CN103261292B - 多孔泡沫体添加剂 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于促进用于气泡和成核部位的低表面能区域、产生具有一致的多孔结构的更坚固、重量更轻的泡沫体的高度专用化的三维结构动力混合粒子。所述泡沫体组合物包括在泡沫体膨胀过程期间随着泡沫体构成流体移动而继续保持活性的粒子。所述继续混合通过在泡沫体膨胀期间反应性和非反应性添加剂在整个聚合物内的较好分散来促进发泡剂的更好分散以及增加活动性，由此改善孔一致性。动力混合粒子的加入在使用吸热发泡剂、放热发泡剂和/或气体泡沫注入体系的任何结构泡沫材料中将产生类似的结果。

Description

多孔泡沫体添加剂

相关申请的交叉引用

本申请要求2010年8月24日提交的题为“多孔泡沫体添加剂”的美国临时专利申请号61/376,607的优先权，且本申请还要求2010年10月13日提交的题为“多孔泡沫体添加剂”的美国临时专利申请号61/392,558的优先权，且本申请另外要求2011年7月12日提交的题为“破边界漆、涂料和胶粘剂(BOUNDARY BREAKER PAINT, COATINGS AND ADHESIVES)”的美国专利申请号13/181,476的优先权，其各自的内容通过引用结合到本文中。

发明领域

本发明涉及用于多孔泡沫体的添加剂。更详细地讲，本发明涉及向泡沫体中加入动力混合粒子以促使发泡剂、反应性和非反应性添加剂的分散改善。

发明背景

在二十世纪初期，开始使用各种类型的专门生产的固体泡沫体(solid foam)。这些泡沫体的低密度使得它们非常适合用作绝热体和漂浮装置，且它们的轻质和可压缩性使得泡沫体理想地用作包装材料和填塞料。在近四十年来，泡沫体发展已经从简单的材料进展到了重量轻且耐用的复杂的非常先进的多孔结构材料。这些新型的泡沫材料在包括汽车、农业设备、轮船、浴室淋浴器和澡盆、栅栏、门、窗框和装饰模塑条(列举几种)的多种多样的市场中胜过玻璃纤维、复合材料、薄钢板和塑料。现今多孔泡沫体工业继续争取包括多孔结构的一致性(consistency)、配方组分的分散、强度改善和成本降低的产品改善。

在流体动力学领域，流动流体的边界层始终被视为固定且不动的。在层流区中，边界层产生抵抗流体流动的稳定形式。申请人的题为“具有填料增强作用的结构增强型塑料(STRUCTURALLY ENHANCED PLASTICS WITH FILLER REINFORCEMENTS)”的美国专利申请号12/412,357指出当流体移动时加入动力混合粒子在动力学上移动边界层以便促进流动且降低膜拖拽。美国专利申请号12/412,357在此通过引用结合到本文中。拖拽的降低类似于将移动体的静摩擦力比作动摩擦力且将其应用于流体流动。使用申请人的发明，边界层可以动力学移动，由此降低拖拽且增加流动。如果流体不移动，则惰性结构粒子，即动力混合粒子像纳米和微米粒度范围内的填料一样起作用，由此在发泡过程期间产生成核部位。当微米纳米尺寸的粒子移动时，动力混合粒子的独特的三维形状促使添加剂和填料在整个聚合物基质内动力混合，由此将静止的边界层区域转化成动态混合区。

高度专用化的粒子(highly specialized particle)，即动力混合粒子，可以加入诸如塑料的固体中。在挤出机中，该固体被熔化。熔化的塑料在高剪切环境下在螺杆和料桶的整个表面积上产生边界层。每当流体移动时且在流体移动的任何地方，该边界层动力混合都被激活。在材料为诸如聚氨酯的流体的情形下，这些材料可以使用诸如涡轮混合机或先进的冲击射流混合系统的简单搅拌混合。在两种情形下，粒子的移动由于流体移动而被激活。初始的动力混合随着使用高剪切混合各组分而发生。随着流体移动，动力混合蔓延开来。

发明概述

申请人的发明通过使用惰性微米和纳米尺寸的结构粒子直接改善了以下所有四项：多孔结构的一致性、配方组分的分散、强度改善和成本降低。

本发明的方法对于上述问题提供了独特的解决方案。本发明的动力混合粒子的加入提供了边界层的动力混合，这采用了微米和纳米混合产生了均质分散体，使得减少了可能损害环境的昂贵添加剂而同时仍然保留与所述添加剂相关的益处。本发明的技术使用环境安全、化学稳定的固体粒子来连续混合材料，只要流体是流动的即可。

动力混合粒子的加入引起边界层混合改善，即，本发明涉及结构力学填料对流体流动的影响，其中所述粒子具有纳米至微米范围的尺寸。具体地讲，所述粒子的粒度范围优选为约500nm-1μ，且更优选为1μ-30μ。然而，在所限定范围内的所有子范围也被视为有效。本发明使用边界层静态膜伴随有与由于流体速度差而迫使在边界层中转动或滚动的粒子相关的摩擦力的原理。因此，动力混合通过使用动力混合或结构粒子促进。

例如，认为在柔软材料上滚转的硬球在移动凹陷中行进。该柔软材料在滚转球的前面被压缩且该柔软材料在该滚转球的后面复原。如果该材料是完全弹性的，则在压缩期间储存的能量通过柔软材料在滚转球的后面的复原而归还给该球。在实践中，实际材料不是完全弹性的。因此，发生能量耗散，这产生动能，即滚转。根据定义，流体为不能经受住静态剪切应力的材料连续流。与以可恢复变形对剪切应力作出反应的弹性固体不同，流体以不可恢复的流动作出反应。该不可恢复的流动可用作用于在边界层中的动力机械混合的驱动力。通过使用滚转、动力摩擦和粘着在非滑移区的表面上的流体增加的原理，生成粘着物。邻近于边界层的流体流动对粘着粒子产生惯性力。惯性力使粒子沿机械加工设备的表面转动，而与所使用的混合机器无关，即与静态、动态或动力混合无关。

结构粒子的几何设计或选择基于与在其中速度为0的边界层中的粘性膜的表面相互作用的基本原理。机械表面粘着通过增加粒子表面粗糙度而增加。粒子穿透深入到边界层中产生动力混合。粒子穿透度通过增加粒子边缘或叶片样粒子表面的锐利度而增加。具有粗糙和/或锐利粒子表面的粒子对于非滑移区表现出增加的粘着性，与具有很少以至没有表面特征的光滑粒子相比，这促进较好的表面粘着。由于特定流体的粘度，理想的粒度将视流体而不同。因为粘度视流体而不同，所以诸如温度和压力的工艺参数以及通过剪切力产生的混合机制及对机械表面的表面抛光也将不同，这产生边界层厚度的变化。粗糙和/或锐利的粒子表面允许粒子在边界层中充当滚转动力混合叶片。沿流体边界层滚转的具有粗糙和/或锐利边缘的硬化粒子将通过搅动边界层的表面区域而引起微混合。

用于边界层中的动力混合的固体粒子，即动力边界层混合材料或动力混合材料，优选具有以下特征：

粒子应该具有允许粒子沿边界层表面滚转或滚动的物理几何特征。

粒子应该具有足以与零速区或非滑移流体表面相互作用的表面粗糙度以促进动摩擦而不是静摩擦。粒子的混合效率随表面粗糙度而增加。

粒子应该足够硬以使得流体围绕粒子变形以便经由粒子的滚动或滚转效应促进动力混合。

粒子的大小应该与正使用的流体的边界层成比例以使得粒子由于动力滚转摩擦而滚转或滚动。

粒子不应该太小。如果粒子太小，则粒子将被捕获在边界层中且将丧失滚动或滚转的能力，这将增加摩擦力且促进在边界层的接触区中的机械磨损。

粒子不应该太大。如果粒子太大，则粒子将被扫入本体流体流中且对动力边界层混合具有极小(如果还有的话)的影响。粒子应该具有能够在混合过程期间自本体流体重新接入边界层中、诸如粗糙和/或锐利的叶片样特征的大小和表面特征。

粒子可以是实心或多孔材料、人造或天然存在的矿物和/或岩石。

粒子的物理几何形状：

粒子形状可以是球形、三角形、菱形、正方形等，但半扁平或扁平的粒子不太合乎需要，因为它们无法较好地滚动。半扁平或扁平粒子无法较好滚动是因为扁平粒子的截面表面积对应用到其小厚度的流体摩擦具有很小的阻力。然而，因为需要以混合形式的搅动，所以笨拙形式的滚动是有益的，因为笨拙的滚动在边界层产生动态无规产生的混合区。无规混合区类似于通过利用很少混合叶片操作的大型混合叶片产生的混合区。一些叶片快速转动，而一些叶片缓慢转动，但是结果在于这些叶片全都混合。在具有较少无弹性性质的粘性更大的流体中，通过粒子进行的动力混合将由于粒子表面粗糙度且由于粒子的锐利边缘而产生切割和研磨效应。

具有极其光滑的表面的球形粒子由于以下原因而不理想。首先，表面粗糙度增加了粒子与流体之间的摩擦力，这增加了粒子保持与粘性区和/或非滑移区接触的能力。相比之下，诸如可在球体中见到的光滑表面由于不良的表面粘着而限制了与粘性层的接触。其次，表面粗糙度直接影响粒子经由滚动和/或滚转诱发混合的能力，而光滑表面不会。第三，具有光滑表面的球形趋于沿边界层滚转，这可促进润滑效应。然而，具有表面粗糙度的球形粒子帮助促进边界层的动态混合以及促进润滑效应，特别是在低粘度流体和气体的情况下。

将动力混合材料加到聚合物中的优势包括：

· 通过用廉价的结构材料代替昂贵的聚合物实现成本节约。

· 通过增加将更多有机材料加入聚合物中的能力实现成本节约。

· 通过用高水平的有机和/或结构材料增加生产率实现成本节约。

· 经由在由边界混合产生的大机械表面上的混合增加更好地分散添加剂和/或填料。

· 通过沿加工/混合设备的大表面区域滚转的粒子的研磨和切割效应更好地混合聚合物，因为聚合物经由流体流的速度在常规混合操作其间将影响该表面。

· 由静摩擦的边界层效应而引起在机械表面上的摩擦系数减小，这由硬粒子在边界层中的滚转动力摩擦代替。

· 通过减小在边界层中的摩擦系数而增加生产率，其中该摩擦系数直接影响生产量。

· 表面品质改善：由于在混合期间(即在混合染料、注入模具中等时)动力混合粒子在边界层中的转动，引入所述粒子在机械表面上产生聚合物富集区。不管聚合物是否被填充，所述聚合物富集区都产生优异的表面光洁度。

· 通过动力混合引起粒子转动和边界层的滞膜的搅动，这引起边界层自洁以除去微粒和薄膜。

· 归因于边界层中的动力混合的增强热传递，该边界层被视为滞膜，在此主要通过传导进行热传递，但该滞膜的混合在热传递表面上产生强制对流。

本发明的动力混合材料将通过减少某些毒性添加剂的使用和用环境友好的惰性固体(即用化学和热学都稳定的动力混合材料)代替所述毒性添加剂而帮助满足当前且预期的环境管理要求。

附图简述

图1为未加工的膨胀珍珠岩的SEM图像。

图2为加工过的珍珠岩在500x放大倍数下的SEM图像。

图3为加工过的珍珠岩在2500x放大倍数下的SEM图像。

图4为火山灰的SEM图像，其中每个刻度线等于100微米。

图5为火山灰的SEM图像，其中每个刻度线等于50微米。

图6A为在700℃下生成的天然沸石模板碳(zeolite-templated carbon)的SEM图像。

图6B为在800℃下生成的天然沸石模板碳的SEM图像。

图6C为在900℃下生成的天然沸石模板碳的SEM图像。

图6D为在1,000℃下生成的天然沸石模板碳的SEM图像。

图7为纳米多孔氧化铝膜在30000x放大倍数下的SEM图像。

图8为在铝合金AA2024-T3上生长的假勃姆石相Al₂O₃xH₂O在120,000x放大倍数下的SEM图像。

图9为未加工过的空心灰球(hollow ash sphere)在1000x放大倍数下的SEM图像。

图10为加工过的空心灰球在2500x放大倍数下的SEM图像。

图11为3M®玻璃气泡(glass bubble)的SEM图像。

图12A和图12B为飞灰粒子在5,000x放大倍数下的SEM图像(图12A)和飞灰粒子在10,000倍(图12B)放大倍数下的SEM图像。

图13为再循环玻璃在500x放大倍数下的SEM图像。

图14为再循环玻璃在1000x放大倍数下的SEM图像。

图15为加工过的红色火山岩在750x放大倍数下的SEM图像。

图16A-16D为砂粒的SEM图像。

图17A为历时1小时合成的沸石Y、A和硅酸盐1的SEM图像。

图17B为历时1小时合成的沸石Y、A和硅酸盐1的SEM图像。

图17C为历时6小时合成的沸石Y、A和硅酸盐1的SEM图像。

图17D为历时6小时合成的沸石Y、A和硅酸盐1的SEM图像。

图17E为历时12小时合成的沸石Y、A和硅酸盐1的SEM图像。

图17F为历时12小时合成的沸石Y、A和硅酸盐1的SEM图像。

图18为磷质石灰羟基磷灰石的SEM图像。

图19A为Al MFI聚集体的SEM图像。

图19B为Al MFI聚集体的SEM图像。

图20A为微晶沸石Y在20kx放大倍数下的SEM图像。

图20B为微晶沸石Y在100kx放大倍数下的SEM图像。

图21为50-150nm的ZnO的SEM图像。

图22A为半球形团簇材料的固体残渣的SEM图像。

图22B为在100℃下合成的沸石-P的SEM图像。

图23A为纳米结构的CoOOH空心球体的SEM图像。

图23B为CuO的SEM图像。

图23C为CuO的SEM图像。

图24A为在1.5N下在100℃下的熔灰(fused ash)的SEM图像。

图24B为在1.5N下在100℃下6小时的熔灰的SEM图像，表示不知名的沸石。

图24C为在1.5N下在100℃下24小时的熔灰的SEM图像，表示方沸石。

图24D为在1.5N下在100℃下72小时的熔灰的SEM图像，表示不知名的沸石和水铝矿大晶体。

图25A为2.5μm的均匀普通Al₂O₃纳米球的SEM图像。

图25B为635nm的均匀普通Al₂O₃纳米球的SEM图像。

图26为示出了CoOOH的毛发样纤维的计算机产生的模型。

图27示出了两种硬聚氯乙烯样品，在两种样品中具有相同颜料负载量，其中一种样品包括动力混合粒子。

图28示出了两种聚碳酸酯样品，在两种样品中具有相同颜料负载量，其中一种样品包括动力边界层混合粒子。

图29示出了具有ABS斑点的硬聚氯乙烯。

图30示出了混合在一起的PVC和ABS。

图31示出了试验样品，其中有和没有动力混合粒子的绿色反应的环氧树脂分别与有和没有动力混合粒子的黄色反应的环氧树脂混合。如由较大的蓝色区域证实，具有动力混合粒子的混合样品实现优异的混合。

图32A-32T示出了在直接气体注入下的基础聚苯乙烯或聚丙烯泡沫体，其中添加剂的重量%为0.35重量%-4.2重量%，其中孔尺寸为42微米-217微米。

图33示出了10x放大倍数的聚丙烯泡沫体，其中在具有向其中加入的本发明的动力混合粒子的泡沫体中可以看见所形成的孔增多。

图34示出了60x放大倍数的聚丙烯泡沫体，其中在具有向其中加入的本发明的动力混合粒子的泡沫体中可以看见所形成的孔增多。

发明详述

如由图27和图28所示，在诸如热塑性塑料的粘性材料中在高剪切混合环境下引入动力混合粒子产生优异的分散能力。

图27示出了在两种样品中具有相同颜料负载量的硬聚氯乙烯。可以清楚地看到其中具有动力边界层混合粒子的左侧样品表现出更好的分散。

图28示出了在两种样品中具有相同颜料负载量的聚碳酸酯。可以清楚地看到具有动力边界层混合粒子的右侧样品表现出更好的分散。

图27和图28清楚地示出了动力边界层混合粒子与分散相关的益处。改善的分散性质允许基础材料具有较少的添加剂，因为动力混合粒子的存在较好地分配(disburse)添加剂，由此产生添加剂的相同有益性质。

异质材料的混合和共混

图29示出了两个图像。图像1示出了具有ABS斑点的硬聚氯乙烯。这两种材料即使在高剪切条件下也不会化学混合或共混在一起。

图30的图像2示出了加入动力边界层混合粒子对难以混合的异质材料的影响。在挤出机中，PVC与ABS混合在一起，其引起ABS像黑色颜料一样起作用。

通常，在聚合物中的添加剂用以促进耐受性。然而，在阻燃剂、填料、消泡剂、表面张力改性剂和杀生物剂等情形下，填料常对聚合物具有负面影响，其在交联聚合物体系内产生疲劳。动力混合粒子的的作用不止于改善混合(does more than improving mixing)。动力混合粒子的加入在机械上减小了添加剂的尺寸，这在聚合物基质中产生较好的相互作用。因此，通过减小添加剂的尺寸并改善分散，可以减少添加剂的量。该均质混合特征通过减少产生所要作用所必须的添加剂的量而增加聚合物的交联强度。

在反应性双组分泡沫体中，动力混合粒子的加入将帮助混合液-液界面，这促进在聚合物内的更好交联。动力混合粒子的加入将另外改善粘合强度且赋予更好的流动性质。

如参照图31可以看到，顶部样品，即具有破边界动力混合粒子的样品，是这两种样品中混合更充分的样品。换句话说，顶部样品更充分地混合绿色反应的环氧树脂与黄色反应的环氧树脂，产生更大量的蓝色混合环氧树脂。

对于双组分反应材料进行静态混合试验，其结果可以在图31中看到：

材料：使用Loctite双组分，60分钟，环氧树脂，两种颜料，即一种黄色颜料、一种绿色颜料。

设备：使用具有1/4英寸直径、6英寸长的一次性静态混合器尖端的标准50ml双填缝枪。

实验设置：

将100ml环氧树脂反应性混合(reacted mixed)且在其中混合少量黄色颜料；

将100ml环氧树脂反应性混合且在其中混合少量绿色颜料；

随后将在其中具有颜料的这两种100ml反应的环氧树脂一分为二。将50ml黄色反应的环氧树脂放入静态混合器中的单个双组分筒的一半中。在该静态混合器的另一半中，将50ml的绿色反应的环氧树脂置于该单个双组分筒中。

该50ml的黄色反应的环氧树脂具有手动混合在其中的1质量%的动力混合粒子。将该黄色反应的环氧树脂放入静态混合器筒的一半中。50ml的绿色反应的环氧树脂具有手动混合在其中的1质量%的动力混合粒子。随后将该50ml的绿色反应的环氧树脂置于该双组分筒的另一侧中。进行混合过程约5分钟，之后材料以相同的低速率从静态混合器中喷出。随后允许静态混合管完全固化。随后使用喷水切割机将该管切成两半。如参照图31可以看到，顶部样品，即具有动力混合粒子的样品，是这两种样品中混合更充分的样品。换句话说，顶部样品更充分地混合绿色反应的环氧树脂与黄色反应的环氧树脂，产生较大量的蓝色混合环氧树脂。

在泡沫体技术中的应用

当本发明的高度专用化的结构材料，即动力混合粒子，与泡沫体技术结合时，在混合步骤完成时，动力混合的独特特征并未终止。动力混合粒子在膨胀过程中随着流体移动继续保持活性。后混合步骤粒子活性促进发泡剂更好地分散以及经由所述泡沫体膨胀期间反应性和非反应性添加剂在聚合物内的更好分散来增加活动性。较好的分散和增加的活动性产生改善的孔一致性。动力混合粒子的三维尖角叶片样结构的独特特征性形状产生优异的成核部位，由此增加孔壁一致性和强度。

需要使泡沫体的孔尺寸从700-1000微米尺寸的多孔结构减小到10微米和更小。该突破将允许工业制备比曾经市售的泡沫体更轻、更坚固的泡沫体。

在使用诸如(N₂、CO₂、Ar等)的气体的气体注入泡沫体方法中，该方法的最困难部分是将所述气体溶解到熔融塑料或反应性材料中，对于不同的聚合物不同的气体具有不同的溶解度常数。

溶解度常数

溶解度常数的变化导致在各种材料的气体负载量方面的不一致性。结构和热变化由其中生成了具有大孔尺寸和小孔尺寸的泡沫体的不一致的多孔结构引起。克服这些困难的尝试包括增加挤出机长度或使用多个挤出机以增加用于机械混合的分散时间。动力混合粒子的加入结合了纳米和微米尺寸的三维硬结构粒子。动力混合粒子在混合过程期间在塑料中生成微米和纳米尺寸的机械开孔。这些开孔允许气体分散到聚合物中，由此大大减少混合时间和气体溶解度的影响。本发明的三维动力混合粒子可以定制成多种尺寸和形状，其中诸如叶片长度、空腔深度、粒子空隙尺寸、伸出构件尺寸、刺样结构长度等的结构特征可以在泡沫体中生成所要尺寸的孔。

例如，进行了研究，其中使用I型动力混合粒子且将关键性CO₂气体加入具有各种浓度的I型动力混合粒子的聚丙烯中。结果可在图32A-32T中看到。I型动力混合粒子包含膨胀珍珠岩且具有30µ的平均粒度，配方重量浓度列在下表1中，其不包括CO₂气体。加入4.8%配方重量的I型动力混合粒子产生45µ的一致的小多孔结构，用0.40%配方重量产生163µ的较大多孔结构。将1.75%配方重量的I型动力混合粒子加到聚苯乙烯中产生42μ的一致的多孔小结构，将0.35%配方重量产生217μ的较大多孔结构。在聚丙烯和聚苯乙烯两种情况下，在动力混合粒子转动时生成的低能区域相同。然而，气泡团聚并生成较大孔的能力在存在更多动力粒子时降低。如果加入太多动力边界层混合粒子，则聚苯乙烯表现出多孔结构会减少。该转变为从在1.75%配方重量下的42µ变为在4.2%配方重量下的54µ。因此，经由动力混合粒子在泡沫体基质中的转动形成的微米尺寸的多孔结构的生产速率越高，孔团聚的潜在性的降低程度越大。

粒子与所得孔尺寸之间的关系随所使用的动力粒子的表面特征而变。

例如，使用先前提到的气体注入试验来说明与孔形成相关的粒度特征，当具有适当动力边界层混合表面特征的膨胀珍珠岩粒子以动力运动滚转并滚动时，珍珠岩粒子将在聚合物中生成低表面能区域，其尺寸与粒子的空隙空腔成比例，在此空隙的顶角形成很小的角度。在一个实施方案中，即，其中空隙由双曲线表面限定，该顶角以与非保形双曲线三角形的顶角相同的方式变得无限大。具有I型混合粒子的特征的膨胀珍珠岩看起来像是在箭背部装上羽毛，即，粒子具有三维叶片样特征，这允许在叶片之间形成气泡。该气泡将保持粘着到叶片样结构，直至由流体施加的摩阻力克服在动力边界层混合粒子上形成的膨胀且突出的气泡的粘着力。以上实例论述30µ的平均粒度(average mean particle size)。因此，在该实例中的粒子半径为15µ。气泡将以该半径的约3倍从I型动力混合粒子释放。该3:1关系视动力混合粒子类型而改变，因为在表面之间的几何接触直接影响气泡的粘着力。因此，不同的几何构型改变表面以流体移除能量，从而生成较大或较小的孔尺寸。聚合物和添加剂的混合动力学和选择将对施加到动力混合粒子的流体力具有显著影响，以克服气泡在动力混合粒子表面上的粘着力，其在各种应用之间可能不同。滚动(thumb)的一般规则是预计所要气泡尺寸，即泡沫空隙尺寸比粒子的粒径和/或伸出臂大0.025-8倍。对于I型粒子，预计空隙尺寸比粒子的粒度直径和/或伸出臂大1-8倍。

申请人的动力混合粒子的加入改善了当前泡沫体技术的四个方面：1. 多孔结构的一致性；2. 配方组分的分散；3. 强度改善；4. 成本降低。这四方面的影响将在下文论述。

多孔结构的一致性

本发明的动力混合粒子具有独特的特征，包括三维锐利尖端、叶片样、孔、空腔、伸出臂、刺样特征、锯齿状边缘、光滑拐角等形状。随着这些动力混合粒子在泡沫体膨胀期间随流体一起移动，边缘生成优异的成核部位，这引起流体以增加多孔结构的一致性的方式膨胀。这可在图33和图34中看到。图33表示10x放大倍数，其中与在没有添加剂的情况下制备的泡沫体相比，在用I型动力混合材料添加剂制备的聚丙烯泡沫体中可看到更多的孔。类似地，图34示出，与在没有添加剂的情况下制备的泡沫体相比，在用I型动力混合材料添加剂制备的聚丙烯泡沫体的内部中的更多孔。

配方组分的分散

由膨胀珍珠岩制备的I型边界层动力混合粒子在不改变该配方的化学性质的情况下引起包括发泡剂的所有配方组分在聚合物内更好地分散。即使在后挤出机膨胀期间，粒子也经由混合继续影响泡沫体，由此产生配方组分在聚合物内的更好分散。

强度改善

在标准½” Izod型式下对聚丙烯泡沫体进行Izod抗冲击强度试验：

含有1%*发泡剂的聚丙烯 = 7.14g

含有1%*发泡剂+ 1%*添加剂的聚丙烯 = 8.11g

*以配方重量计。

通过引入I型动力混合粒子产生的配方组分的分散改善与泡沫体结构的改善的多孔组成(cellular makeup)的组合引起冲击强度增加13.5%。

成本降低

在标准½”Izod型式下对聚丙烯泡沫体的重量减少进行分析

含有1%*发泡剂的聚丙烯 = 21.5g

含有1%*发泡剂+ 1%*添加剂的聚丙烯 = 13.5g

*以配方重量计。

通过引入该动力混合粒子产生的配方组分的分散改善与泡沫体结构的改善的多孔组成的组合引起相同几何形状部分的重量减少25.0%。

应用动力混合粒子的益处不限于在诸如聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、PVC、ABS等泡沫塑料中的应用；所述益处也不限于诸如单组分聚氨酯、多组分聚氨酯、环氧树脂、脲等的反应性泡沫体。动力混合粒子的加入在使用吸热发泡剂、放热发泡剂、氮气或CO₂气体泡沫注入体系的任何结构泡沫材料中将产生类似的结果。

表1

操作参数

化学发泡剂

本发明的粒子以三种方式为商业使用的发泡剂提供机械帮助。第一方式为通过纳米和微米机械混合引起发泡剂的分散增加。第二方式为在混合期间发生的纳米和微米尺寸的穿孔，其允许化学发泡剂分散到聚合物中。第三方式为纳米和微米机械动力共混过程，其降低混合区中的表面张力，给予机械发泡剂更自由地成核的能力。这些动力混合粒子也可经由涂布和/或掺杂法结合到发泡剂制剂中以产生相同的结果。可使用基础粒子来生成更好的发泡剂。

成核部位

已经存在多种已用于产生更好成核且更统一的孔尺寸的材料。最常见的商业上使用的材料为滑石以及诸如纳米粘土和碳纳米管的一些外来材料。对于成核粒度与泡沫体孔尺寸的关系已经有许多论述和讨论。

本发明的技术关注于几何形状通过促进在聚合物内的低表面能而增加成核部位的基本原理。围绕粒子的流体的较低表面能通过具有非常锐利的顶角的几何形状生成。在一个实施方案中，即，其中空隙由双曲线表面限定，该顶角以与非保形双曲线三角形的顶角相同的方式变得无穷大。这些几何形状包括但不限于尖端、锐缘和可到达的内部结构、空隙或其几何形状产生拐角、菱形、三角形等的凹穴。

聚合物为在表面上且围绕粒子以类似于水流下河流的方式自然弯曲的链样材料。粒子的形状越突兀，生成的湍流越大。例如，想想在河流中的岩石，其中光滑的岩石几乎不产生湍流，而具有突兀边缘和空腔的岩石生成许多湍流。该湍流产生低表面能的区域或区。低表面能区域允许出现成核部位。成核部位是气泡形成的开始，其变成在聚合物内的形成孔的链式反应。

通常使用的成核材料和正研发的新型材料的几何形状的论述如下。

滑石：平板样形状，通过弱范德华力(Vander Wal force)保持在一起，该弱范德华力允许材料在高剪切期间裂解。滑石可加工成小粒度且根据加工条件可能具有或可能没有锐利或锯齿状边缘。

纳米粘土：不规则的形状，具有约1的纵横比的很可能球形或圆柱形。纳米粘土为硬的有机物且可加工成纳米尺寸形状。

碳纳米管：圆柱形或纤维样。碳纳米管坚固且以分子方式生成。

所有上述材料都具有如下特性：在流动流体中生成低能量区域，由此基于尺寸和几何形状激发邻近的成核部位。例如，纳米尺寸的粒子因为长链聚合物难以围绕小半径弯曲而促进低能量区域。因此，纳米尺寸的粒子围绕粒子生成用于成核部位的小区域。在纳米材料情况下的困难与在聚合物内均匀地分散小粒子相关的困难有关。均匀分散对于基于与聚合物弯曲有关的粒子半径生成低表面能区域是关键的。如果纳米粒子呆在团聚区域中，则团聚体不可能生成适合成核部位的低表面能区域。另外，团聚使得难以基于纳米粒子计数计算可预测的成核。

滑石具有独特的物理性质。滑石不是刚性固体。滑石通过弱范德华力保持在一起且在许多情形下用作润滑剂。滑石的天然形状为薄的小板样结构，其在由挤出机产生的高压和剪切下经历物理形状的转变。滑石可用于通过边缘效应以及在聚合物内的润滑性质而生成低能量部位。滑石不是结构材料。因此，滑石在与不同聚合物的挤出过程内由于赋予滑石粒子的机械载荷而改变尺寸和形状，使得难以准确地预测成核结果，与滑石不同。申请人的动力混合粒子对于成核部位来讲是理想的，原因是表面特征基于其在聚合物内的可分散性和结构完整性是可预测的并可重复的而与挤出机内的操作参数无关。

申请人的动力混合粒子为具有多种表面特征的刚性结构粒子，其生成可重复的低表面能相互作用，而与聚合物或所应用的剪切作用无关。动力混合粒子为自分散的，其克服了使用纳米材料作为成核部位的复杂情况。

应用方法

添加剂，即动力混合粒子，可以不同方式结合到塑料或泡沫体配方中，所述方式包括：

1. 以0.20%-70.0%的总配方重量%自生产商或混配公司直接结合塑料粒料中；

2. 作为添加剂与得自以粉末或颗粒形式的发泡剂的生产商的发泡剂混配；

3. 作为原料粉末或作为专用的混配塑料粒料进料到塑料或泡沫体混合物中以便使用料斗系统直接进料到挤出机中以控制装载%；

4. 在流体混合之前或在混合过程期间作为干燥粉末直接结合到流体中。

发泡剂的例示性制剂和用以加工的设备的描述可在表1中见到。

I型粒子

I型粒子嵌入边界层深处以在边界层中和在混合区中均引起泡沫体构成流体的优异动力混合。I型粒子增加化学添加剂和矿物添加剂的分散。I型粒子增加流体流动。与I型粒子的质量相比，I型粒子的表面积大。因此，I型粒子保持充分地悬浮。在一个实施例中，(I)型动力混合粒子由具有5.5的莫斯标度硬度(相当于高品质的钢刀片)的膨胀珍珠岩制成。对于有效性，所有类型的粒子优选具有莫斯标度2.5或更高的硬度。

参照图1，示出了未加工过的膨胀珍珠岩。珍珠岩是没有已知环境问题的可开采的矿石且易于在大多数陆地中得到且其丰度仅低于砂子。膨胀珍珠岩经由热膨胀加工生成，其可定制以生成多种壁厚的气泡。膨胀珍珠岩清晰地表明薄壁多孔结构和在压力下将如何变形。在一个实施方案中，珍珠岩可以原始未加工形式使用，其是该材料的最经济的形式。珍珠岩能够自成型，即粉碎成较小的粒子，在压力下粉碎成边界层动力混合粒子。

图2为证明膨胀珍珠岩粒子不团聚且将与其他加工粒子一起容易地流动的图像。因此，膨胀珍珠岩粒子用小型混合设备将容易地分散。

参照图3，示出了膨胀珍珠岩粒子的放大图像，其示出了对于加工过的珍珠岩粒子来讲优选的结构形状。所述粒子可描述为具有多种尺寸的三维楔形锐利的叶片和尖端。该不规则的形状促进多种动力边界层混合。在图3中示出的膨胀珍珠岩重量极轻，具有在0.1-0.15g/cm范围内的密度。该低重量允许极小的流体速度来促进粒子的转动。在图3中可见的叶片样特征易于捕集流过边界层的流体的动能，同时在图3中可见的锯齿状叶片样特征易于刺入流动流体的边界层以促进搅拌，同时维持粘着到边界层的表面。据估计优选的大致应用尺寸为900nm-50µ。该动力混合粒子在具有宽范围粘度的多种流体中引起分散。另外，所述膨胀珍珠岩粒子是在发泡过程中的优异成核剂。

现在参照图4，示出了以其自然状态的火山灰。火山灰表现出类似于上文关于膨胀珍珠岩论述的薄壁多孔结构的特征的特征。火山灰为自然形成的材料，其易于开采且可容易地加工成引起动力边界层混合的动力混合材料。该火山灰材料也可变形，这使得其对于在线加工以通过混合或压力应用生成所要形状来讲是理想的候选者。

现在参照图5，示出了多个粉碎的火山灰粒子。图5图示具有三维叶片样特征的粉碎的粒子形式，其将在边界层中以与上文论述的加工形成的膨胀珍珠岩类似的方式相互作用。图5的粉碎的火山灰粒子比加工过的珍珠岩大，使得对于较高粘度的材料来讲，更适合应用粉碎的火山灰粒子。据估计优选的大致应用尺寸在80µ-30µ之间。该材料将类似于上文论述的加工过的珍珠岩而起作用。

现在参照图6A-6D，示出了在700℃下生成的天然沸石模板碳(图6A)、在800℃下生成的天然沸石模板碳(图6B)、在900℃下生成的天然沸石模板碳(图6C)和在1000℃下生成的天然沸石模板碳(图6D)。沸石为具有小孔径的容易开采的材料，其可被加工以生成动力混合材料的所要表面特征。加工过的珍珠岩和粉碎的火山灰具有类似的边界层相互作用能力。沸石粒子具有小孔隙度，且因此可生成在纳米范围内的活性动力边界层混合粒子。据估计优选的大致应用尺寸在600nm-900nm之间。沸石粒子对于减少中等粘度的材料中摩擦是理想的。

现在参照图7，示出了具有多孔结构的纳米多孔氧化铝膜，其会破裂并产生类似于任何受力材料的粒子特征。材料破裂将在薄壁处而不是在交叉处发生，由此生成类似于先前论述的材料的特征，其对于边界层动力混合粒子是理想的。据估计优选的大致应用尺寸在300nm-500nm之间。该材料的粒度更适合应用到中等至低粘度的流体。

现在参照图8，示出了在铝合金AA2024-T3上生长的假勃姆石相Al₂O₃xH₂O。可以看到在加工过的珍珠岩表面上的叶片样特征。该材料的破裂点在其中一个或多个叶片连接的交叉点之间的薄叶片叶面处。破裂将生成类似于“Y”、“V”或“X”形或几何形状的类似组合的三维叶片形状。据估计优选的大致应用尺寸在50nm-150nm之间。

II型粒子

II型粒子实现介质到边界层的穿透，从而生成最低程度的动力边界层混合和最小的分散能力。II型粒子产生最小的流体流动改善且由于II型粒子的大表面和极低质量而易于悬浮。

大多数形成空心球体的材料可经受机械加工以生成具有促进动力边界层混合的表面特征的蛋壳样碎片。

现在参照图9，示出了灰分的未加工空心球体的图像。灰分为可经受自成型以根据工艺条件生成动力边界层混合粒子特征的可开采的材料。据估计在自成型过程之前优选的大致应用尺寸为20μ-80μ。自成型可通过机械混合或压力实现，这两者都产生粉碎作用。

现在参照图10，示出了灰分的加工过的空心球体。破裂的灰分球将在类似于在侧道上的一张纸的边界层上滚动。该材料的轻微的曲线类似于一块蛋壳，因为该材料由于其质量轻和轻微的曲率而趋于滚动。据估计优选的大致应用尺寸在5nm-50nm之间。灰分球将以与膨胀珍珠岩类似的方式起作用，但该材料具有差的分配能力，因为其几何形状不允许粒子变得物理闭锁到边界层中，而这归因于随着粒子沿边界层滚动两个或更多个叶片产生更大的阻力和较好的搅动。该材料在强粘性材料的流动期间减少了流动流体与管道或加工设备的壁之间的摩擦。

现在参照图11，示出了可加工成破碎的蛋壳样结构以生成促进动力边界层混合的表面特征的3M®玻璃气泡。破碎的玻璃气泡粒子在性能和应用方面与灰分空心球体类似，不同之处在于可基于工艺条件和原料选择定制壁厚度和直径以及强度。这些人造材料适用于食品级应用中。据估计在自成型过程之前优选的应用尺寸为约80µ-5µ。自成型可通过机械混合或通过压力实现，这两者都产生粉碎作用。

现在参照图12，示出了飞灰粒子的5000倍数放大倍数的SEM照片(图12A)和沸石粒子10000倍数放大倍数的SEM照片(图12B)。所述粒子包含空心球体。飞灰是通过燃烧生成的常见废物。飞灰粒子易于得到且价格低廉。沸石可以开采且通过廉价的合成方法制备以产生成百上千种变体。因此，可选择源自空心沸石球体的结构的需要特征。所示出的沸石粒子为混合粒子，因为该粒子将具有与加工过的珍珠岩类似的表面特征且该粒子保持半曲线形状，即类似于粉碎的空心球体的蛋壳形状。据估计在自成型过程之前优选的大致应用尺寸为5µ-800nm。自成型可通过机械混合或通过压力实现，这两者都产生粉碎作用。这些粒子的小尺寸使得粒子理想地用于中等粘性的材料中。

III型粒子

归类为III型粒子的粒子对边界层表现出极小的穿透率。III型粒子在边界层中表现出最小的动力混合且与软化学添加剂和硬矿石添加剂均具有优异的分散特性。III型粒子增加流体流动且不会充分悬浮但易于混合回到悬浮液中。一些固体材料能够产生贝壳型(conchordial)破裂以生成促进动力边界层混合的表面特征。

现在参照图13和图14，示出了再循环玻璃的图像。再循环玻璃为价格低廉且易于加工成动力边界层混合粒子的易于得到的人造材料。所述粒子的锐利叶片样特征通过类似于许多其他可开采矿物的贝壳型破裂来生成。这些粒子的叶片样表面不像珍珠岩那样薄。粒子的密度与制备粒子的固体成比例。锐利的叶片以与珍珠岩的相互作用类似的方式与流动流体的流体边界层相互作用，不同之处在于再循环的玻璃粒子通常需要粘性材料和强劲的流速来产生转动。加工过的再循环玻璃不带静电荷。因此，再循环玻璃在分散期间不引起团聚。然而，因为其高密度，再循环玻璃粒子可比其他低密度材料更易于在流体中沉积。据估计优选的大致应用尺寸在5µ-200µ之间。该材料在高流速的强粘性流体的边界层中产生良好的性能。该动力混合粒子引起分散。粒子的光滑表面减少摩擦。

现在参照图15，示出了加工过的红色熔岩火山岩粒子的图像。熔岩为易于得到的可开采的材料。熔岩的典型用途是在美国西南部和加利福尼亚作为风景岩石使用。该材料经受贝壳型破裂且生成类似于再循环玻璃(recycled grass)的特征。然而，与再循环玻璃的光滑表面相比，破裂的表面具有更大的表面粗糙度。所述表面特征伴随流动流体的叶片样切割产生稍大的研磨效应。因此，粒子不仅滚动，它们还对流体流具有磨蚀效应。火山材料使半硬材料在诸如阻燃剂、二氧化钛、碳酸钙等粘性介质中分散。据估计优选的大致应用尺寸在1µ-40µ之间。加工过的火山岩在高流速下在流动的强粘性材料的边界层中产生良好的性能且引起分散。

现在参照图16A-16D，图16A-16C示出了具有破裂并产生用作动力边界层混合粒子的适当表面特征的能力的砂粒。所述图像示出了具有与再循环玻璃的性质类似的物理性质，其产生类似的益处。图16A、图16B和图16D虽然在图中示出的表面特征不同但对于与流动流体的边界层的相互作用来讲具有良好的表面特征。图16A示出了沿粒子的边缘具有良好表面粗糙度以促进边界层表面相互作用的一些叶片样特征。图16A的粒子将需要较高的速度流量来产生滚动。图16B的粒子具有与如前所述的再循环玻璃的表面特征类似的表面特征。图16D示出了具有促进与这些材料的通常相互作用类似的相互作用的良好表面粗糙度的粒子。这些粒子的性能类似于再循环玻璃的性能。砂子为可开采且可经济地加工产生以多种尺寸的所要破裂形状的丰富的材料。因为砂子是天然材料，所以其被视为环保的。据估计优选的大致应用尺寸在5µ-250µ之间。该材料在高流速下在强粘性材料的边界层中产生良好的性能。该动力混合粒子引起分散。所述粒子的光滑表面减少摩擦。

现在参照图17A-17F，示出了沸石Y、A和硅酸盐-1的图像。薄膜的SEM图像示出了已经在100℃下在合成溶液的底部部分中合成1小时(图17A、图17B)、6小时(图17C、17D)和12小时(图17E、图17F)。可将这些材料加工以生成纳米尺寸的动力边界层混合粒子。该材料以合成方式生长且在数量方面受限，且因此趋于昂贵。所有六个图像，即图17A-17F，清晰地示出了该材料在类似于上述结构的叶片样结构下产生贝壳型破裂的能力。据估计优选的大致应用尺寸在500nm-1000nm之间。该材料的粒度范围使得其可用于中等粘性的流体。

现在参照图18，示出了式Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂的磷质石灰羟基磷灰石，其形成磷灰石的结晶家族的一部分，其为具有相同的六方结构的同形化合物。这是最常用于生物材料的磷酸钙化合物。羟基磷灰石主要用于医学应用。表面特征和性能类似于上文讨论的红色熔岩粒子，但可具有比红色熔岩粒子好的表面粗糙度。

IV型粒子

一些固体团簇材料具有引起团簇结构破裂以产生生成促进动力边界层混合的表面特征的各个独特的均匀材料的能力。

现在参照图19A和图19B，示出了在24小时的结晶时间之后在不同放大倍数下Al泡沫体/沸石复合材料的SEM图像。图19A示出了Al泡沫体/沸石结构。图19B示出了MFI聚集体。这两个图像示出了该材料的固有结构，其在机械加工时将易于破裂以生成各个独特形成的粒子的不规则形状的团簇。材料的表面特征越多样，材料与流动流体的边界层的粘性非滑移区的相互作用越好，从而引起动力边界层混合。该材料具有花样的蓓蕾，突出的无规90°拐角锐利且边界明确。所述拐角将促进边界层的机械搅拌。所述粒子还具有半球形或圆柱体样形状，其将允许该材料滚转或滚动，同时由于多样化表面特征而保持与边界层接触。据估计所述粒子的优选大致应用尺寸在1µ-20µ之间。该材料可用于高粘度的流体中。所述表面特征将产生诸如阻燃剂、氧化锌和碳酸钙的硬化材料的优异分散。随着Al泡沫体/沸石复合材料的粒子滚转，区块样形成(block-like formation)像微型锤磨机一样起作用，在撞击在流动流体中的边界层的材料处铲掉。

现在参照图20A和图20B，示出了微晶沸石Y的SEM图像(图20A)和纳米结晶沸石Y的SEM图像(图20B)。所述粒子具有与上文在泡沫体/沸石中提到的那些特征全部相同的在纳米水平下的特征。在图20A中，在图像中心处的主要的半扁平粒子为约400nm。在图20B中，多层面点(multifaceted)的粒度小于100nm。在机械加工下，这些材料可破裂成多样化动力边界层混合粒子。据估计对于图20A的团簇材料来讲优选的大致应用尺寸在400nm-10µ之间且对于图20B的团簇材料来讲优选的大致应用尺寸在50nm-150nm之间。在高机械剪切下，这些团簇材料具有通过破裂阻力最大的粒子而自成型的能力，其防止团簇粒子容易地滚转。由于其动态无规转动能力，这些团簇材料在作为流动流体中的摩擦改性剂方面优异。

现在参照图21，示出了50nm-150nm的氧化锌粒子。氧化锌为可根据所要应用专门使其疏水或更亲水的廉价纳米粉末。氧化锌形成具有极其无规形状的团簇。该材料由于其在流动流体中产生的无规转动移动而很好地工作。所述粒子具有90°拐角的多样化表面特征，其产生以多样化形状的叶片样特征。表面特征包括以诸如圆柱形、长方形、球杆形、Y形粒子、X形粒子、八边形、五边形、三角形、菱形的各种形状团聚在一起的伸出臂。因为这些材料由具有多样化形状的团簇构成，所以所述材料引起巨大的摩擦减少，原因是边界层通过多样化机械混合被搅成尽可能接近湍流，同时仍保持层流流体流动。

V型粒子

V型粒子使得介质穿透到边界层中。V型粒子产生类似于在干磨的叶耙的边界层的介质动力混合。V型粒子对于边界层的胶粘区域具有优异的粘着力，这对于两相边界层混合是需要的。V型粒子引起添加剂最小程度的分散。因此，V型粒子的加入增加了流体流动且所述粒子将趋于呆在悬浮液中。具有侵略性表面形态如粗糙度、群聚(groups)、条纹和毛发样纤维的一些空心或实心半球形团簇材料以随意滚转的能力促进对边界层的优异粘着且可用于低粘度流体和诸如液体-气体和气体-液体的相变材料中。V型粒子具有促进边界层动力混合的所要表面特征。

现在参照图22A和图22B，示出了固体残渣的扫描电子显微照片(图22A)和在100℃下合成的沸石-P的扫描电子显微照片和能量散射光谱学(EDS)面积分析。与在IV型粒子中论述的团簇材料不同，这些材料具有球形和可通过自粒子的表面伸出的毛发样材料产生的表面粗糙度。图22A示出了具有良好球形特征的粒子。大部分球体的表面具有通过类似于砂粒的小连接粒子产生的表面粗糙度。图22B示出了具有自整个表面伸出的毛发样纤维的半圆形粒子。这些特征促进对边界层良好但不算优异的粘着。这些材料在边界层的表面上随意滚转以引起最低程度的混合，从而促进在两相体系中的动力边界层混合。例如，随着液体在闭合系统中转变成气体，边界层迅速变薄。所述粒子必须保持接触并滚转以促进动力边界层混合。所述材料还必须能够在气流内行进以再循环回到液体中以在两相中起到活性介质的作用。这些粒子具有在约1µ-5µ之间的优选粒度范围(图22A)和在约20µ-40µ之间的优选粒度范围(图22B)。它们都将在高压蒸汽产生系统中很好地工作，其中粒子将在锅炉壁上的滞膜从传导向对流传热工艺移动。

VI型粒子

现在参照图23A、图23B和图23C，示出了纳米结构的CoOOH空心球体，其为各种氧化钴衍生物(dative)(例如，Co₃O₄、LiCoO₂)的万能前体并具有优异催化活性。CuO为具有窄带隙(例如，1.2eV)的重要的过渡金属氧化物。CuO已经用作催化剂、气体传感器且用于锂离子电池的阳极材料中。CuO也已经用于制备高温超导体和磁阻材料。

现在参照图25A和图25B，示出了在表面上具有毛发样纤维的2.5μm均匀普通Al₂O₃纳米球(图25A)和635nm的均匀普通Al₂O₃纳米球。

现在参照图26，示出了计算机生成的模型，其示出了促进边界层粘着以使得纳米尺寸的粒子将在保持与流动流体的边界层接触同时沿边界层滚转并引起动力混合的毛发样纤维。

因此，本发明非常适合实现这些目标且获得上述结果和优势以及在其中固有的那些结果和优势。虽然已经出于本发明的目的而描述了本发明优选的实施方案，但是本领域技术人员将显而易见许多改变和改进。这些改变和改进都涵盖在如由权利要求书限定的本发明的精神内。

Claims (17)

1.制备具有改善的孔一致性的泡沫体的方法，其包括以下步骤：

向泡沫体构成流体中加入具有500 nm至80µ的直径并具有选自锐利、叶片样不规则表面特征的动力混合粒子，并且所述动力混合粒子具有粒子内部空隙，该空隙的顶角形成小于180°的角；

通过机械加工设备混合所述泡沫体构成流体；

转动所述动力混合粒子以在所述泡沫体构成流体内产生低能量表面区域；

使所述泡沫体构成流体膨胀以形成限定多个泡沫空隙的泡沫体，

其中：

所述不规则表面特征选自锐利尖端、薄叶片、小于180°的内部粒子空隙角、小于180°的外角、粗糙边缘、光滑边缘、刺样结构、伸出臂和结合了这些表面特征中的一个或多个的团聚体。

2.权利要求1的方法，其中：

当所述动力混合粒子不再转动时，所述动力混合粒子形成邻近于所述不规则表面特征的成核点。

3.权利要求1的方法，其还包括以下步骤：

选择所述动力混合粒子的平均粒度以选择在所述泡沫体中所述空隙的所要平均尺寸。

4.权利要求3的方法，其中：

在所述泡沫体中所述泡沫空隙的所述所要尺寸具有是所述动力混合粒子的平均直径的0.025-8倍的直径。

5.权利要求1的方法，其中：

所述动力混合粒子包含珍珠岩。

6.权利要求5的方法，其中所述珍珠岩为实心的。

7.权利要求5的方法，其中所述珍珠岩为膨胀的。

8.权利要求1的方法，其中：

所述动力混合粒子在莫氏硬度标度(Mohs hardness scale)上具有至少2.5的硬度。

9.泡沫体，其包含：

在其中限定空隙的膨胀的聚合物混合的泡沫体构成流体；

在所述膨胀的泡沫体构成流体中的动力混合粒子，所述动力混合粒子具有500 nm至80µ的直径并具有选自锐利、叶片样不规则的表面特征和小于180°的内部粒子空隙角的特征。

10.权利要求9的泡沫体，其中：

所述泡沫体的所述泡沫空隙具有为所述动力混合粒子的平均粒度的0.025-8.0倍的平均直径。

11.权利要求9的泡沫体，其中：

所述动力混合粒子包含珍珠岩。

12.权利要求11的泡沫体，其中所述珍珠岩为实心的。

13.权利要求11的泡沫体，其中所述珍珠岩为膨胀的。

14.权利要求9的泡沫体，其中：

所述不规则表面特征选自锐利尖端、薄叶片、小于180°的内部粒子空隙角、小于180°的外角、粗糙边缘、光滑边缘、刺样结构、伸出臂。

15.权利要求9的泡沫体，其中：

所述不规则表面特征为具有选自以诸如圆柱形、长方形、球杆形、Y形粒子、X形粒子、八边形、五边形、三角形、菱形的各种形状团聚在一起的伸出臂的形状的团聚体。

16.权利要求9的方法，其中：

所述动力混合粒子在莫氏硬度标度上具有至少2.5的硬度。

17.权利要求9的泡沫体，其中：

所有所述粒子具有1μ-30μ的尺寸。