样高的温度”。

环境化学专家、国际食品包装协会常务副会长兼秘书长董金狮则反驳道，“国家质监总局要求，PS发泡餐具装的食品温度在80度以下，但我们很多企业显然不可能遵守这一条，多数企业甚至不知道有这一条规定存在。”

“PS发泡餐具不能装油，尤其是热油，否则有害分子会释出。但我国食品有几样是不含油的？”董金狮指出，国外一些国家没有禁止PS发泡餐具，但他们有非常严格的使用条件限制，比如规定PS发泡餐具不允许装热的食品，也不能直接接触含油食品，装含油食品时下面必须垫一层纸。

“这些规定，在我国现条件下很难实施。”董金狮说。

难题未解

经过论战，支持解禁与反对解禁双方唯一取得共识的是：让PS发泡餐具重归市场，但前提是做好回收工作，避免污染环境。但即便在这一条上，双方亦还存在巨大分歧。

中国塑料加工工业协会改性塑料专业委员会主任刘英俊对《中国新闻周刊》表示，既然造成白色污染是PS发泡餐具被禁的主要原因，那么只要做好回收，对其进行高质量的利用，如作为优质碳源进行焚烧，那么一切问题都会迎刃而解。“矿泉水塑料瓶为什么不会造成污染，因为不用环卫工人去收，扔在垃圾箱里都会被收废品的人捡走。”

但这恰恰是PS发泡餐盒的一大软肋。

上世纪90年代，董金狮曾牵头进行北京市PS发泡餐具的回收工作，当时启动了“两分钱工程”，按一个餐盒两分钱进行回收。起初老百姓对回收废旧PS餐具有一定积极性很高，但PS发泡餐具的回收利用存在诸多难题，最大的问题是运输，因为PS发泡餐具的体积过大，装满一车，重量也不过几十公斤，“卖不了几个钱，连收废品的人都不要。”

“另外，因为很多餐盒早有油污，招苍蝇、老鼠，放在哪里哪里有味道，老百姓告状，要求把北京市的PS发泡餐具回收站拆了。对废餐盒必须进行清洗，否则焚烧后会有严重空气污染，但污染处理又跟不上，只能排到沟里。”董金狮忆及当年的回收工作，窘状百出。

刘英俊当年跟董金狮一同做PS发泡餐具的回收，为了缩小餐具的体积，他发明了一种无害化处理装置，可以装在卡车上，全城流动回收。“PS发泡餐具放进机器里，两三分钟后，泡沫就消了，泡沫塑料的密度可以从0.03提升到0.9以上，一个餐盒体积最后变成指甲盖般大小。”

但这项发明申请了国家专利后，却无用武之地。1999年“禁白令”颁布后，该发明一直被压在箱底。

除了回收问题以外，还有另外一个问题也令环保组织担忧。自然之友固废项目研究员田倩对《中国新闻周刊》表示，截至5月31日，PS发泡餐具解禁一个月以来，发改委仍未公布发泡餐具行业准入条件、行业标准、回收机制等细则。而在一些中小型餐馆里，已经明显可以看到PS发泡餐具的“复活”。这或许意味着，曾经困扰公众的环境和食品安全问题，随着PS发泡餐具解禁，将一并完整复苏。

国内的PS发泡餐具生产企业，以前曾被查出使用工业级PS原料，而非食品级PS原料，一些无良厂商，在生产餐盒过程中，非法添加碳酸钙、荧光剂，甚至石蜡，对健康的影响是显而易见的，这是环保组织之所以关注行业准入标准的原因。

中国石油大学的冀星教授表示，中国生产PS发泡餐具的企业，普通采用工业级的原料而非食品级的原料。而如果改用食品级原料，这些企业都要亏本。

围绕PS发泡餐具解禁的环境问题大辩论，事实上是一个具有普遍性的环境伦理问题。而在行业和环保组织各执一词的争论面前，国家发改委始终不发一言。

橡胶发泡材料的研究进展及其应用 第4篇

1 基质胶

1.1 单一胶种

橡胶发泡制品的性能和用途很大程度上由基质胶所决定,如天然橡胶(NR)、顺丁橡胶(BR)气味较小,常用于制造生活用品;丁苯橡胶(SBR)耐磨性好,多用于鞋底材料;三元乙丙橡胶(EPDM)因耐臭氧性、耐热性、耐候性、低温柔软性等优点,常用于制造汽车密封条、密封圈、隔热产品等;丁腈橡胶(NBR)耐油、耐热性以及回弹性好,多用于汽车发动机的减震材料;硅橡胶因可承受300℃高温,用于密封材料、特殊环境中的膨胀连接材料以及隔热、吸振材料等。

庄江强等[2]以二元乙丙橡胶(EPM)为基质胶进行发泡,研究了稀土铝酸酯陶土改性后的EPM发泡材料的力学性能。翁娟等[3]用SBR为基质胶,以硼酸酯改性陶土制备低密度、减震缓冲性好的SBR发泡材料。李新新等[4]制备了三元乙丙发泡橡胶,并对其声学特性进行了研究。Najib N N、马遥等[5,6]以NR为基质胶进行发泡,分别制备了吸声性和压缩性能优良的NR发泡材料。陈美华等[7]将液体硅橡胶作为生胶制备出了室温下固化的硅橡胶泡沫材料。

1.2 共混

橡橡共混或橡塑共混在很大程度上解决了单一胶种性能单一、综合性能不佳的问题,极大地扩大了发泡橡胶材料的应用领域。

1.2.1 橡橡共混

覃燕等[8]以CM/EPDM并用胶为基材制得橡胶发泡材料,其泡孔细密均匀,表面光滑,综合性能佳。W Yamsaengsung等[9]制得了NR/EPDM共混物与木料模压成型的发泡复合板,其表面防渗水性好,导热系数低。Yoo Sungchoi等[10]制备了NBR/废胶粉(GTR)发泡橡胶材料,该发泡材料具有阻燃性能。孟彩云[11]制备了改性胶粉/丁腈橡胶发泡材料,扩大了胶粉的应用领域。

1.2.2 橡塑共混

与橡橡共混相比,橡胶与塑料共混不但可以大幅度改善橡胶的加工性能,又能保持橡胶的弹性,同时引入塑料优异的耐老化和抗紫外线等性能。

刘永军等[12]制备的NBR/聚氯乙烯(PVC)闭孔海绵橡胶板,其表观密度0.30~0.40g/cm3,表面光滑,气孔细小、均匀。Zhen Xiangxin等[13] 、Zhen Xiuzhang等[14]分别制备了聚丙烯/废胶粉发泡材料和马来酸酐接枝聚丙烯(PP-g-MA)/废胶粉发泡材料。Mae Hiroyuki[15]、陈文泉等[16]则分别制备了泡孔尺寸小且分布均匀、表面光洁度高的聚丙烯(PP) /乙丙橡胶发泡材料和EPDM/PP发泡材料。Lim H M[17]制备了天然橡胶胶乳/聚氨酯(PU)发泡材料,其泡孔均为开孔状,并彼此相连。

2 配方

目前,对橡胶发泡材料配方的研究主要涉及填料、硫化剂、发泡剂等方面。

陈文泉等[16]研究了发泡剂、助发泡剂和表面活性剂对EPDM/PP发泡材料密度、拉伸性能和泡孔尺寸及分布的影响。覃燕等[18]研究了不同填料和增塑剂对CM/EPDM橡胶发泡材料性能的影响。Bao Shengzhang等[19]、Kim J H等[20]分别研究了炭黑含量对CM发泡橡胶的硫化、发泡特性、力学性能的影响和对NR发泡橡胶硫化和力学特性的影响,且二者的研究结果一致,即随着炭黑含量的增加,发泡橡胶孔径降低,而拉伸强度、撕裂强度增加,扯断伸长率和压缩永久变形降低。

3 工艺

目前对橡胶发泡材料工艺的研究主要涉及发泡温度、发泡时间、成型工艺(模压、挤出成型)等方面。

张保生等[21]研究了发泡温度对CM海绵性能的影响。发现,随着发泡温度的升高,CM胶料的硫化速率指数明显增大,CM海绵的发泡效率提高,表观密度减小,硬度、拉伸强度、拉断伸长率和撕裂强度均减小。Najib N N等[5]研究了发泡工艺条件对NR发泡体吸声性能的影响,发现橡胶基质的粘弹性和阻尼性对NR发泡橡胶的吸声系数有很大影响,而粘弹性和阻尼性又由泡孔直径、相对密度、交联密度以及泡孔密度所决定。刘永军等[12]制备了NBR/PVC共混胶闭孔海绵橡胶板,讨论了硫化工艺对气孔结构的影响。Zhen Xiuzhang等[14]研究了CO2物理发泡工艺对PP-g-MA/废胶粉发泡材料的影响,Bao Shengzhang等[19]采用模压成型工艺制备了氯化聚乙烯发泡橡胶,Michaeli W等[22]采用挤出成型工艺制备了三元乙丙发泡橡胶。

4 改性

发泡橡胶的改性可以通过接枝聚合,添加辅料等其它组分的形式来改善或增强基质胶的力学、热学或声学性能。

王勇等[23]采用充油的氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯橡胶(SEBS)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)来改性再生橡胶(RR)发泡体。发现,SEBS能显著改善再生橡胶的加工流动性能,EVA则可提高其力学性能。钱军民等[24]用岩棉改性乙丙橡胶/聚氯乙烯共混物,制得的发泡复合材料的平均吸声系数达0.5以上,且其低频吸声性能优于一般多孔型吸声材料。Benkreira H等[25]用纤维改性PU/GTR的共混物,制得了具有隔声、隔热性能的发泡材料。研究表明,通过控制发泡材料的结构(密度、孔隙率、气流阻力、绕曲度、硬度)可以获得所需要的声学和热学特性(吸声性、声音传播性、隔音性、导热性)。Riyajan Sad等[26]研究了纤维素对废天然橡胶手套 (NRG) /废聚苯乙烯泡沫(PSF)共混物的改性。发现,添加0.5~1.5%马来酸酐(MA)及纤维素,发泡材料的耐甲苯性得到了提高。Yoo Sungchoi等[10]通过添加成分为氢氧化铝、含磷化合物以及膨胀石墨的阻燃剂制备了无卤阻燃NBR/GTR发泡材料。袁小红[27]用锦纶短纤维增强发泡橡胶复合材料。发现,常温下增大短纤维体积分数能提高材料的拉伸性能;发泡橡胶复合材料的初始模量、断裂强度均随着温度的升高而减小,而断裂伸长率随着温度的升高先增大后减小,玻璃化转变温度在213~233K之间。Rathnayake I等[28]在天然橡胶发泡胶乳(NRLF)中添加了纳米银粒子 (SNP),以达到抑制革兰氏阳性金黄色葡萄球菌和革兰氏阴性大肠杆菌生长的目的。

5 理论

对发泡橡胶机理的研究主要涉及对其力学行为(拉伸、压缩、断裂、松弛)的模拟方面。

王必勤等[29]建立了四单元变参数Maxwell模型,模拟EPDM发泡材料的应力松弛行为。齐小宁等[30]采用有限元分析常用的Mooney-Rivlin模型对NR和NBR闭孔发泡材料单轴拉伸力学行为进行了模拟。Liang G等[31]提出了神经网络本构模型,定义超弹性发泡材料的应变能函数。与常用的Hyperfoam 模型相比,神经网络模型模拟泡孔平面应变行为与测试数据拟合较好。Yanze Song等[32]使用泰森多边形异型技术和有限元方法模拟了三维闭孔发泡材料的动态断裂响应。Wei Chen 等[33]使用压缩粘弹性模型和压缩粘塑性模型预测了橡胶发泡材料在恒定或周期性载荷下的非线性过程。

6 应用

发泡橡胶质量轻,具有优异的弹性、柔软性,隔热吸音效果好,被广泛用于密封、减震、隔热、隔音、印染等方面,在航空、汽车、仪器、仪表、家电和包装中广为应用。如周燎原等[34]研究了充油SEBS橡胶、聚苯乙烯(PS)对可塑性丁苯橡胶(TVA)发泡性能的影响。制得的发泡材料作为鞋底材料,具有高止滑性的优点。刘畅等[35]研究了丁腈发泡橡胶的微孔结构和分布对其摩擦性的影响,为丁腈发泡轮胎在干燥、湿滑路面的应用提供了理论依据。Mahapatra S P等[36,37,38,39,40]先后研究了EPDM发泡橡胶的形变及吸能特征、动态机械性能、介电性能、松弛行为、电磁干扰屏蔽性能和流变行为,发现其适合用来做包装、屏蔽、绝缘材料。Benkreira H[14]等用纤维、聚氨酯、轮胎胶粉共混发泡,制得了隔声和隔热多孔材料。对于发泡橡胶在密封领域应用,尤以在发动机上的密封较为突出[41,42]。谢苏江等[43]制得的金属发泡丁腈橡胶复合密封板材,具有优异的压缩回弹性能、抗蠕变松弛性能,以及与密封面的配合性和长期耐压密封性能。

7 存在的问题与展望

近年来,国内外学者从基质胶共混、发泡及硫化体系、发泡工艺、发泡橡胶的改性等诸多方面考察橡胶发泡材料,研究其力学、声学、热学等性能,取得了一些成效,但仍然存在以下不足:

7.1 配方和工艺方面

发泡助剂对发泡工艺的影响巨大,但是对发泡助剂的研究较少,大多使用ZnO 、尿素等常规试剂;多采用模压、挤出方式发泡,发泡橡胶表面均匀性难以控制且厚薄不均,特别是制备薄发泡橡胶产品时,厚薄均匀性显得尤为重要,故有待开发更为优良的成型工艺。

7.2 应用领域方面

对所研究的橡胶发泡材料很少给出其具体应用领域,应用性不明确;对于橡胶发泡材料的主要应用领域密封领域的研究甚少。

7.3 测试方面

对橡胶发泡材料的测试项目和测试方法没有统一标准,大多按照硫化橡胶的测试标准进行,还未统一使用适合多孔橡胶的测试标准;对泡孔形貌的表征手段单一,仅使用SEM进行探讨;橡胶发泡材料应用领域因性能测试方法的单一而受到了局限;对应用于密封领域的橡胶发泡材料性能的表征鲜有报道。

7.4 性能研究方面

局限于对橡胶发泡材料力学性能以及微孔形貌与力学性能间关系[15]的定性研究上,而对橡胶发泡材料声学、热学、电学性能,包括微孔形貌与吸声/隔音、隔热、减震等性能间关系的研究不足。

7.5 理论研究方面

对泡孔形成过程、发泡与硫化速率匹配等问题的机理研究未能深入;对橡胶发泡材料模型的研究多局限于对其力学行为的模拟,对热学、声学、电学等行为的模拟鲜有报道,且模型的研究对配方、工艺的指导价值不高;对泡孔形貌与性能(力学性能、声学性能、热学性能等)间关系的研究尚浅,鲜见模型模拟二者间数值关系的报道。

只有对上述薄弱领域进行深入研究,才能扩大橡胶发泡材料的应用领域,替代一些昂贵的材料,同时满足使用环境苛刻,对性能要求高的场合。

摘要：介绍了近年来橡胶发泡材料的研究进展,主要概括其基质胶体、配方、工艺、改性及理论基础,并对其应用领域进行了归纳;同时,指出橡胶发泡材料研究中存在的问题,并在此基础上对该材料前景进行了展望。

PVC发泡板介绍 第5篇

PVC发泡板又称为雪弗板和安迪板。

硬质PVC 微发泡材料的特征：

硬质PVC 微发泡材料是以PVC（聚氯乙烯）树脂为主要原料，加以化学助剂，经微发泡挤出生产线制成的具有均匀泡孔结构的一种新型化学建材。其密度、性能、外观、质地均与天然木材极为接近。因此亦称“合成木材”。且防水、放火、防蛀、隔音等性能明显优于天然木材。

PVC微发泡材料的发展概况及应用前景：

法国、奥地利、意大利于70年代先后开发成功硬质PVC微发泡技术。日本、韩国、我国台湾地区也于80年代开始推广这种技术。微发泡产品在国际上应用及其普及主要应用于车、船、飞机、建筑物的内部装饰及上下水管道等。

为加速PVC化学建材的推广应用，国家专门成立了优由建设部、化工局、建材局等组成的“化学建材协调小组”，负责化学建材的研制、开发和推广应用的协调领导工作。目前国家将化学建材分为三大类：一是钢塑门窗，二是各种塑料材料，三是室内装饰及多种防火材料，其中室内装饰主要是PVC发泡材料，其应用前景极为广阔。

市场分析：

我国人口众多，森林资源相对贫乏，所以以塑代木是生产发展的必然趋势。我国装饰行业年产值已突破1000亿大关，并以每年3%的速度增长。2000年已达2000亿元，合成木材占1个百分点，就是20亿元。以微发泡材料代替木材，每年单在建筑领域旧棵节约木材130万立方米。如果把家具包括进去，每年可节约木材200多万立方米。经济和社会效益及其可观。

硬质PVC微发泡材料的成型工艺特点：

发泡是挤出制晶工艺中的关键。发泡与PVC容体的粘度、渗透度有关。自由发泡的特点是物料从机关挤出后自己膨胀，制品密度较小（0.42～0.55g/cm之间），制品表面亚光，硬度较小，大多用作装饰材料；另外是结皮发泡，其特点是物料自机关口模挤出后，外表面立即预冷，抑制表面小孔形成，同时进行定型处理，防止截面增加，使其表面形成一层厚度为0.5-0.8g/cm，硬度大，可做家具、地板、踢脚板的材料

3，3产品规格：

1.22*2.44m（任意长度）

产品厚度：

自由发泡1-20mm，结皮发泡5-20mm 产品特点：

1.防水、阻燃、耐酸碱、防蛀、质轻、保温、隔音、减震的特性

2.和木材同等加工，且加工性能远远优于木材

3.是木材、铝材、复合板材的理想替代品

4.结皮板表面非常光滑,硬度高,不容易有划痕,常用于制作橱柜,家具等

产品用途：

广泛应用于客车、火车车厢顶棚、箱体芯层、内部装潢用板、建筑物外墙板、内装饰用板、办公室、住宅、公共场所建筑物隔间，商用装饰架、无尘室用板、吊顶板、网板印刷、电脑刻字、广告标示、展板、标志用板 相册板 等行业及化工防腐工程、热成型件、冷库用板、特殊保冷工程、环保用板模、运动器材、养殖用材、海滨防潮设施、耐水材料、美工材料及各种轻便隔板代替玻璃天棚等。

制作工艺：

按制作工艺PVC发泡板可分为PVC结皮发泡板和PVC自由发泡板

PVC结皮发泡板表面硬度非常高,很难产生划痕,广泛应用于橱柜,装饰,建筑等

PVC自由发泡板表面硬度一般,广泛应用于广告展板,裱画板,丝印,雕刻等

产品特性、加工性能：

●PVC发泡板材，具有隔音、吸音、隔热、保温等性能。

●PVC发泡板板质具有阻燃性，能自熄不虞火灾，可以安全使用。

●PVC发泡板各系列产品都有防潮、防霉、不吸水的性能，而且防震效果好。

●PVC发泡板各系列产品经耐候配方制成后，其色泽可长久不变，不易老化。

●PVC发泡板质地轻，储运、施工方便。

●PVC发泡板使用一般木材加工工具即可施工。

●PVC发泡板可像木材一样进行钻、锯、钉、刨、粘等加工。

●PVC发泡板可适用于热成型，加热弯曲及折叠加工。

●PVC发泡板可根据一般焊接程序焊接，亦可与其它PVC材料粘接。

●PVC发泡板其表面光滑，亦印刷。

性能指标：

检测项目

单位

检测结果

检测项目

单位

检测结果

表观密度

G／cm³

0.5-0.8

断裂伸长率

％

15-20 拉伸强度

Mpa

12-20

邵氏硬度

D型

45-50 弯曲强度

Mpa

12-18

吸水性

％

≥1.5 弯曲弹性强度Mpa

Mpa800-900

维卡软化点

℃

73-76 冲击强度

KJ／m²

8-15

阻燃性

离火自熄小于5秒

生产流程：

采购原料→配料→混合→挤出→定型冷却→切割→半成品→清理→仓库

生产原料：

PVC700（PVC800），稳定剂，HL530，ZB60，175，活性轻质碳酸钙，AC发泡剂，钛白粉，增白剂，大豆油，PE蜡，316，磨粉料等（注：不同操作人员及制品规格，配方原料种类及含量有所变化）。

生产成本：

按目前制品厂家的生产配方，配方价格可比纯PVC700或PVC800的价格低300～500元/吨，加上每吨制品所需的生产费用约为400～600元/吨。目前，每吨制品纯利润可达800～1500元/吨。

生产能力：

按我司80/156挤出机，在生产不同厚度的制品时，产量可达260～350㎏/H。

投资规模：

按目前市场，生产厂家在前期规划时一按三条半结皮生产线和一条自发泡生产线以上的数量配套，以半结皮板为主打产品，自由发泡板为配套产品。除生产车间及配套设施外，第一条生产线（包括设备及流动资金），约需准备300万元以上，此后，每增加一条线，约需增加200万元。但根据不同厂家资金回拢周期的不同，以上数据会有所变化。

发泡餐具的是是非非 第6篇

对于一次性发泡餐具，大家首先想到的也许就是“不环保”这个词汇。一次性发泡塑料餐具曾于1999年、2005年以及2011年三次被中国政府列入工艺落后或产品落后目录而遭淘汰。这使得一次性发泡餐具逐渐淡出了我们的视野。

但兜兜转转，一次性发泡餐具又即将“堂而皇之”地走入我们的生活——国家发展和改革委员会2013年3月28日表示，由于一次性发泡塑料餐具符合国家食品包装用具相关标准以及有利于节能等特点，决定将这种产品从产业结构指导目录淘汰类中删除，允许生产使用。由此，一次性PS发泡餐具被禁14年后又重获“新生”。

引自日本的生产技术

一次性发泡餐具的全称是聚苯乙烯发泡塑料餐具，简称发泡餐具。1987年，我国塑料包装行业从日本引进了首条PS（聚苯乙烯）发泡塑料餐盒生产线。由于这种产品具有物美价廉、性能优异、使用方便等特性，深受消费者的欢迎，消费量迅速增加。这也促使PS发泡塑料餐盒产业在我国的迅猛发展，截至上世纪90年代末，我国PS发泡塑料餐盒的产量已经达到了50亿只，并大量出口到美国、欧洲和南非等国家和地区。

但由于当时人们的环境意识还比较差，随意丢弃废物的现象随处可见，同时期我国垃圾回收管理也十分薄弱，加之PS发泡塑料餐盒用量在短时间内暴增，使得“白色污染”问题凸显出来。

中国塑料加工工业协会塑料技术协作委员会秘书长杨惠娣曾亲历了PS发泡塑料餐盒被禁的全过程。她说，PS发泡塑料餐具被禁的直接原因是其引发的环境视觉污染。她回忆说：“1986年开始，PS发泡塑料餐具在火车上大量使用，由于废弃的餐盒没有集中收集处理，被乘客随意丢出窗外，在铁道沿线形成两条可观的白色污染带，俗称‘小白龙’，给铁路沿线生态以及景观造成了严重破坏。于是铁道部于1995年5月起，全面禁止在铁路上使用PS发泡塑料餐具，取而代之的是可降解餐具。”

1999年初，原国家经贸委颁布了《淘汰落后生产能力、工艺和产品的目录》（第一批），将一次性PS发泡餐具作为落后产品列入目录，要求对其禁产、禁用，限期淘汰。人们将这一法规称为“6号令”，或更直白地称为“禁白令”。此后，在国家发改委发布的《产业结构调整指导目录》2005年版和2011年版中，一次性PS发泡餐具又两度被列入淘汰类产品。

拥堵葛洲坝发电机组事故致其灭顶

其实，一次性PS发泡餐具所以被禁的原因不止是它造成的“白色污染”。在国家经贸委《关于立即停止生产一次性发泡塑料餐具的紧急通知》中有这样的文字：一次性发泡塑料餐具在生产、使用、回收等各环节都存在严重问题。在生产过程中使用的发泡剂，有的会破坏大气臭氧层，有的存在严重安全隐患；在高温下使用不当，易产生对人体健康有害的物质；使用后随意丢弃，会造成严重的环境污染；入土掩埋很难降解，会造成对土壤和地下水的污染，且回收和处理难度很大。

而直接招致一次性PS发泡餐具灭顶之灾的则是葛洲坝发电机组事故。

1998年，长江发生特大洪水，整整77天，抗洪大军上阵护堤，使用了大量的PS发泡塑料餐具。人们用餐后，餐盒被直接丢弃到了长江水体中，许多餐盒沿着江水漂到了葛洲坝。据媒体报道，当时长江江面白色漂浮物最厚处达1.5米，甚至拥堵了葛洲坝发电机组。时任国务院总理的朱镕基在视察汛情时看见了这震惊的一幕。于是，当年9月22日，原国家环保总局与建设部、交通部、国家旅游局联合发文，禁止在铁路车站和旅客列车、长江及太湖等内河水域航运的客船和旅游船上使用发泡餐具。PS发泡塑料餐具命运因此发生了根本的改变。

其实它从未退出市场

但此后的多年里，禁令的执行情况并不理想，这主要缘于两方面的原因。一是一次性PS发泡塑料餐具与其他替代产品相比价格低廉、产品性能好，市场需求旺盛；二是由于PS发泡塑料餐具生产线是从日本和中国台湾引进的，大部分生产企业采取的是合资形式，鉴于一些生产企业处于合法的合资期内，有些地区为兼顾两项政策，出台了有条件继续生产的规定。

在福州浦上工业园附近，一位餐盒批发商表示，发泡餐盒便宜好用，一包400个仅售40元。而纸质加盖餐碗一包100个售价为18元。而在其推销的发泡餐盒底部赫然写着“降解餐盒”4个字。记者问：“这餐盒能降解吗？”批发商的回答耐人寻味，“降解的哪里会这么便宜？降解餐盒一个六七毛钱，太贵了没人买。”他还补充说道：“降解餐盒都是摆在面上应付检查的。”

据不完全统计，2012年中国使用的一次性餐具有200亿个，其中2/3是发泡餐具。业内人士估计，“目前，福建发泡餐具在市场的平均占有率达到60%-70%”。

解禁的五大理由

从2005年开始，中国环境科学学会绿色包装专业委员会、中国塑料加工工业协会以及国家发改委的一批专家、学者和相关负责人，对发泡餐具开展了长时间的调研工作，他们对抽查样品进行科学测试，组织人员到欧美、日本和台湾等地进行了实地考察、调研，之后提出了解禁的建议。

国家发改委在听取各方意见与科学论证的基础上，会同工信部、商务部、环保部、卫生部、国家质监总局等7个有关部委多次商谈和会签，最终在2013年发布了21号令，使发泡餐具正式回归了市场。

国家发改委对解禁一次性发泡塑料餐具，给出了以下5个理由：1.一次性发泡塑料餐具符合国家食品包装用具相关标准。对群众最关心的餐具毒性问题，已由中国疾病预防控制中心食品安全所按国家相关标准进行了检验，实验结果表明，一次性发泡塑料餐具符合《食品包装用聚苯乙烯树脂卫生标准》和《食品包装用聚苯乙烯成型品卫生标准》；2.使用后可以回收再利用。使用后的一次性发泡塑料餐具通过回收、处理、再利用，可以生产建材、涂料、文具等多种产品，实现资源的再利用；3.国际上许多国家和地区一直在使用。除中国大陆之外的绝大多数国家和地区，如美国、欧盟、日本等，一直在生产和使用一次性发泡塑料餐具，并且还在不断开发一次性发泡塑料餐具的新产品；4.可以节约石油资源。一次性发泡塑料餐具质量轻，耗材少，可以降低原料消耗，符合资源节约的方向；5.社会环境已经发生变化。随着经济社会进步，人们环保意识的提高，环境保护和城市卫生法规体系的不断健全，随手丢弃垃圾的行为已大幅减少，废弃物回收体系逐步建立，资源综合利用水平进一步提升，最初出台禁止一次性发泡塑料餐具使用的环境已发生很大变化，对“一次性发泡塑料餐具”条目进行调整的时机基本成熟。

发泡材料 第7篇

发泡水泥是通过发泡机的发泡系统将发泡剂用机械方式充分发泡, 并将泡沫与水泥浆均匀混合, 然后经过发泡机的泵送系统进行现浇施工或模具成型, 经自然养护所形成的一种含有大量封闭气孔的新型轻质保温防火材料。它属于气泡状绝热材料, 突出特点是在混凝土内部形成封闭的泡沫孔, 使混凝土轻质化和保温隔热化。宋旭辉[1]等对水泥-砂-石灰型的发泡水泥进行了试验研究, 虽然获得了导热系数很小的发泡水泥, 但存在抗压强度较低、干燥收缩率偏大的缺点。王永滋[2]研究了水泥-粉煤灰-石灰-石膏型发泡水泥, 得到的发泡水泥抗压强度较大, 但是吸水率很高。发泡水泥在实际应用中存在一些缺点:密度低的发泡水泥的抗压强度较小, 力学要求难以达到;硬化发泡水泥空隙多以及表面开裂, 导致吸收大量外来水分。

本文研究了掺入膨胀蛭石对泡沫水泥力学性能的影响;用粉煤灰替换部分水泥研究其对泡沫水泥性能的效果;在发泡料浆中加入不同憎水剂研究憎水剂对发泡水泥性能的影响。

1 实验部分

1.1 实验原料

水泥固化剂:PO42.5普通硅酸盐水泥, 武汉亚东水泥厂;发泡剂:十二烷基苯磺酸钠;膨胀蛭石, 规格60~80目, 密度281.6 kg/m3;憎水剂:硬脂酸钙, 石蜡乳液, 有机硅;稳泡剂:羟丙基甲基纤维素。

1.2 实验原料配比

试验中使用的发泡剂浓度为2.5×10-2g/m L。膨胀蛭石的掺量 (0%、1%、3%、5%、7%) 梯度增加, 粉煤灰的掺量从0%、10%、20%、30%到40%;采用梯度增加的方式添加憎水剂, 硬脂酸钙和石蜡乳液的添加量从0%、1%、2%、3%到4%, 有机硅憎水剂从0%, 0.1%、0.2%、0.3%到0.4%。

1.3 样品制备及养护

根据设计配比制备发泡水泥样品, 先将水泥和水加入水泥胶砂搅拌机进行搅拌, 再将膨胀蛭石倒入搅拌机内均匀搅拌, 然后将发泡剂用水稀释后, 使用空气压缩机压缩空气使其形成泡沫后加入混合物料中, 达到规定体积后, 将发泡混合料装入40 mm×40 mm×160 mm三联模具中, 常温条件下养护3 d, 脱模后放在水泥养护室自然养护到28 d, 然后进行各项性能测试。

1.4 性能测试

1.4.1 抗压强度

检查外观后测量试件尺寸, 计算试件的受压面积A (精确至1 mm) , 将试件放置在压力试验机底板的中心位置, 开动试验机, 以3 m/min的速度连续均匀加荷直至试件破坏, 记录破坏荷载P, 抗压强度R按下列公式进行计算:

式中R—试件抗压强度, MPa;

P—试件破坏荷载, N;

A—试件受压面积, mm2。

1.4.2 吸水率

取部分样品, 分别称量其在烘干后和吸水饱和后的质量, 吸水率计算公式如下:

式中WR—质量吸水率, %;

M0—发泡水泥烘干后的质量, g;

Mg—发泡水泥吸水饱和后质量, g。

1.4.3 导热系数

导热系数是反映材料的导热性能的重要参数之一, 它等于相距单位长度的两平面的温度相差为一个单位时, 在单位时间内通过单位面积所传递的热量, 单位是W/ (m·K) 。热传导定律:

式中—传热速率, J/s;

λ—导热系数, W/ (m·K) ;

ΔS—传热面积, m;

θ—温度, K。

本实验采用稳态法 (加热和散热达到平衡状态, 通过控制热源传热在样品内部形成稳定的温度分布, 而进行的测量) 测发泡水泥的导热系数。

2 结果与讨论

2.1 膨胀蛭石对保温材料性能的影响

生蛭石片经过高温焙烧后, 其体积能迅速膨胀数倍至数十倍, 体积膨胀后的蛭石即定义为膨胀蛭石。膨胀蛭石是一种轻质多孔材料, 实验室所用的膨胀蛭石规格是60~80目, 密度是281.6 kg/m3, 远远小于水泥灰1129.1 kg/m3。其堆积密度通常为80 kg/m3~300 kg/m3, 导热系数为0.046 W/ (m·K) ~0.069 W/ (m·K) , 膨胀蛭石具有保温、隔热、吸音等特性[3]。

如图1所示, 随着膨胀蛭石掺量从0%~7%的增加, 保温材料的导热系数明显有较大的降低, 从0.12 W/ (m·K) 降低到0.07 W/ (m·K) , 表明了膨胀蛭石能够提高发泡水泥隔热性能, 但当添加量到7%以上时, 导热系数基本平稳, 随膨胀蛭石的增加并没有明显变化。

如图2, 随着膨胀蛭石掺量从0%~7%的增加, 保温材料的抗压强度显著降低。当膨胀蛭石掺量增加到7%时抗压强度下降到0.19 MPa, 主要是因为膨胀蛭石强度不大, 随着膨胀蛭石含量的增加, 水泥含量下降, 水泥的胶合作用逐步降低。

如图3所示, 随着膨胀蛭石掺量从0%~7%的增加, 保温材料的吸水率随着膨胀蛭石含量增大而急剧增加, 吸水率增至135%, 膨胀蛭石本身由膨化材料组成, 且具有吸水特性。

2.2 粉煤灰对保温材料性能影响

如图4所示, 随着粉煤灰部分替代水泥, 随着粉煤灰掺量的增加, 保温材料的吸水率逐步下降, 主要是因为粉煤灰是以玻璃体颗粒形态存在, 其表面光滑, 粒度较细, 质地致密, 内比表面积小, 对水的吸附力小;如图5表明, 随着粉煤灰掺量的增加, 保温材料的导热系数明显增加;如图6表明, 随着粉煤灰掺量的增加, 保温材料的抗压强度随之增加, 粉煤灰可改善发泡水泥的和易性, 抑制发泡水泥的泌水, 提高其后期强度;粉煤灰延缓了水泥水化速度, 对防止保温板产生温度裂缝十分有利, 适量添加粉煤灰可抵消添加膨胀蛭石带来的负面影响, 为保持较好的导热系数, 粉煤灰的最佳添加量为10%最为合适。

2.3 憎水剂对保温材料吸水率的影响

图7为随硬脂酸钙和石蜡乳液憎水剂掺量的增加, 发泡水泥吸水率的变化曲线。随着硬脂酸钙憎水剂掺量增大, 吸水率缓慢降低。硬脂酸钙有极强的憎水特性, 其掺加到发泡水泥中, 一方面使水分在发泡水泥表面以超疏水状态存在, 具有较强的防水效果;另一方面使泡沫更稳定, 不易破裂, 从而有效避免发泡水泥的塌陷[4]。

石蜡乳液憎水剂表现出类似的规律。在石蜡乳液添加量较少时, 石蜡乳液的憎水效果明显比硬脂酸钙好, 但憎水剂掺量增加到4%时, 石蜡乳液与硬脂酸钙两种憎水剂的憎水效果无明显差别。石蜡乳液防水剂是石蜡的加工优化产品, 它以石蜡为防水载体, 配以乳化剂、稳定剂等化合而成, 产品稳定性好, 可以任意比例稀释, 制作成本低, 等量替代石蜡生产的产品不影响基材的其他性能, 且具有良好的防水效果。

图8反映了随着有机硅憎水剂掺量增加, 保温材料吸水率变化曲线。有机硅防水剂与硅酸盐材料之间能形成的疏水网状硅氧烷分子薄膜, 这种结构具有较低的表面张力, 其可以均匀分布在无机硅酸盐基材的孔隙表面, 且不堵塞毛细管孔道, 滴在硅酸盐基材上的水易形成小水珠, 无法渗透到无机硅酸盐基材内部, 从而实现防水[5]。随着有机硅憎水剂掺量增多, 保温材料吸水率先降低, 后升高;相比较硬脂酸钙和石蜡乳液两种憎水剂, 有机硅憎水剂的用量极少, 只有0.1%~0.4%, 有机硅憎水剂掺到发泡水泥, 其形成具有三维交联特性的疏水性网状硅氧烷分子薄膜和—Si-R基的非极性硅氧烷链, 薄膜均匀地分布在无机硅酸盐基材的孔隙表面, 且具有较低的表面张力, 非极性硅氧烷链憎水性极强, 这种结构空气可以轻易进入, 而水难以润湿、进入基材内部[6]。当有机硅憎水剂含量增加到0.3%时, 憎水效果具有明显提高。

3 结论

膨胀蛭石的加入明显降低了保温材料的导热性能, 随着膨胀蛭石的增加, 保温材料的导热系数降低, 掺量超过7%时, 保温材料的导热系数基本平稳;但膨胀蛭石的加入使保温材料吸水率升高, 抗压强度下降。

粉煤灰的加入明显了提高保温材料的抗压强度, 降低保温材料的吸水率, 但随着粉煤灰掺量的增加, 保温材料导热系数增加。

不同的憎水剂和掺量对发泡水泥防水效果的影响不同。憎水剂掺量越多, 防水效果越好。低浓度的有机硅憎水剂能显著降低吸水率, 防水效果很好, 但浓度过高时会造成消泡。硬脂酸钙憎水剂防水效果不如有机硅憎水剂明显, 石蜡乳液憎水剂的防水效果好于硬脂酸钙憎水剂次于有机硅憎水剂。

参考文献

[1]宋旭辉, 侯文虎, 杨树新等.利用沙漠细砂生产泡沫混凝土的研究[J].混凝土, 2007 (12) .

[2]王永滋.粉煤灰泡沫混凝土的生产与应用[J].福建建设科技.2001 (2) .

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[4]张磊蕾, 王武祥.改善泡沫混凝土吸水性能的研究[J].建筑技术及应用, 2011 (06) .

[5]吴楷.有机硅及其在防水材料中的应用[J].广西化工, 1996, 25 (01) .

[6]孙顺杰, 洪永顺, 张琳.建筑表面用有机硅防水剂的制备及性能研究[J].化学建材, 2008, 24 (3) .

发泡材料 第8篇

1 实验

1.1 原材料

建筑石膏,产自湖南望城,过80目筛,其主要成分为半水硫酸钙,符合GB/T 9776—2008《建筑石膏》要求;矿渣:市售矿渣粉,碱性系数1.34,粒径12.93μm;水泥:市售32.5级普通硅酸盐水泥;碱性激发剂:磨细生石灰,粒径45μm;缓凝剂:柠檬酸,市售;减水剂:SC-40型聚羧酸高效减水剂,固含量40%,减水率≥30%;发泡剂:JT复配水泥发泡剂;水:自来水。

1.2 制备工艺

石膏复合胶凝材料按m(建筑石膏):m(矿渣):m(普通硅酸盐水泥)=7:3:1配制,外掺适量碱性激发剂、缓凝剂、减水剂等(掺量以质量百分数计,下同)混合均匀,过80目筛;发泡剂与水按1:30配制发泡剂溶液,将溶液倒入泡沫发泡机制备泡沫,同时将粉料以水灰比0.4搅拌成均匀料浆,再根据所需密度加入适量体积的泡沫搅拌均匀,入模成型,在25℃条件下养护24 h,脱模,在自然条件下养护至规定龄期。

1.3 测试方法

将待测样品在45℃条件下烘干至恒重进行测试。复合胶凝材料强度和初、终凝时间分别按GB/T 17669.3—1999《建筑石膏力学性能测定》和GB/T 17669.4—1999《建筑石膏净浆物理性能测定》进行测试:石膏发泡材料密度、抗压强度、抗冻性能参照GB/T 11969-1997《加气混凝土实验方法总则》进行测试;分别测试试样的干抗压强度和饱水2 d (48 h)的湿抗压强度,计算软化系数;导热系数参照GB/T 10294—2008《绝热材料稳态热阻及有关特性的测定-防护热板法》进行测试。

取待测样品烘干至恒重,碾磨过100目(筛孔直径为125μm)筛,在Siemens公司D5000型X射线衍射仪(CuKa)下进行物相分析;用TG/DTA7300综合热分析仪研究样品热稳定性,测试条件:氮气保护,升温速度10℃/min,最高温度1000℃,采用Al2O3坩埚;截取断裂样品新鲜断面,用FEI QUAN-TA 200环境扫描电子显微镜(ESEM)观察样品的形貌和微观结构。

2 实验结果与分析

2.1 缓凝剂和碱性激发剂的最佳掺量

采用柠檬酸作缓凝剂,固定m (建筑石膏):m(矿渣):m (普通硅酸盐水泥)=7:3:1,减水剂掺量为0.2%、碱性激发剂掺量为2%,不同缓凝剂掺量对石膏复合胶凝材料性能的影响见表1。

从表1可知,随着缓凝剂掺量的增加,石膏复合胶凝材料的初终凝时间逐渐延长;28 d抗折、抗压强度先增后减,然后再增再减;当掺入0.05%缓凝剂时,综合性能较佳,此时的凝结时间便于发泡材料的成型和生产。

采用生石灰为碱性激发剂,固定m(建筑石膏):m (矿渣):m (普通硅酸盐水泥)=7:3:1,缓凝剂掺量为0.5%、减水剂掺量为0.2%,不同碱性激发剂掺量对石膏复合胶凝材料性能的影响见表2。

由表2可知,随着生石灰掺量的增加,石膏基复合胶凝材料的初、终时间逐渐缩短;28 d抗折、抗压强度先增后减,然后再增再减;当碱性激发剂质量分数掺量为2%时,综合性能较好。在碱性条件下,生石灰加入后,水化生成Ca(OH)2,产生了大量的—OH,使得矿渣具有更高水化能力,极性水分子跟—OH进入矿渣玻璃体结构中,并与结构中的Si4+、Al3+发生化学反应,生成絮状C-S-H凝胶和少量钙矾石(AFt);水化硬化体中,二水硫酸钙晶体与钙矾石构成基本网状骨架,残余矿渣填充在骨架间隙中,C-S-H将各组分连接在一起,构成胶体结构,使得材料强度得以提高[5,6]。当钙矾石含量较低时,材料强度不断提高;但随着石灰粉不断的增加,钙矾石越来越多,导致材料产生微膨胀、微裂纹,破坏了C-S-H凝胶的网络结构,强度不升反降。对比表1、表2可知:缓凝剂比碱性激发剂更能调节凝结时间,而碱性激发剂比缓凝剂更能提高材料强度;矿渣在碱性条件下,更能发挥其水化活性。

2.2 石膏基发泡保温材料的力学性能与导热系数

按m(建筑石膏):m (矿渣):m (普通硅酸盐水泥)=7:3:1,外掺0.05%缓凝剂、2%碱性激发剂、0.2%高效减水剂,以水灰比0.4搅拌成均匀料浆,加入适量体积的泡沫,制备出不同密度的石膏发泡材料。图1、图2分别为石膏发泡材料的抗折、抗压强度及导热系数与干表观密度的关系曲线。

由图1可知,随着石膏基发泡材料表观密度的增大,强度提高,当表观密度较大时,其内部泡孔较小,结构越致密,材料的强度越高。由图2可知,导热系数随着表观密度增大而增大,增大的趋势先急后缓。

当石膏基发泡保温材料密度为600 kg/m3左右时,其各项性能指标如表3所示。

由表3可知,当石膏基发泡材料的密度为600 kg/m3时,其各项性能均符合JC/T 1062—2007《泡沫混凝土砌块》规定的密度等级对应强度、抗冻性和导热系数的要求。即该石膏基发泡保温材料具有良好的保温和抗冻融性能。

2.3 石膏基复合胶凝材料相组成分析

当m (建筑石膏):m(矿渣):m(普通硅酸盐水泥)=7:3:1,外掺0.05%缓凝剂、2%碱性激发剂、0.2%高效减水剂时,石膏基复合胶凝材料的XRD图谱见图3,TG-DTA曲线见图4。

由图3可知,主要含二水硫酸钙(CaSO4·2H2O)相,且由于CaO的掺入,产生了碱性条件,促使矿渣水化,产生了微量的硬硅钙石[Ca6Si6O17 (OH)2]。此外AFtC-S-H凝胶的峰也比较明显,无水硫酸钙(CaSO4)的峰值较弱。即碱性条件下,矿渣的活性得到了激发。

Antonio A等[7]认为,C-S-H的分解温度在30～220℃,AFt在700℃脱水成无水矿物;Fraire-Luna等[8]认为,AFt、C-S-H吸热峰为90℃。由图4可知:90℃左右的吸热峰为AFt分解所致。95～160℃的吸热峰主要为CaSO4·2H2O失水成CaSCO4·1/2H2O所形成,而390℃左右,质量损失相对缓和,这是由于AFt、C-S-H凝胶脱水所致,此时的放热峰极有可能为CaSO4Ⅲ转化为CaSO4Ⅱ形成。705℃吸热峰为C-S-H凝胶失水造成,850℃吸热峰可能是未水化矿渣结晶化所致。由于Ca(OH)2相[10]的脱水温度为450～580℃,但是在图4中并没有出现,这正好与XRD图相吻合。

由图4还可以看出,TG曲线产生了4个质量损失平台:在95～110℃,由于AFt分解形成了损失平台,且随着CaO掺量的增加,质量损失平台变得更加明显;在110～165℃损失平台则是由于CaSO4·2H2O脱水形成CaSO4·1/2H2O所致;在166～650℃时,损失平台可能是AFtC-S-H凝胶持续脱水形成,也可能与硬硅钙石[Ca6Si6O17(OH)2]有关;在700～810℃时,由于C-S-H凝胶大量脱水形成了损失平台。

2.4 石膏基复合胶凝材料微观形貌分析

当m(建筑石膏):m(矿渣):m(普通硅酸盐水泥)=7:3:1,外掺0.05%缓凝剂、2%碱性激发剂、0.2%高效减水剂时,石膏基复合胶凝材料的ESEM照片见图5。

由图5 (a)可知,二水硫酸钙(CaSO4·2H2O)晶体呈短柱状,水化硬化体断面结构相对致密;由图5(b)可知,大量的二水硫酸钙(CaSO4·2H2O)晶体在絮状硅酸钙(C-S-H)凝胶的包裹之下,与钙矾石(AFt)、硬硅钙石[Ca6Si6O17(OH)2]相互交织在一起,形成相对致密的网络骨架;未水化的矿渣与微量未水化无水硫酸钙(CaSO4)填充在网络结构的间隙中,使得硬化体更加致密、均匀。材料中很难发现有贯通孔和大孔,且二水硫酸钙(CaSO4·2H2O)晶体在硅酸钙(C-S-H)凝胶的包裹之下,减少了与水的接触,而CaO的加入也促进了矿渣的大量水化,以上条件使得石膏复合胶凝材料的结构更加致密,提高了材料的宏观物理性能。这与XRD相组成图谱相吻合。

3 结论

(1)石膏基复合胶凝材料中,缓凝剂的最佳掺量为0.05%,碱性激发剂的最佳掺量为2%。缓凝剂比碱性激发剂更能调节凝结时间,而碱性激发剂比缓凝剂更能改变石膏基复合胶凝材料强度。

(2)生石灰作为碱性激发剂,能很好地提高石膏基复合胶凝材料的强度,但掺入过量,会使材料产生微膨胀、微裂纹,使得强度不升反降。

(3)石膏基复合胶凝材料表观密度为600 kg/m3时,导热系数为0.122 W/(m·K),抗压强度达到3.9 MPa,15次冻融循环试验后的质量损失率为2.4%,强度损失率为14.5%,具有良好的物理力学性能和抗冻融性能,在保温、轻质等新型墙体材料方面有良好的应用前景。

(4)石膏基复合胶凝材料水化产物以二水硫酸钙(CaSO4·2H2O)晶体为主,硅酸钙(C-S-H)凝胶次之,还含有少量钙矾石(AFt)、硬硅钙石[Ca6Si6O17(OH)2]以及极少量的未水化无水硫酸钙(CaSO4)。这些相互相交织在一起,形成了相对致密的网络骨架结构,使材料具有较好的宏观物理力学性能。

参考文献

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[2]陈燕,岳文海,董若兰.石膏建筑材料[M].2版.北京:中国建材工业出版社,2012:97-98.

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[5]石宗利,应俊,高章韵.添加剂对石膏基复合胶凝材料的作用[J].湖南大学学报:自然科学版,2010,37(7):56-60.

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[7]FRAIRE-LUNA P E.Composite system fluorgypsum-blaster furnace slag-metakaolin,strength and micro-structures[J].Cement and Concrete Research,2006,36(6):1048-1055.

聚烯烃材料复合发泡剂的制备及应用 第9篇

在聚合物材料化学发泡过程中,发泡剂的理化特性、物理形态都会对聚合物发泡材料的泡孔结构产生影响。常用的化学发泡剂一般为粉末状物质,因静电作用容易团聚,不易分散,而且本身颗粒尺寸较大(比如AC发泡剂的粒径通常在25~50μm),较大的颗粒尺寸和团聚会导致化学发泡剂在聚合物熔体内局部分解不完全,分散性差,从而导致气体在聚合物材料中扩散不均匀,进而影响泡孔尺寸和泡孔尺寸分布的不均匀性[1,2,3,4],对发泡制品的发泡质量和力学性能产生极大的影响。

硅藻土因具有微孔结构和较大的比表面积,常用来制备各种助滤剂和催化剂载体。选择直链型硅藻土作为载体,通过一定方式将化学发泡剂嵌入硅藻土的微孔结构中制备新型有机-无机复合发泡剂,实现发泡剂的超细化和均匀分散,以降低局部发泡剂的量,避免了发泡过程中的局部过热。同时硅藻土在聚合物材料中可以作为成核剂诱导气泡异相成核,为改善微孔发泡聚合物复合材料发泡质量提供了新的思路,具有重要的研究意义和广阔的应用前景。

本实验运用湿法研磨和溶液法将化学发泡剂加载到硅藻土的微孔中,通过浮选技术、TG以及EDS等表征方式,分析了发泡剂加载到硅藻土微孔中的影响因素,并通过注塑成型方式将优选的复合发泡剂添加到聚烯烃材料中制备微发泡聚烯烃复合材料,研究其对发泡质量的影响规律,为化学发泡法聚合物材料复合发泡剂的进一步研究提供思路。

1 实验

1.1 实验原料

POE(5061),美国埃克森美孚化工公司;硅藻土(CD01),嵊州市华力硅藻土制品有限公司;二甲基亚砜(DMSO),重庆川东化工有限公司;OBSH,江西峡江县恒通助剂有限公司;聚丙烯(PPT30S),中国石油独山子石化公司;聚丙烯接枝马来酸酐,宁波能之光新材料科技有限公司。

1.2 发泡样品制备

1.2.1 复合发泡剂母粒的制备

以POE为基体,将硅藻土/OBSH复合发泡剂、OBSH和POE按一定比例在转矩流变仪(XSS-300,上海科创橡塑机械设备有限公司)中熔融共混制备复合发泡剂母粒和OB-SH/POE发泡母粒,工艺参数为100℃、转速60r/min。

1.2.2 微发泡聚烯烃/硅藻土复合材料的制备

选用聚烯烃材料中典型聚丙烯(PP)为研究对象,将PP、复合发泡剂母粒和PP、OBSH发泡剂按照95∶5(质量比)混合均匀后加入注塑机(EM120-V,震德塑料机械有限公司)中,通过自制微孔发泡装置[5,6,7],采用释压发泡工艺制备不同母粒的微发泡PP/硅藻土复合材料,其注塑温度为170℃、175℃、180℃。

1.3 测试与表征

1.3.1 热重分析

称取8~10mg样品,采用Q50型热重分析仪(美国杜邦公司)对硅藻土、硅藻土/OBSH复合发泡剂在氮气保护气氛下进行热重测试,升温速率为10℃/min。

1.3.2 红外光谱(FT-IR)表征

采用NEXUS670型傅里叶红外分光光度计(美国THERMO NICOLET公司)表征发泡剂OBSH、载体硅藻土以及硅藻土/OBSH复合发泡剂的官能团。测试条件为:分辨率4cm-1,扫描范围4000~400cm-1,掺KBr压片。

1.3.3 能谱分析(EDS)

采用美国FEI公司FEI Quanta 250型能谱分析仪(美国FEI公司)对复合发泡剂及硅藻土所含元素进行分析表征。

1.3.4 微观结构表征

采用KYKY-2800B型扫描电镜(北京中科仪器有限公司)观察发泡材料的泡孔结构。将发泡样品在液氮中冷却3h后脆断,对断面进行喷金处理后观察其泡孔结构,并获得相应的SEM照片,发泡样品的泡孔结构参数根据所得SEM照片进行统计。采用FEI Quanta 250型场发射扫描电子显微镜(美国FEI公司)观察硅藻土的微观结构。

2 结果与讨论

2.1 复合发泡剂制备方法探索

选用直链型硅藻土作为载体,其微观结构如图1所示。硅藻土的化学成分主要是非晶态的二氧化硅,是一种含水的无定形胶态SiO2,可表示为SiO2·nH2O。中空的硅藻体长度一般为20~40μm,直径在10~15μm左右,圆柱形硅藻体壁上分布着大小均匀、排列整齐的微孔,孔径在0.1μm左右,有20~30列[8,9]。由于此硅藻土富含多孔结构,具有较大的比表面积和较强的吸附能力,而且价格便宜,非常适合作为载体来负载发泡剂制备新型复合发泡剂。

2.1.1 湿法研磨及其负载效果分析

采用行星式球磨机以湿法研磨的方式制备硅藻土/OB-SH复合发泡剂,配比为m(硅藻土)∶m(OBSH)=1∶1。制备过程为:各称取100g硅藻土和发泡剂OBSH放入烧杯中,加入适量无水乙醇,搅拌均匀后加入球磨罐进行湿法研磨。球磨条件为:600r/min,1h。通过浮选液进行浮选,去除硅藻土表面及多余的发泡剂,其微观结构如图2所示。

图2是复合发泡剂的SEM照片。从图2中可知,硅藻土的多孔结构破坏严重,几乎没有发现完整的圆柱状硅藻体。通过图2(a)和(b)对比可知,经浮选和未经浮选的样品其多孔结构均绝大部分被破坏,因此浮选液并没有腐蚀硅藻土,而是硅藻土的强度较低,球磨造成了硅藻土多孔结构的破碎。为了进一步验证发泡剂是否负载到硅藻土的微孔中,通过扫描电镜进一步放大,找到为数不多具有多孔结构的硅藻土,并对微孔中的物质进行能谱分析(如图3所示)。

图3(a)是硅藻土/OBSH复合发泡剂的微观结构。从图3(a)中可知,大块状带微孔结构白色物是硅藻土,各个微孔中都含有物质,估计是发泡剂OBSH,即图中圆圈位置,将圈中物质进行能谱分析,其结果如图3(b)所示。从图3(b)可知,微孔内含有的元素种类为C、O、Si、Al、Fe,硅藻土主要成分为二氧化硅,所以含有Si和O元素,C、Al和Fe元素来源于硅藻土中杂质,发泡剂OBSH的分子式为C12H14N4O5S2,含有C、H、N、O、S等元素,微孔内未发现H、N、S元素。说明经湿法研磨方式制备的OBSH/硅藻土复合发泡剂中,其硅藻体壁上的微孔内没有负载发泡剂OBSH。

综上所述,由于发泡剂OBSH的粒径太大和硅藻土强度较低,造成负载效果并不理想,湿法研磨法不适合制备复合发泡剂。

2.1.2 溶液法及其负载效果分析

发泡剂OBSH易溶于二甲基亚砜,因此选取OBSH作为发泡剂。为了提高负载量,将OBSH与硅藻土质量比设为2∶1。制备过程为:称取100g OBSH溶于200 mL热的DMSO(二甲基亚砜)中,称取硅藻土50g加入OBSH溶液中,然后在40℃油浴中浸渍搅拌12h,并抽真空,真空度0.085MPa。用去离子水洗涤3次,抽滤后,在真空干燥箱中于60℃下烘干,分别将硅藻土、发泡剂OBSH和硅藻土/OBSH复合发泡剂进行红外分析,如图4所示。

图4是发泡剂OBSH、硅藻土及复合发泡剂的FT-IR谱图。从图4(a)中可知,3383cm-1是-NH2的非对称伸缩振动峰,3258cm-1是-NH2的对称伸缩振动峰,1582cm-1是-NH2的面内弯曲振动,1482cm-1是N-H的面内弯曲振动,这些都是发泡剂OBSH的特征吸收峰[10,11]。图4(b)为硅藻土的红外光谱图,3435cm-1是-OH的非对称伸缩振动,1645cm-1是水中H-O-H的弯曲振动,1066cm-1是Si-O的非对称伸缩振动峰,789cm-1和474cm-1是Si-O键的对称伸缩振动。图4(c)是OBSH/硅藻土复合发泡剂的红外光谱图。从图4(c)中可以发现-NH2和N-H的面内弯曲振动,-NH2的对称和非对称伸缩振动峰,这些OBSH特征吸收峰的存在,同时也看到Si-O的对称和非对称伸缩振动峰,说明硅藻土成功地负载了发泡剂OBSH。

图5(a)为没有加载OBSH发泡剂的硅藻土微观结构。从图5(a)中可以明显看出,完整的圆柱状硅藻土微孔中存在其他物质,通过对孔中物质进行能谱分析,获得图5(c)的EDS谱图。从图5(c)中可知,硅藻土中含有Ca、O、Si、Al、Fe等元素。图5(b)为硅藻土/OBSH复合发泡剂的微观结构,明显看出硅藻土微孔含有物质存在(圆圈中所示),对圆圈位置进行能谱分析,其结果如图5(d)所示。从图5(a)可知,复合发泡剂中含有Si、O、C、N、S、K、Al、Fe等元素,发泡剂OB-SH的分子式为C12H14N4O5S2,因此通过对比图5(c)可知,复合发泡剂中增加了N和S元素,而硅藻土中没有,这说明OBSH已成功地负载到硅藻土微孔中。

图6是硅藻土和硅藻土/OBSH复合发泡剂的TG曲线。从图6中可知,硅藻土/OBSH复合发泡剂在600℃前有3个失重台阶,在40~120℃之间为一阶失重,其失重率为1.068%,是水分和溶剂二甲基亚砜的失重;120~230℃之间为二阶失重,失重率为9.805%,主要是发泡剂OBSH的热分解,纯硅藻土在此阶段的失重率为1.406%,这一阶段因OBSH热分解产生的失重率仅为8.399%;230~600℃为三阶失重,失重率为19.50%,判断为此时发生了有机物的氧化反应。3个阶段均存在硅藻土中有机杂质及水分的失重,而纯硅藻土在120~600℃之间的失重率为7.348%,所以在120~600℃之间因OBSH造成的总失重率为21.957%,说明硅藻土较好地负载了发泡剂OBSH,且负载量高。OBSH热分解产生的失重率仅为8.399%,这是由发泡剂OBSH的产气量较低造成的,同时这一阶段对微孔发泡至关重要。

2.2 OBSH/硅藻土复合发泡剂在聚丙烯材料中的发泡分析

为了探究复合发泡剂的发泡性能,以聚丙烯材料作为基体材料,分别加入1%(质量分数)的OBSH发泡剂和硅藻土/OBSH复合发泡剂,以注塑成型方式制备发泡聚丙烯复合材料,其泡孔结构如图7所示。

从图7(a)可知,纯OBSH作为发泡剂时,发泡材料的泡孔数量很少,泡孔尺寸较大,泡孔尺寸也不均匀。图7(b)是OBSH/硅藻土作发泡剂时发泡PP的泡孔结构,与图7(a)对比可以看出,泡孔数量明显增加,泡孔尺寸大幅减小。这说明发泡剂OBSH负载到硅藻土微孔中以后,在基体材料中增加了发泡剂的均匀性,使发泡质量得到了改善。表1是发泡PP的泡孔结构参数。从表1中可知,纯OBSH作为发泡剂时发泡材料的泡孔直径为275.47μm,泡孔密度为3.32×103个/cm3,而采用复合发泡剂制备的发泡材料的泡孔直径为176.45μm,泡孔密度为5.73×104个/cm3,以硅藻土作为载体负载发泡剂OBSH后制备的发泡材料的泡孔直径减小了36%左右,泡孔密度增加了近17倍,效果非常明显。其主要有两方面的原因:一是将OBSH溶于DMSO后,经硅藻土的负载,使得发泡剂在树脂基体中达到分子水平的分散;二是发泡剂粒径减小改变了分解活化行为,发泡剂粒径越小,比表面积越大,发泡剂与周围环境发生更多的相互作用,大大缩短了其分解诱导时间,提高了分解速率[12]。

3 结论

(1)湿法研磨不适于制备硅藻土/OBSH复合发泡剂,溶液法成功制备了硅藻土/OBSH复合发泡剂,使OBSH发泡剂实现分子水平的分散,负载效果较好,负载量高。

(2)将硅藻土/OBSH复合发泡剂应用于PP材料,其发泡材料的泡孔结构显著优于相同条件下使用纯OBSH发泡剂时的发泡质量,泡孔直径从275.47μm降低至176.45μm,泡孔密度从3.32×103个/cm3增加至5.73×104个/cm3,说明减小发泡剂的粒径和分子水平的均匀分散可以显著降低泡孔尺寸,增加泡孔密度,改善发泡质量。

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发泡材料 第10篇

木塑复合材料(Wood plastic composites,WPC)是以木粉、稻壳、秸秆等植物纤维为主要原料(通常含量超过50%),与聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)或聚氯乙烯(PVC)等树脂以及偶联剂等助剂复合后制成的一种新型复合材料,主要用于建材、家具、物流包装等行业[1]。近年来,WPC加工行业的发展取得了长足进步,一直保持较高的年增长率,其中增幅最大的是在房屋建材和室内装饰领域的应用,特别是户外地板,该产品在国际木塑复合材料市场应用中占主导地位[2]。作为复合材料领域的一个重要分支,WPC的相关研究受到国内研究人员的高度重视,具体包括以下几个方面:WPC的物理力学性能、木材与树脂的界面相容性、制备工艺过程影响因素及控制等[3-9]。值得注意的是,目前WPC的成型方式主要是挤压、模压和注射成型等,加工过程中使用的压力使该类产品的密度通常较大,为普通实木的2倍多,因此自重较大。另外,WPC组分中的亲水性木质纤维与疏水性高分子聚合物之间的界面相容性一般较低,导致材料的抗冲击强度和抗弯曲强度等力学性能常逊色于单纯塑料制品。

发泡木塑复合材料(Foamed wood plastic composite,FWPC)是将塑料母粒、木粉、填料、发泡剂和各种助剂按一定比例混合,于成型过程中在复合材料内部引入泡孔而制成[10]。发泡剂在木塑共混物相体系中形成的气体相可通过溶解气体的分离、挥发性气体的汽化或化学反应产生气体的释放等途径实现。FWPC内部良好的泡孔结构有助于钝化普通WPC中的裂纹尖端,阻止裂纹扩展,因而可以克服普通木塑复合材料脆性较大、抗冲击强度较小和材料伸长率较低的缺点。另外,由于FWPC中含有大量泡孔,材料内部空隙较大,制备时所用树脂量大大削减,相对节约了原料成本,也有效降低了材料的密度(约为未发泡木塑复合材料的50%,可达0.6~1.0g/cm3),材料的隔音、隔热和缓冲效果也随之提高。此外,因发泡材料自重较轻,便于运输、施工和安装,有望成为物流包装等行业所用木材及塑料的替代品。FWPC还是一种环保材料,原料来源广(回收的二次纤维和废旧塑料均可),制造成本低廉,其本身还可多次回收再利用,减少了塑料的使用量,降低了环境污染,也有益于保护森林资源。尽管目前国内一些包装材料制造商及研究单位在努力研发发泡型纯植物纤维缓冲包装材料[11-14],但相比较而言,FW-PC因集合了木材与塑料两者之长,因而仍在性能上更具优势,如强度更高、耐水性能更好、价格更低廉、应用范围更广泛等。

1 发泡木塑复合材料的研究现状

近10年来,FWPC的研究受到了相关研究人员的广泛关注。湖南工业大学的曾广胜等[15]对制备FWPC的基本原料及发泡方法进行了归纳,同时对发泡木塑复合材料的主要成型工艺及其影响因素进行阐述,并指出了FWPC研究的发展趋势。东北林业大学的肖生苓等[16]对FWPC材料的界面研究动态进行综述,在论述国内外FWPC研究进展的基础上,分析了该材料的发泡机理、工艺条件和改善木纤维/塑料界面相容性的方法,指出气泡成核阶段的泡体质量控制、发泡剂复配比例、工艺条件选择、界面相容改性等是高性能FWPC制备研究的关键。

总体上,国内现有的FWPC研究主要集中在以下几个方面,即FWPC制备的配方设计、发泡机理、发泡材料制备工艺过程控制、界面相容性改进以及专用设备的研发。相对而言,对不同聚烯烃基FWPC的研究显得较为充分和细致,本文主要对此进行归纳。

1.1 聚丙烯基发泡木塑复合材料

聚丙烯(PP)价格适中,力学性能优异,耐热温度相对较高。PP基发泡材料的发泡体系性能和发泡机理的相关研究比较深入[17],制备工艺已基本成熟。我国研究人员对聚丙烯基发泡木塑复合材料的研究较多,采用的木质材料包括木粉、农作物废料和竹粉等,下面列举了一些具有代表性的研究。

南京航空航天大学的谢博等[18]对注塑法得到的FWPC微孔结构及其增韧改性进行研究,采用自制的木塑粒料和发泡粒料(比例9∶1)在注塑成型机上进行成型,制备出具有不同微孔结构的PP/木纤维复合材料。对材料综合性能的测定结果表明:注射温度为180 ℃、保压压力为10 MPa时,所得发泡木塑复合材料的微孔平均孔径为53μm,微孔密度为2.8106个/cm3,微孔为“蜂窝”状形貌。与未发泡的木塑复合材料相比,密度降低22%,冲击韧性提高60%。材料中的微孔改变了裂纹扩展方向,形成“台阶”、“分叉”,从而增加了裂纹的扩展路径,同时可使周围基体变形时容易产生强迫高弹形变。

贵州大学的金翠霞等[19]对木纤维/PP复合微孔发泡材料制备工艺与材料性质之间的关系进行研究,采用化学发泡法,利用注塑成型制备得到孔径更小的木纤维/PP复合微孔发泡材料。该项研究结果表明,添加木纤维使复合材料的力学性能显著提高,且材料的冲击强度和弯曲强度高于未发泡材料,但后者的拉伸强度要高于木纤维/PP复合微孔发泡材料;复合微孔发泡材料的密度随木纤维掺量的增加而增大,但小于未发泡材料的密度,而且当木纤维掺量提高时,泡孔直径先减后增,木纤维掺量为5% 时,泡孔直径最小,为20.5μm。

陕西科技大学的葛正浩等[20]将制备FWPC的主要原料选定为秸秆粉和PP,通过调整偶氮二甲酰胺(AC)发泡剂与乙烯-醋酸乙烯高聚物(EVA)的比例、偶联剂的种类和含量、挤出工艺条件参数研究最佳发泡工艺。结果表明:AC发泡剂含量为4份时,所得发泡材料密度最小为0.95g/cm3,冲击强度最大为14.88kJ/m2;当EVA含量在12%时,材料的密度达到最小,为0.84g/cm3,冲击强度达到最大,为11.4kJ/m2;偶联剂(马来酸酐接枝聚丙烯,MAH-g-PP)为6 份时,发泡材料的冲击强度达到最大,为11.56kJ/m2;制备发泡母粒时,挤出机螺杆温度为150 ℃ 时,密度达到0.94g/cm3,冲击强度达到12.04kJ/m2。

福建农林大学的周吓星等[21]以竹粉和PP为原料采用注塑法制备了FWPC。实验以乙烯-1-辛烯共聚物(POE)和马来酸酐接枝POE(POE-g-MAH)作为复合材料的增韧剂。结果显示:添加POE和POE-g-MAH会略微降低材料拉伸强度和弯曲强度,但可明显提高材料的缺口冲击强度,二者最佳用量分别为15%和8%;采用8%POE-g-MAH增韧的复合材料的缺口冲击强度为8.55kJ/m2,提高了35.7%,可很好地应用于汽车内饰件。环境扫描电镜(ESEM)测定结果显示,增韧后的复合材料断裂形式转变为韧性断裂。动态频率扫描结果显示,POE对复合材料流变性能的影响较小,而POE-g-MAH增韧的复合材料的储能模量和复数黏度明显增大。

1.2 聚乙烯基发泡木塑复合材料

聚乙烯(PE)在发泡木塑复合材料的基体树脂中的应用最多[22]。PE的熔体指数(熔体质量流动速率)对发泡材料的发泡率和孔结构具有较大影响,因此通常选择熔体指数相对较低的PE作为发泡树脂的基体,以利于形成大量独立的闭孔结构。PE基发泡复合材料中的木质材料主要是木粉和废纸板。具有代表性的研究主要有下面几个。

四川大学的盛旭敏等[23]采用模压法对木粉/低密度聚乙烯发泡材料的性能进行研究,结果表明,放热发泡剂和复合发泡剂都能使所得材料的密度下降20%左右,发泡材料的冲击强度为发泡前体系的1.5倍左右,复合发泡剂的发泡效果优于单纯放热发泡剂的效果。沈阳沃而得复合材料有限公司的郑实等[24]也以木粉、PE树脂等为原料,进行了发泡木塑复合材料的制备研究,他们采用的是挤出成型法。结果表明:该复合材料的密度与原木十分接近;具有极佳的防水性能,含水率不超过2%;发泡复合材料的拉伸强度、弯曲强度、冲击强度、压缩强度、拔钉强度等力学性能均可满足产品性能需要。

北京化工大学的蔡建臣等[25]使用乙烯-乙酸乙烯酯(EVAC)作为改性剂,通过锥形双螺杆成型机制备PE基木塑微发泡复合材料。结果显示,该材料的拉伸强度、弯曲强度、冲击强度均随EVAC用量的增加而增大,EVAC可以提高PE/木粉界面之间的相容性,其最佳用量为木粉含量12.5%。华南理工大学的张婧婧等[26]采用超临界流体注入单螺杆挤出发泡系统,对细小泡孔结构木塑材料的制备及形态进行研究。结果表明:微孔木塑泡沫材料的平均泡孔直径小于50μm,泡孔密度大于106个/cm3;随着木纤维含量的增加,材料内的泡孔平均直径减小、泡孔密度减小、泡沫密度增加、体积膨胀率降低。

利用部分回收的废旧PE为树脂基体制造FWPC对节约资源、保护环境具有重要意义。我国科研工作者对再生木塑复合发泡材料进行了有意义的研究。河源职业技术学院的王凌云等[27]进行了废旧聚乙烯/木粉复合发泡材料的制备工艺研究,采用的原料为50% 高密度PE和50% 废旧PE。结果显示:适量发泡剂的加入可使复合材料的密度在原有基础上降低36.31%;材料的综合力学性能(冲击强度和拉伸强度)随发泡剂加入量的逐渐增加呈现先上升后下降的趋势。当木粉含量为30 份时,材料的冲击强度最好;当木粉含量为40 份时,材料的拉伸强度最好;随着木粉含量的增加,木塑复合发泡材料的密度逐渐增大。

废纸板中含大量植物纤维,是制备FWPC的良好原料。湖南工业大学的曾广胜等[28]对此进行相关研究,采用挤出发泡法制备出发泡废纸板纤维/低密度聚乙烯木塑复合材料。研究结果显示:随废纸板中纤维含量增加,材料的熔融指数(MFI)迅速下降;相容剂马来酸酐接枝聚乙烯(MAH-g-PE)增加了纤维填料与树脂基体之间的相互作用,复合材料的MFI随相容剂用量增加先降低后升高,转变点在相容剂用量为15%时;PE蜡对复合材料的综合润滑作用最明显,复合材料的MFI随PE蜡含量增加呈线性变化;AC发泡剂的加入降低了复合材料的MFI,含量超过5%将使复合材料产生明显的壁滑移;随MFI的增加,复合发泡材料的泡孔逐渐变大,当MFI为1.5时,泡孔大小适中且分布均匀。

1.3 聚氯乙烯基发泡木塑复合材料

尽管目前PVC基木塑复合材料的使用量较大、应用范围也较广[29],但就发泡木塑复合材料而言,相比PP基或PE基FWPC,PVC基FWPC的相关研究显得并不充分。2004年,北京化工大学的薛平等[30]对PVC/木粉复合材料挤出发泡成型涉及的相关问题进行了归纳,针对PVC/木粉复合材料挤出发泡的成型方法,从原料、配方、工艺、设备等方面做了详细分析。而针对PVC/木粉发泡复合材料的制备工艺及相关研究仍需继续深入。

2008年,辽宁大学的常怀春等[31]进行了微发泡PVC/木粉复合仿木材料的制备及工艺研究,目的是将木粉填充于PVC树脂中,通过微发泡技术制造出带有木纹的仿木材料。研究小组选用分子量不同的PVC树脂及木粉、稳定剂、发泡剂等,分别制成基料和着色料颗粒,由于两种物料在相同的加工条件下熔融塑化时的程度不同,因而熔体呈现出不规则的色差,从而形成由里及表的类似木材的纹理。研究结果显示,以AC/NaHCO3为复合发泡剂、丙烯酸酯共聚物(ACR)为改性剂、CaCO3为成核剂时,控制好挤出温度等工艺条件,就可以得到质量稳定的仿木材料。

2 发泡木塑复合材料研究的发展趋势

纵观目前FWPC研究现状,已取得不少有意义的阶段性成果,但面对现有的市场需求和更为广泛的应用范围,需要进一步加速FWPC技术应用的产业化步伐,为此,应继续对FWPC进行深入而广泛的研究。笔者认为,今后在以下几个方面,FWPC的研发将会受到更密切的关注和重视。

(1)拓宽FWPC制备的原料种类,特别是将重点放在生物质废料(含废旧木竹材、农作物废料和其他植物材料)的高附加值利用上,因为木塑复合材料的组成中,此部分原料的比例占多数。在保证材料性能的前提下,利用生物质废料和废旧塑料制备FWPC符合我国经济可持续发展的需要,也有助于减少森林采伐量,实现石化资源的回收再利用,对环境保护有利。我国是农业大国,每年产生的农作物废料数量相当可观,采用这种来源丰富的物料制备高附加值的发泡木塑复合材料具有广阔的前景,将产生良好的社会效益和经济效益[32]。另外,我国是竹材资源十分丰富的国家,竹材品种及产量均居世界第一位,以竹材为主要原料之一制备发泡木塑复合材料同样具有良好的应用前景。

(2)在现有研究基础上[33-37],继续对FWPC制备的配方进行改进设计,对发泡工艺参数条件的调控进行优化试验设计,并对高性能发泡剂及相应助剂进行深层次的研究和开发。这对发泡工艺过程的绿色化、低成本化和操作简单化具有实际意义,对保证最终FWPC产品的性能稳定也将起重要作用。

(3)对FWPC的发泡机理、性能研究及合理评价将更加充分和深入。尽管普通WPC制备时的影响因素和优化工艺参数已经渐渐明了,木材与塑料之间的界面相容性机理也有不少成果[38-41],但FWPC材料的多孔性结构使木质纤维与塑料之间的接触面减少,界面相容性问题更加重要,值得深入研究探讨。不同种类的木质材料制备出的FWPC在材料性能上会存在差异[42],而材料性质决定了其应用范围,因此,如何利用不同的木质原料制备出性能优异的产品,而且在降低制品密度的同时,提高FWPC的力学性能、耐候性、耐热性、耐水性、抗静电性、阻燃性、耐腐蚀性和电化学性能[43]等,需要进行更多研究工作。

(4)FWPC制备的专用设备开发将受到高度重视。木塑复合材料的成型与单纯的塑料制品成型存在差异,主要是蓬松的木粉与塑料母粒及各种助剂间的相互均匀混合及完美融合并不容易实现,成型过程中的高温条件又加速了木质材料的分解,分解产物对金属设备会产生腐蚀[44],而木质材料与高分子聚合物之间的界面相容性也是需要解决的问题。可借鉴计算机模拟技术与控制技术在其他材料制备时应用的经验,将其引入到FWPC的配方设计、工艺控制中,以实现FWPC制备工艺过程的智能化控制,最终提高生产效率和产品性能。

(5)FWPC的应用范围将得到进一步拓展。除了在建筑、室内外装饰装修、家具以及地板上的应用,FWPC还可取代现有木材和塑料制品用于物流包装等领域的缓冲材料、保温隔热材料和绝缘材料等。另外,在公园绿地等场所取代混凝土广场砖,在临时房屋中取代夹层发泡聚苯乙烯以及在旅游景点休闲座椅制作方面的应用也非常值得期待。

摘要：对我国发泡木塑复合材料的研究进展进行了概括和评述,指出了在我国进一步深入研究发泡木塑复合材料的重要性。重点介绍了聚丙烯基和聚乙烯基发泡木塑复合材料的研究现状;并展望了发泡木塑复合材料领域研究的发展趋势,认为应在发泡木塑材料的原料种类拓宽、制备工艺过程控制、相关发泡机理以及专用制造设备等方面进行更深入研究。

发泡玻化微珠保温砂浆性能试验研究 第11篇

关键词:玻化微珠 泡沫混凝土 节能 容重 导热系数

中图分类号:TU56文献标识码:A 文章编号:1007-3973(2010)06-077-03

1引言

随着建筑物向高层、大跨方向发展,建筑材料的自重也越来越受到人们的关注。同时保温性能也是建筑材料的发展方向之一。目前,我国应用于建筑节能的保温材料以骨料分主要有聚苯颗粒(EPS)、膨胀珍珠岩以及玻化微珠等轻骨料保温材料 。胶粉聚苯颗粒保温砂浆是以聚苯乙烯泡沫颗粒为轻骨料,保温隔热性能尚好,但聚苯乙烯泡沫颗粒强度低,防火性、抗老化性差 异的保温隔热性能以及防火、耐候、抗老化性等而受到墙体保温领域的高度关注 。

玻化微珠保温砂浆以玻化微珠为主要原料,表面熔融,气孔封闭,并呈不规则球状颗粒,内部多孔结构,表面玻化封闭,光泽平滑。与普通珍珠岩相比,玻化微珠具有吸水性小,强度高,工作性好等优点,但我国常用的玻化微珠大多难以制成空心状态, 表面玻化后容重通常较大 。

容重较轻的节能保温材料有泡沫混凝土,泡沫混凝土制品是以水泥为主要胶凝材料,添加粉煤灰、炉渣、砂等辅料和一定量的水、外加剂,拌和成泥浆,再与以发泡剂原液、水、气混合发泡而成的泡沫进行机械混合后,现场浇筑入模 。泡沫混凝土有大量封闭气泡,密度小、保温隔热性能好、耐火性强等优点,但存在以下不足 :强度低,易开裂,吸水率和存水率大,收缩率大 。

所以,从现阶段的生产和应用来看,研制高强节能的保温材料是外墙保温领域急需解决的问题。本文对玻化微珠与发泡技术相结合,研制出一种新的保温材料发泡玻化微珠保温砂浆。其中玻化微珠为主要原料,外加胶凝材料和助剂干混而成,除具有良好的保温隔热性能外,还具有优异的防火、耐候、抗老化性,以及和易性好、施工方便等特点 。目前对于发泡玻化微珠保温砂浆的研究尚处于起步阶段,本文仅对发泡玻化微珠保温砂浆的体积密度、抗压强度以及导热系数等性能进行了研究,以探索其变化规律。

2实验

2.1试验原料

2.1.1 原材料

(1)玻化微珠,它以带结晶水的酸性玻璃质火山岩(如珍珠岩、黑耀岩及松脂岩等)为原料,经粉碎、脱水(结晶水)、膨化、熔融玻化等工艺生产,颗粒呈不规则球状体,内部为多孔的空腔结构,表面玻化封闭,光泽平滑,其堆积密度为120kg /m 3;水泥,P O 42.5普通硅酸盐水泥;发泡剂,韩国植物蛋白发泡剂;纤维,长5mm;粉煤灰;双飞粉;107胶;硅灰;乳胶粉;早强剂;

2.2试验方法

(1)将玻化微珠、纤维、42.5R硅酸盐水泥、粉煤灰、双飞粉、107胶、硅灰和外加剂等,按一定比例称量、混合均匀,加入适量水,搅拌成有较好流动性的均匀混合浆体,加入适量的泡沫(事先备好),,搅拌,使泡沫均匀分散于浆体中,各种成分的比例见表1。

(2)将混合好的浆料倒入150mm€?50mm€?50mm钢模中,用刮刀抹平并将四角密实,于空气中静置1d后脱模,再在室温(约25℃)下对水中养护28d后的试样测定试样的体积密度,然后在强度试验机上测定其抗压强度。

(3)将养护7d后的试样再在105℃€?4h下烘干,测定干态时试样的导热系数。导热系数的测定是在YBF系列导热系数测定仪上进行的,试样尺寸为:直径131.637MM,高10.40MM。

2.3 试验结果

3分析与讨论

对于墙体保温材料,轻骨料的种类和其加入量对砂浆的施工性能与使用性能有着很大的影响。本试验研究了玻化微珠加入对发泡玻化微珠保温砂浆体积密度(干态)、抗压强度以及导热系数的关系。发泡玻化微珠保温砂浆是用物理机械方法将泡沫剂水溶液制备成泡沫,再将泡沫加入到由水泥、玻化微珠、掺合料、外加剂和水等制成的料浆中,经混合、浇筑而成。试验表明随着硅灰、粉煤灰、双飞粉、乳胶粉的加入,容重逐渐增大;试块的抗压强度逐渐提高和导热系数也随着容重的增加而逐渐增大,如图1、图2所示:

3.1发泡剂对发泡玻化微珠保温砂浆性能的影响

以往节能保温材料往往受到容重和导热系数相冲突的矛盾:容重太大,导热系数不能满足节能要求;导热系数达到要求,容重小,抗压、抗折强度太小,不能满足要求。现对保温砂浆进行发泡,解决了容重和导热系数的矛盾,在满足强度的情况下,可以适当增大保温砂浆的体积减小容重。发泡剂对保温砂浆的体积密度、抗压强度以及导热系数有较大的影响。随着发泡剂加入到水泥玻化微珠浆料中,它形成大量封闭的细小气泡,增大了浆料体积,从而试块的容重变小,导热系数降低。

3.2玻化微珠对发泡玻化微珠保温砂浆性能的影响

玻化微珠是发泡玻化微珠保温砂浆节能环保的主要来源。它是一种无机玻璃质矿物材料,呈不规则球状体颗粒,外表玻化封闭,内部多孔空腔结构,表面光泽,理化性能稳定,具有质轻、绝热、防、耐高低温、抗老化、吸水率小等特性,是一种环保型高性能新型无机轻质绝热材料。但是作为一种应用于墙体节能保温的材料,玻化微珠砂浆等容重大,导热系数达不到要求。玻化微珠本身优越的性能是发泡玻化微珠保温砂浆节能环保的重要基础。

3.3外加材料对发泡玻化微珠保温砂浆性能的影响

发泡玻化微珠保温砂浆强度的提高,除了主要的胶凝材料水泥外,硅灰的加入提高了保温砂浆的强度。部分水泥用粉煤灰代替,其强度有相应的提高。外加剂的加入对保温砂浆的抗压强度有一定影响,其中乳胶粉对保温砂浆的抗压强度的影响较大,而其它外加剂对保温砂浆抗压强度的影响较小,总的趋势都表现为随着外加剂加入量的增加,发泡玻化微珠保温砂浆的抗压强度上升。

4结论

发泡玻化微珠保温砂浆是保温节能领域的新技术,由于其优异的保温隔热性能以及防火、耐候、抗老化性等将受到墙体保温领域的高度关注。本文对发泡玻化微珠保温砂浆进行了试验研究,结果表明:

(1) 发泡玻化微珠保温砂浆能减小导热系数,提高抗压强度。其中发泡剂对保温砂浆的体积密度、导热系数以及抗压强度有较大的影响:容重变小,导热系数降低,抗压强度减小。

(2)部分粉煤灰代替水泥使保温砂浆强度有所提高。外加剂的加入对保温砂浆的抗压强度有一定影响,其中乳胶粉对保温砂浆的抗压强度的影响较大,而其它外加剂对保温砂浆抗压强度的影响较小,总的趋势都表现为随着外加剂加入量的增加,发泡玻化微珠保温砂浆的抗压强度上升。

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发泡材料 第12篇

将相变材料加入到无机材料(石膏[6,7,8]、水泥砂浆[9,10,11]、混凝土[12,13,14])中的研究很多,地聚物作为一种新型环保胶凝材料,近年来也被作为基体使用。Shadnia等[15]将微胶囊相变材料替代部分细骨料,加入到地聚物中,成功制得了满足要求的地聚物相变保温砂浆。刘海锋等[16]将微胶囊相变材料加入到发泡地聚物基体中,发明了多孔地聚物基相变储能材料的制备专利。目前,用于加入地聚物基体中的相变材料主要是微胶囊相变材料,但是由于微胶囊相变材料多为有机高分子材料,制备过程复杂且价格较高,与无机材料的相容性较差,所以本研究选取多孔材料载体,利用其吸附作用制得轻质细颗粒材料,加入到粉煤灰-矿渣地聚物发泡材料中,研究制备出一种地聚物发泡相变调湿材料,不仅能够充分利用粉煤灰、矿渣等固废,而且能够利用调温性和多孔性,达到实现建筑墙体调节室内温湿度的目的。

1 实验部分

1.1 原料

粉煤灰(电厂Ⅱ级灰,密度2.89g/cm3),陕西蒲城电厂;矿渣(龙钢矿渣,密度2.96g/cm3),西安德龙粉体工程材料有限公司,粉煤灰和矿渣的化学成分见表1。水玻璃(模数2.6,波美度50Be,固含量58.6%,Na2O含量12.8%),西安市户县兴盛泡花碱厂;氢氧化钠(分析纯,用来调节水玻璃的模数),天津天力化学试剂有限公司;发泡剂双氧水(27.5%优等品),陕西润泰化工科技有限公司;稳泡剂硬脂酸钙(化学纯),天津百世化工有限公司;萘系减水剂(减水率22%),陕西精诚建材有限责任公司;辅助发泡剂二氧化锰(分析纯),天津科密欧化学试剂有限公司;水为自来水;相变材料十八醇(分析纯,相变温度59℃),麦克林生化科技有限公司;硬脂酸(分析纯,相变温度54℃),麦克林生化科技有限公司;月桂酸(化学纯,相变温度44℃),国药集团化学试剂有限公司;膨胀珍珠岩(表观密度78kg/m3,孔隙率60%,1MPa压力的体积损失率76%,粒径1.18~2.36mm),信阳兴源珍珠岩保温材料厂。

1.2 地聚物发泡相变调湿材料的制备

1.2.1 三元低共熔醇酸相变材料制备

将十八醇,硬脂酸,月桂酸按1∶1.9∶5.4(mol,摩尔比)混合于密闭容器里,在80℃烘箱中加热至全部融化后,在80℃、2500r/min的恒温磁力搅拌器上搅拌6~8h,使3者充分混合均匀,冷却后即可得三元低共熔醇酸相变材料PCM。

1.2.2 多孔相变材料制备

首先将膨胀珍珠岩在80℃烘箱中干燥24h,然后将相变材料与膨胀珍珠岩按3∶2(wt,质量比)放入真空容器中。开启真空泵并设定真空度为0.09MPa,使内部形成真空,然后加热使相变材料融化(见图1),保持真空1h,之后打开通气阀,如此重复2~3次,冷却即可得到多孔相变材料PPCM。

1.2.3 地聚物发泡相变调湿材料的制备

按地聚物发泡相变调湿材料配合比(见表2),分别称取粉煤灰、矿渣、水玻璃、氢氧化钠、硬脂酸钙、减水剂、二氧化锰等原材料,然后加入搅拌锅中搅拌(慢搅120s,暂停15s,快搅120s),在搅拌至210s和245s时,按正交设计方案(见表3)所确定的水平,分别加入多孔相变材料和发泡剂,最后将搅拌均匀的净浆装入40mm×40mm×160mm模具中成型。在室温环境中静置24h之后,放入相对湿度90%的恒温恒湿箱中,根据表3确定的温度和时间水平进行养护,养护结束后拆模即可。

1.3 性能测试

1.3.1 抗压强度及表观密度测试

采用电液式压力试验机(TYA-2000型,无锡市路达公路有限公司)测试3d的抗压强度,按0.3~0.5KN/s的荷载速率进行。将3d龄期的样品以105℃烘干至恒重,测得表观密度。

1.3.2 调温性能测试

采用步冷曲线法对试样的调温性能进行测试,具体测试步骤如下:将热电偶的温度探头放置在直径为20mm,高为50mm的圆柱体试样的中心,将试样放入40±1℃水浴中,待试样温度升至35℃,且保持30min后开始降温,待试样温度降至15℃时停止降温。在温度变化过程中,热电偶每5s对试样的温度进行一次记录。然后绘出试样升温及降温过程中,试样温度T随时间t变化的曲线。

1.3.3 调湿性能测试

采用干燥器法对试样的调湿性能进行测试,依照《建筑材料及制品的湿热性能吸湿性能的测定》(GB/T 20312—2006/ISO 12571:2000)和《建筑材料及制品湿热性能含湿率的测定》(GB/T 20313—2006/ISO 12571:2000)的相关规定,测定试样体积平衡含湿量,绘制试样等温吸放湿曲线。

1.4 微观表征

采用差示扫描量热仪(DSC Q1000,美国TA公司)对试样的相变温度和相变潜热进行测试;采用扫描电镜(SU8010,日立高新技术公司)对试样的形貌进行观察。

2 结果与讨论

2.1 抗压强度与表观密度结果分析

抗压强度及表观密度测试结果见表4。

根据表4中数据由极差分析得知,影响试样抗压强度的因素顺序为B>A>C>D;而影响试样表观密度的因素顺序为A>B>D>C;为进一步反映主要因素对其性能影响的规律,将多孔相变材料掺量与发泡剂掺量分别对抗压强度和表观密度的影响绘制图2和图3。

从图2和图3中看出,地聚物发泡材料的抗压强度随着多孔相变材料掺量的增加而降低,表观密度随发泡剂用量的增加而降低。这主要因为多孔相变材料的强度很低,掺入后可近似看成在地聚物发泡材料中引入了空洞,导致地聚物发泡相变调湿材料的抗压强度下降。

2.2 热湿性能结果分析

根据热电偶记录数据,绘制试样的升温及降温过程试样温度随时间T-t变化曲线(见图4)。

[(a)升温过程T-t变化曲线;(b)降温过程T-t变化曲线]

从图4可知,试样的温度随着升温时间的增加而升高,随着降温时间的增加而降低;在升温过程中,当温度在30.1℃左右时,各试样都呈现出随时间变化而温度变化不大的现象[见图4(a)],同样在降温过程中,此种现象出现在29.8℃左右[见图4(b)]。将试样随时间变化而温度微小波动现象持续的时间作为调温性能的衡量指标,可见3号试样在升温和降温过程中,平台持续时间相对较长(升温过程持续时间225s,降温过程持续时间245s),而且温度变化相对较慢,调温性能最好。

根据恒温25℃不同相对湿度条件下测得的试样体积平衡含湿量数据,绘制试样等温吸放湿曲线(见图5)。

从图5可知,在等温吸湿过程[见图5(a)]和等温放湿过程[见图5(b)]中,随着环境相对湿度的增加,试样的平衡含湿量逐渐增大;在同一相对湿度下,不同试样的平衡含湿量不同,说明试样都具有不同程度的调湿能力。将体积平衡含湿量作为评价试样调湿性能的指标,可见在相对湿度为52.89%时,3号试样吸湿和放湿过程中,体积平衡含湿量最大(吸湿过程为0.046g/cm3,放湿过程为0.057g/cm3),调湿性能最好。

[(a)等温吸湿曲线;(b)等温放湿曲线]

2.3 综合性能结果分析

为了获得抗压强度高,表观密度低,热湿性能好的地聚物发泡相变调湿材料,本研究引入功效系数法对试样的综合性能进行优选。将每个考核指标中,效果最好的指标值的功效系数规定为1,其余指标值的功效系数为该指标值与效果最好的指标值的比值。总功效系数d为n个考核指标功效系数之积的n次方根,用来表示n个考核指标总效果的优劣。

本研究中抗压强度的功效系数d1为试样抗压强度与所测数据中最大值的比值,表观密度的功效系数d2为所测数据中最小值与试样表观密度比值,调温性能的功效系数d3为试样平台持续时间与所测数据中最大值的比值,调湿性能的功效系数d4为试样平衡含湿量与所测数据中最大值的比值。总功效系数为4个功效系数之积开4次方(见表5),作为试样综合性能的评价指标。

由表5可知,3号试样总功效系数最大,综合性能最好。即当发泡剂用量1.5%(wt,质量分数,下同),多孔相变材料掺量15%,养护温度80℃,养护时间24h时,所制得的地聚物发泡相变调湿材料的物理性能(抗压强度为4.93MPa,表观密度为668.01kg/m3)和热湿性能(平台持续时间为235s,体积平衡含湿量为0.052g/cm3)的综合效果最好。将3号试样作为研究对象,对其相变温度及潜热及微观形貌进行研究。

2.4 微观表征

2.4.1 差示扫描量热分析

为了更好的反映多孔相变材料的掺入对地聚物发泡材料调温性能的作用,采用DSC对多孔相变材料、地聚物发泡相变调湿材料(3号试样)进行测试(见图6)。

从图6(a)可以看出,多孔相变材料在升温和降温过程中,开始相变温度分别为29.39℃和28.68℃,相变潜热分别为99.62J/g和89.96J/g,符合建筑用相变材料的温度范围。从图6(b)可以看出,地聚物发泡相变调湿材料的升降温过程中,相变初始温度分别为27.88℃和28.33℃,相变潜热分别为14.79J/g和13.31J/g,与多孔相变材料的相变温度范围几乎一致,而且,多孔相变材料的掺入有效提高了地聚物发泡材料的调温性能。

[(a)多孔相变材料;(b)地聚物发泡相变调湿材料]

2.4.2 扫描电镜分析

为了更好的说明多孔相变材料的掺入对所形成的地聚物发泡材料形貌和调湿性能的影响,采用SEM对地聚物发泡材料(未掺多孔相变材料)、地聚物发泡相变调湿材料(3号试样)进行测试(见图7)。

[(a)地聚物发泡材料;(b)地聚物发泡材料;(c)地聚物发泡相变调湿材料;(d)地聚物发泡相变调湿材料]

从图7(a)看出,地聚物发泡材料有分布均匀的圆球形孔,孔径范围约在0.1~0.25mm之间,由图7(b)可知,地聚物发泡材料中部分孔被未反应的粉煤灰颗粒占据,由于地聚物发泡材料的多孔性使其具有一定的调湿性能。从图7(c)看出,地聚物发泡相变调湿材料也有大量的圆球形孔,孔径范围约在0.05~0.25mm之间,多孔相变材料掺入占据地聚物发泡材料的孔间位置,并且多孔相变材料有大量的孔隙,使得地聚物发泡相变调湿材料的孔隙结构更丰富,由图7(d)可知,多孔相变材料的孔壁很薄,有很强的薄壁吸附作用。在地聚物发泡材料多孔性和多孔相变材料薄壁吸附的共同作用下,使地聚物发泡相变调湿材料的调湿性能优于未掺多孔相变材料的地聚物发泡材料。

3 结论

(1)将多孔相变材料掺入地聚物发泡材料中,能够制得抗压强度高且表观密度较小的地聚物发泡相变调湿材料。通过功效系数法分析地聚物发泡相变调湿材料的性能,得到当发泡剂用量1.5%,多孔相变材料掺量15%,养护温度80℃,养护时间24h时,所制得的地聚物发泡相变调湿材料的物理性能和热湿性能的综合效果最好。

(2)DSC测试结果表明,多孔相变材料的掺入能够有效改善地聚物发泡材料的调温性能。优选得到的地聚物发泡相变调湿材料的升温过程相变初始温度为27.88℃,相变潜热为14.79J/g,降温过程相变初始温度为28.33℃,相变潜热为13.31J/g。