CN116141566A - 一种利用聚合物溶液在高压气体中制备聚合物泡沫的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种利用聚合物溶液在高压气体中制备聚合物泡沫的方法，包括以下步骤：(1)对聚合物溶液进行脱气处理，得到浇铸液；所述聚合物溶液为均相溶液，或者为含交联剂的均相溶液，所述均相溶液是将聚合物溶于溶剂中形成的；(2)将浇铸液浇铸于模具中，将模具置于高压釜中，向高压釜中通入气体作为物理发泡剂，控制高压釜内的温度为T、压力为P，所述气体对模具内的浇铸液进行溶胀渗透，浇铸液中的聚合物、或者聚合物与交联剂在溶胀渗透过程中发生交联反应，当聚合物分子形成三维网络结构后，通过卸压法或升温法发泡；(3)将步骤(2)所得发泡产物真空干燥，即得。本发明可在温和的条件下实现聚合物泡沫材料的制备。
Description
技术领域
本发明属于聚合物泡沫材料制备技术领域，涉及一种利用聚合物溶液在高压气体中制备聚合物泡沫的方法。
背景技术
聚合物泡沫材料具有比表面积大、阻尼高以及轻质等特点，被广泛应用于航空航天、生物工程、水处理、隔热、减震以及构件的轻量化等领域。目前制备聚合物泡沫的方法有机械发泡法、化学发泡法与物理发泡法等。机械发泡法是指利用机械搅拌的方式使空气与基体充分混合均匀，而后通过固化成型使孔隙固定，但该方法存在对设备要求较高的不足；化学发泡法是指利用聚合物组分之间相互作用产生气体或者基体中的发泡剂受热分解产生气体的方式发泡，但制备的泡沫中常有发泡剂残留，对产品的性能和环境会造成一定的影响；物理发泡法是指利用发泡环境的变化使基体内发泡剂产生相变而形成泡孔的方法。其中物理发泡法中的高压气体发泡法因制品无试剂残留、发泡剂来源广与价格低廉等特点而被广泛地用于泡沫制品的制备。
高压气体发泡法是将聚合物材料置于高压气体环境中进行溶胀与塑化，而后通过快速泄压或升高温度的方法，使聚合物内的气体达到热力学不稳定状态，迅速成核生长，获得泡沫产品的方法。值得注意的是，在高压气体发泡过程中，泡孔的生长是建立在分子链段能发生运动的基础之上。有一类富含羟基、羧基或氨基等活性官能团的聚合物，例如纤维素及其衍生物、甲壳素、聚乙烯醇以及聚丙烯酰胺等，这些官能团之间存在强的分子间作用力，包括范德华力和氢键等，限制了分子链的运动能力，或形成高度结晶区，阻碍了气体的溶解、扩散、成核以及泡孔生长。除此之外，存在强分子间作用力的聚合物难以在温和的条件下进行热塑成型加工。因此，采用传统高压气体发泡技术难以实现此类材料的轻量化。虽然添加增塑剂可以在一定程度上削弱该类材料中的分子间作用力，增加气体的溶解度，降低聚合物加工温度。但到目前为止，增塑剂的改性效果并不显著，改性后的聚合物仍需要较高的加工温度才能实现发泡，这极易造成聚合物的降解。
发明内容
针对以上存在强分子间作用力的聚合物在高压气体发泡时存在的技术难题，本发明提供了一种利用聚合物溶液在高压气体中制备聚合物泡沫的方法，以增强聚合物的分子链段的运动能力，降低发泡温度，减小气体进入聚合物基体的阻力，提高气体在聚合物基体中的溶解度，同时确保在制备时能形成稳定的泡孔结构。
为实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：
一种利用聚合物溶液在高压气体中制备聚合物泡沫的方法，包括以下步骤：
(1)对聚合物溶液进行脱气处理，得到浇铸液；所述聚合物溶液为均相溶液，或者为含交联剂的均相溶液，所述均相溶液是将聚合物溶于溶剂中形成的；所述聚合物在步骤(2)高压釜的温度T条件下能交联形成三维网络结构，或者所述聚合物在步骤(2)高压釜的温度T条件下能与交联剂反应形成三维网络结构；
(2)将浇铸液浇铸于模具中，将模具置于高压釜中，向高压釜中通入气体充当物理发泡剂，控制高压釜内的温度为T、压力为P，所述气体对模具内的浇铸液进行溶胀渗透，浇铸液中的聚合物、或者聚合物与交联剂在溶胀渗透过程中发生交联反应，当聚合物分子形成三维网络结构后，通过卸压法或升温法发泡；
(3)将步骤(2)所得发泡产物真空干燥，即得聚合物泡沫。
上述技术方案的步骤(2)中，高压釜的优选温度T为20～170℃、压力P为0.2～30MPa。
上述技术方案的步骤(2)中，控制溶胀渗透的时间确保聚合物在溶胀渗透过程中溶胀渗透时间形成三维网络结构即可。通常，溶胀渗透时间为5～1440min。
上述技术方案中，为了进一步增大泡沫材料的泡孔尺寸和发泡倍率，步骤(2)在向高压釜通入气体之前，还向高压釜中添加了辅助溶剂，所述辅助溶剂为制备均相溶液时采用的溶剂或者为所述溶剂的主要成分，在步骤(2)的制备过程中，模具中的浇铸液不与液态的辅助溶剂接触。
进一步地，上述技术方案中，步骤(2)的高压釜中添加的辅助溶剂的量为高压釜容积的0.5％～80％。
上述技术方案中的步骤(2)中，将浇铸液浇铸于模具中之后，浇铸液在模具中的深度至少为2mm。
上述技术方案中，所述均相溶液中的聚合物材料可以是一种或者一种以上；当均相溶液中含有两种或者两种以上的聚合物材料时，可以选择相互之间可以发生交联反应的材料聚合物材料，在不添加或添加交联剂的情况下制备聚合物泡沫，也可以选择相互之间不能发生交联反应的多种聚合物材料，在添加交联剂的情况下制备聚合物泡沫。当均相溶液中含有两种或两种以上聚合物材料时，制备得到的泡沫为复合聚合物泡沫。
上述技术方案中，对用于配制均相溶液的聚合物的种类，除了满足能够在适当的溶剂中溶解形成均相溶液，聚合物之间或者是聚合物与交联剂之间能发生交联反应形成三维网络这两点要求之外，没有其他特殊要求。例如，可行的聚合物包括甲壳素及其衍生物、海藻酸钠及其衍生物、淀粉及其衍生物、纤维素及其衍生物、透明质酸、聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺或聚乙二醇中的至少一种，也可以是满足以上两点要求的其他聚合物。
上述技术方案中，浇铸液中聚合物的含量优选为1wt.％～60wt.％，当浇铸液中含有交联剂时，浇铸液中交联剂的质量通常不超过聚合物质量的150wt.％。
进一步地，上述技术方案中，所述交联剂为多官能度的有机或者无机交联剂，例如，常见的交联剂包括苹果酸、戊二醛、柠檬酸以及硼酸等。
上述技术方案中，所述溶剂为水、碱性溶剂、酸性溶剂以及有机溶剂中的一种或一种以上的组合，值得注意的是混合溶剂中各组分之间不应发生化学反应。所述的有机溶剂包括乙醇、甘油、二甲基亚砜以及四氢呋喃等中的一种或多种的组合。
上述技术方案中，根据不同的应用需求，步骤(1)的聚合物溶液中还可以含有填料，聚合物溶液中填料的质量通常不超过聚合物溶液中聚合物质量的50wt.％。因聚合物溶液中的分子链段具有较强的运动能力，因而可选择与聚合物基团能产生相互作用的填料，有利于填料在溶液中的分散，进而容易地实现聚合物泡沫的功能化，赋予聚合物泡沫催化、电磁屏蔽、水处理以及抗菌等功能。所述填料可以为纳米级填料或微米级填料，具体的填料的种类和尺寸，可根据实际应用需求参照现有聚合物复合材料中的填料进行选择。例如，常见的填料包括石墨烯、碳纳米管、碳纳米纤维、石墨、具有催化功能的填料(例如纳米金、银、钯等)、亲水/疏水性填料以及维生素等。
上述技术方案中，向高压釜中通入的气体为二氧化碳、氮气、空气、氦气或低级烷烃中的一种或一种以上的混合气体。
本发明利用聚合物溶液在高压气体中制备聚合物泡沫，聚合物溶液的变化过程主要如下：
本发明利用高压气体对聚合物溶液进行发泡，当高压气体对聚合物溶液进行溶胀渗透时，聚合物分子链通过交联反应逐渐形成三维网络，而后通过泄压法或升温法，使聚合物溶液中的气体快速成核与生长，最终形成聚合物泡沫。具体地：
聚合物溶液在高压气体发泡的过程中，聚合物的三维网络结构是影响泡孔的生长和稳定的重要因素。在聚合物溶液中的分子链段具有较强的运动能力，使得溶解在聚合物溶液中的气体分子可在温和条件下克服泡孔生长的能垒迅速长大。当溶胀渗透时间较短时，体系的三维网络结构还不完善，此时基体中的气体可以发生成核与生长，但因分子链段的运动能力强且没有三维网络结构的限制，使分子链容易产生滑移，导致发泡形成的泡孔结构无法维持自身稳定而发生坍缩；随着溶胀渗透时间的延长，体系的三维网络结构逐渐完善，此时分子链段运动能力仍较强，但分子链的运动受到三维网络结构的限制而不能产生滑移，因此维持了发泡后泡孔结构的稳定。
与现有技术相比，本发明提供的技术方案产生了以下有益的技术效果：
1.本发明提供了一种利用聚合物溶液在高压气体中制备聚合物泡沫的方法，该方法首次提出使用聚合物溶液作为高压气体发泡的基材，可显著降低材料的发泡温度，从而在温和的条件下制得聚合物泡沫材料。特别是为富含羟基、羧基或氨基等活性官能团的聚合物材料的发泡提供了有效的途径，可以解决这类材料因存在强的分子间作用力或形成高度结晶区而限制了分子链的运动能力，阻碍气体的溶解、扩散、成核以及泡孔生长的问题。
2.本发明提供的方法中，溶剂不仅有利于改善气体在聚合物基体中的溶解度，而且还充当物理发泡剂，提高了基体中发泡剂的总量，使该方法所制得的泡沫材料具有较大的泡孔尺寸和较低的样品密度，可被用于材料的轻量化或隔热材料等。
3.本发明所述方法所使用的发泡基体为聚合物溶液，由于聚合物溶液中的分子链段具有较强的运动能力，有利于功能性填料的分散，同时聚合物上存在的羟基、羧基、氨基等等官能团可与功能填料之间相互作用而对功能填料进行锚定，进一步提高功能性填料在聚合物泡沫基体中的稳定性。
4.本发明的方法在向高压釜中通入气体之前，通过向高压釜中添加制备均相溶液时采用的溶剂或者为溶剂的主要成分作为辅助溶剂，并控制在溶胀渗透过程中模具中的浇铸液不与液态的辅助溶剂接触，可以进一步增大泡孔尺寸和发泡倍率。同时，通过调整发泡气体的种类、发泡方式、溶胀渗透的温度和压力、交联剂的种类与用量等条件，可以调控聚合物泡沫的泡孔尺寸与形貌。
5.本发明所述方法的工艺简单，工艺可控性好，气体来源广泛，具有良好的应用前景。
附图说明
图1是实施例1制备的没有添加辅助溶剂的聚乙烯醇(PVA)泡沫的断面的扫描电镜图。
图2是实施例2制备的添加辅助溶剂的PVA泡沫的断面的扫描电镜图。
图3是实施例3制备的没有添加辅助溶剂的壳聚糖(CS)泡沫的断面的扫描电镜图。
图4是实施例4制备的添加辅助溶剂的CS泡沫的断面的扫描电镜图。
图5是实施例5制备的没有添加辅助溶剂的负载银纳米粒子的PVA泡沫的断面的扫描电镜图。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明提供的利用聚合物溶液在高压气体中制备聚合物泡沫的方法作进一步说明。有必要指出，以下实施例只用于对本发明作进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员根据上述发明内容，对本发明做出一些非本质的改进和调整进行具体实施，仍属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例中，利用PVA溶液在高压二氧化碳(HPCD)环境中制备PVA泡沫，步骤如下：
(1)将PVA加入蒸馏水中，在95℃的水浴中搅拌至PVA完全溶解，形成PVA均相溶液；将交联剂柠檬酸充分溶于蒸馏水中，形成柠檬酸溶液；将PVA均相溶液与柠檬酸溶液混合均匀，然后离心脱除气泡，得到浇铸液；浇铸液中，PVA的浓度为15wt.％，柠檬酸的质量为PVA质量的80wt.％。
(2)将浇铸液浇铸于模具中并置于高压釜中，向高压釜中通入CO2气体作为物理发泡剂，控制高压釜内的温度为110℃、压力为10MPa。此时，CO2气体对模具内的浇铸液进行溶胀渗透，浇铸液中的PVA与交联剂在溶胀渗透过程中发生交联反应。当溶胀渗透时间为80min时，CO2气体在浇铸液中达到饱和且PVA在柠檬酸作用下形成了三维网络结构，通过卸压法将高压釜内的压力降至常压使交联后的PVA基体发泡。
(3)将步骤(2)所得发泡产物在80℃真空干燥，即得PVA泡沫。
本实施例制备的PVA泡沫的直径约为13mm。溶液中水分子与PVA分子的相互作用削弱了PVA分子间的相互作用，使得PVA材料内的晶区被溶解。由图1可知，在110℃下便制得低密度的PVA泡沫，加工温度较低，有利于减少泡沫材料生产的能耗。本实施例制备的PVA泡沫的断面的扫描电镜图片如图1所示。在发泡过程中，溶液中水不仅有利于进一步提高气体在基体中的溶解度，而且在发泡过程中充当物理发泡剂。因此制得PVA泡沫的泡孔尺寸大，样品的密度为0.25g/cm3。
实施例2
本实施例中，利用PVA溶液在HPCD环境中制备PVA泡沫，并在制备过程中向高压釜中添加溶剂辅助发泡，步骤如下：
(1)将PVA加入蒸馏水中，在95℃的水浴中搅拌至PVA完全溶解，形成PVA均相溶液；将交联剂柠檬酸充分溶于蒸馏水中，形成柠檬酸溶液；将PVA均相溶液与柠檬酸溶液混合均匀，然后离心脱除气泡，得到浇铸液；浇铸液中，PVA的浓度为15wt.％，柠檬酸的质量为PVA质量的80wt.％。
(2)将浇铸液浇铸于模具中并置于高压釜中，然后向高压釜中加入高压釜容积2％的蒸馏水，注意蒸馏水不接触模具中的浇铸液，之后向高压釜中通入CO2气体作为物理发泡剂，控制高压釜内的温度为110℃、压力为10MPa。此时，CO2气体对模具内的浇铸液进行溶胀渗透，浇铸液中的PVA与交联剂在此过程中发生交联反应。当溶胀渗透时间为120min时，CO2气体在浇铸液中达到饱和且PVA在柠檬酸作用下形成了三维网络结构，通过卸压法将高压釜内的压力降至常压使交联后的PVA基体发泡。
在步骤(2)的制备过程中，模具中的浇铸液始终不与高压釜中的液态蒸馏水接触。
(3)将步骤(2)所得发泡产物在80℃真空干燥，即得PVA泡沫。
本实施例制备的PVA泡沫的直径约为25mm。本实施例制备的PVA泡沫的断面的扫描电镜图片如图2所示。实施例2与实施例1相比，在浇铸液饱和过程中，向高压釜中引入了蒸馏水辅助发泡，蒸馏水的存在能抑制浇铸液表面的水分子向HPCD的转移，维持PVA溶液中分子链间的距离，进而使得步骤(2)需要更长的溶胀渗透时间才能形成完善的三维网络结构，但维持溶液体系的交联平衡，使得材料的泡孔尺寸更加均匀。同时，向高压釜中引入蒸馏水抑制浇铸液中的水分子向环境中的转移，使得浇铸液内的发泡剂含量增加，进一步增大了PVA泡沫的泡孔尺寸，样品密度为0.051g/cm3。
实施例3
本实施例中，利用CS溶液在HPCD环境中制备CS泡沫，步骤如下：
(1)将CS加入质量分数为1.50wt.％的乙酸溶液中，在常温搅拌至CS完全溶解，形成CS均相溶液；将交联剂柠檬酸充分溶于蒸馏水中，形成柠檬酸溶液；将CS均相溶液与柠檬酸溶液混合均匀，然后离心脱除气泡，得到浇铸液；浇铸液中，CS的浓度为6wt.％，柠檬酸的质量为CS质量的66.7wt.％。
(2)将浇铸液浇铸于模具中并置于高压釜中，向高压釜中通入CO2气体作为物理发泡剂，控制高压釜内的温度为60℃、压力为10MPa。此时，CO2气体对模具内的浇铸液进行溶胀渗透，浇铸液中的CS分子与交联剂在溶胀渗透过程中发生交联反应。当溶胀渗透时间为120min时，CO2气体在浇铸液中达到饱和且CS再柠檬酸作用下形成三维网络结构，通过卸压法将高压釜内的压力降至常压使交联后的CS基体发泡。
(3)将步骤(2)所得发泡产物在40℃真空干燥，即得CS泡沫。
本实施例制备的CS泡沫的直径约为12mm。本实施例制备的CS泡沫的断面的扫描电镜图片如图3所示。本实施例所选用的聚合物基材为只溶于酸性溶液的CS，通过调节工艺条件即可通过高压气体发泡法制得CS泡沫。本实施例在温和的温度下制得CS泡沫，泡孔尺寸较大，样品密度为0.36g/cm3。
实施例4
本实施例中，利用CS溶液在HPCD环境中制备CS泡沫，并在制备过程中向高压釜中添加溶剂辅助发泡，步骤如下：
(1)将CS加入质量分数为1.50wt.％的乙酸溶液中，在常温搅拌至CS完全溶解，形成CS均相溶液；将交联剂柠檬酸充分溶于蒸馏水中，形成柠檬酸溶液；将CS均相溶液与柠檬酸溶液混合均匀，然后离心脱除气泡，得到浇铸液；浇铸液中，CS的浓度为6wt.％，柠檬酸的质量为CS质量的66.7wt.％。
(2)将浇铸液浇铸于模具中并置于高压釜中，然后向高压釜中加入高压釜容积2％的蒸馏水，注意蒸馏水不接触模具中的浇铸液，之后向高压釜中通入CO2气体作为物理发泡剂，控制高压釜内的温度为60℃、压力为10MPa。此时，CO2气体对模具内的浇铸液进行溶胀渗透，浇铸液中的CS与交联剂在溶胀渗透过程中发生交联反应。当溶胀渗透时间为150min时，CO2气体在浇铸液中达到饱和且CS在柠檬酸作用下形成三维网络结构，通过卸压法将高压釜内的压力降至常压使交联后的CS基体发泡。
在步骤(2)的制备过程中，模具中的浇铸液始终不与高压釜中的液态蒸馏水接触。
(3)将步骤(2)所得发泡产物在40℃真空干燥，即得PVA泡沫。
本实施例制备的CS泡沫的直径约为22mm。本实施例制备的CS泡沫的断面的扫描电镜图片如图4所示。实施例4与实施例3相比，在溶胀渗透过程中向高压釜中引入了蒸馏水辅助发泡，进一步增大了CS泡沫的泡孔尺寸，样品密度为0.098g/cm3。
实施例5
本实施例中，利用PVA溶液在高压氮气环境中制备负载有银纳米粒子的PVA泡沫，步骤如下：
(1)将PVA和硝酸银加入蒸馏水中，在95℃的水浴中搅拌至PVA完全溶解，形成含硝酸银的PVA均相溶液，向含硝酸银的PVA均相溶液中加入硼氢化钠，在60℃的水浴中搅拌至混合均匀；将交联剂柠檬酸充分溶于蒸馏水中，形成柠檬酸溶液；将含硝酸银和硼氢化钠的PVA溶液与柠檬酸溶液混合均匀，离心脱除气泡，得到浇铸液；浇铸液中，PVA的浓度为17.6wt.％，柠檬酸的质量为PVA质量的66.7wt.％，硝酸银的质量为PVA质量的4.6wt.％，硼氢化钠的质量为PVA质量的0.1wt.％。
(2)将浇铸液浇铸于模具中并置于高压釜中，向高压釜中通入氮气作为物理发泡剂，控制高压釜内的温度为110℃、压力为10MPa。此时，氮气对模具内的浇铸液进行溶胀渗透，浇铸液中的PVA与交联剂在溶胀渗透过程中发生交联反应。当溶胀渗透时间为90min时，CO2气体在浇铸液中达到饱和且PVA在柠檬酸作用下形成三维网络结构，通过卸压法将高压釜内的压力降至常压使交联后的PVA基体发泡。
(3)将步骤(2)所得发泡产物在80℃真空干燥，即得负载有银纳米粒子的PVA泡沫。
本实施例制备的PVA泡沫的直径约为15mm。本实施例制备的负载有银纳米粒子的PVA泡沫的断面的扫描电镜图片如图5所示，样品密度为0.32g/cm3。
实施例6
本实施例中，利用海藻酸钠(SA)溶液在高压氮气环境中制备SA泡沫，步骤如下：
(1)将SA加入蒸馏水中，搅拌至SA完全溶解，形成SA均相溶液；将交联剂苹果酸充分溶于蒸馏水中，形成苹果酸溶液；将SA均相溶液与苹果酸溶液混合均匀，然后离心脱除气泡，得到浇铸液；浇铸液中，SA的浓度为10wt.％，苹果酸的质量为SA质量的80wt.％。
(2)将浇铸液浇铸于模具中并置于高压釜中，向高压釜中通入氮气作为物理发泡剂，控制高压釜内的温度为100℃、压力为12MPa。此时氮气对模具内的浇铸液进行溶胀渗透，浇铸液中的SA与交联剂在溶胀渗透过程中发生交联反应。当溶胀渗透时间为80min时，氮气在浇铸液中达到饱和且SA在苹果酸作用下形成三维网络结构，通过卸压法将高压釜内的压力降至常压使交联后的SA基体发泡。
(3)将步骤(2)所得发泡产物在80℃真空干燥，即得SA泡沫。
实施例7
本实施例中，制备SA泡沫，操作与实施例6基本相同，不同之处仅在于：步骤(2)在将模具置于高压釜中之后，再向高压釜中加入高压釜容积20％的蒸馏水，注意蒸馏水不接触模具中的浇铸液，并且在步骤(2)的制备过程中，模具中的浇铸液始终不与高压釜中的液态蒸馏水接触。
实施例8
本实施例中，利用PVA与CS的混合溶液在HPCD环境中制备PVA-CS复合泡沫，步骤如下：
(1)将PVA加入蒸馏水中，在95℃的水浴中搅拌至PVA完全溶解，形成PVA均相溶液；将CS加入质量分数为1.50wt.％的乙酸溶液中，在常温搅拌至CS完全溶解，形成CS均相溶液；将交联剂柠檬酸充分溶于蒸馏水中，形成柠檬酸溶液；
将PVA均相溶液、CS均相溶液与柠檬酸溶液混合均匀，然后离心脱除气泡，得到浇铸液；浇铸液中，PVA的浓度为12wt.％，CS的浓度为4wt.％，柠檬酸的质量为PVA与CS质量之和的70wt.％。
(2)将浇铸于模具中的浇铸液置于高压釜中，向高压釜中通入CO2气体作为物理发泡剂，控制高压釜内的温度为30℃、压力为5MPa。此时CO2气体对模具内的浇铸液进行溶胀渗透，而浇铸液中的PVA、CS与柠檬酸在溶胀渗透过程中发生交联反应。当溶胀渗透时间为1080min时，CO2气体在浇铸液中达到饱和且PVA和CS在柠檬酸作用下形成三维网络结构，而后以1MPa/s的速率将压力降至常压，并将样品置于80℃油浴锅中发泡3min。
(3)将步骤(2)所得发泡产物在80℃真空干燥，即得PVA-CS复合泡沫。
实施例9
本实施例中，制备PVA-CS复合泡沫，操作与实施例8基本相同，不同之处仅在于：步骤(2)在将模具置于高压釜中之后，再向高压釜中加入高压釜容积10％的乙酸溶液，注意乙酸溶液不接触模具中的浇铸液，并且在步骤(2)的制备过程中，模具中的浇铸液始终不与高压釜中的液态乙酸溶液接触。
实施例10
本实施例中，利用PVA与聚丙烯酸(PAA)的混合溶液在高压丁烷环境中制备PVA-PAA复合泡沫，步骤如下：
(1)将PVA加入蒸馏水中，在95℃的水浴中搅拌至PVA完全溶解，形成PVA均相溶液；将PAA加入上述PVA均相溶液中，搅拌混合均匀，然后离心脱除气泡，得到浇铸液；浇铸液中，PVA的浓度为8wt.％，PAA的浓度为8wt.％。
(2)将浇铸液浇铸于模具中并置于高压釜中，向高压釜中通入丁烷气体作为物理发泡剂，控制高压釜内的温度为90℃、压力为12MPa。此时，丁烷气体对模具内的浇铸液进行溶胀渗透，浇铸液中的PVA与PAA分子链上的基团在溶胀渗透过程中发生交联反应。当溶胀渗透时间为180min时，丁烷气体在浇铸液中达到饱和且PVA与PAA交联反应形成三维网络结构，通过卸压法将高压釜内的压力降至常压使交联后的PVA-PAA基体发泡。
(3)将步骤(2)所得发泡产物在80℃真空干燥，即得PVA-PAA复合泡沫。
实施例11
本实施例中，制备PVA-PAA复合泡沫，操作与实施例10基本相同，不同之处仅在于：步骤(2)在将模具置于高压釜中之后，再向高压釜中加入高压釜容积15％的蒸馏水，注意蒸馏水不接触模具中的浇铸液，并且在步骤(2)的制备过程中，模具中的浇铸液始终不与高压釜中的液态蒸馏水接触。
Claims (10)
1.一种利用聚合物溶液在高压气体中制备聚合物泡沫的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)对聚合物溶液进行脱气处理，得到浇铸液；所述聚合物溶液为均相溶液，或者为含交联剂的均相溶液，所述均相溶液是将聚合物溶于溶剂中形成的；所述聚合物在步骤(2)高压釜的温度T条件下能交联形成三维网络结构，或者所述聚合物在步骤(2)高压釜的温度T条件下能与交联剂交联形成三维网络结构；
(2)将浇铸液浇铸于模具中，将模具置于高压釜中，向高压釜中通入气体作为物理发泡剂，控制高压釜内的温度为T、压力为P，所述气体对模具内的浇铸液进行溶胀渗透，浇铸液中的聚合物、或者聚合物与交联剂在溶胀渗透过程中发生交联反应，当聚合物分子形成三维网络结构后，通过卸压法或升温法发泡；
(3)将步骤(2)所得发泡产物真空干燥，即得聚合物泡沫。
2.根据权利要求1所述利用聚合物溶液在高压气体中制备聚合物泡沫的方法，其特征在于，步骤(2)中控制高压釜的温度T为20～170℃、压力P为0.2～30MPa。
3.根据权利要求1所述利用聚合物溶液在高压气体中制备聚合物泡沫的方法，其特征在于，步骤(2)中控制溶胀渗透的时间为5～1440min。
4.根据权利要求1至3中任一权利要求所述利用聚合物溶液在高压气体中制备聚合物泡沫的方法，其特征在于，步骤(2)在向高压釜中通入气体之前，向高压釜中添加了辅助溶剂，所述辅助溶剂为制备均相溶液时采用的溶剂或者为所述溶剂中的主要成分，在步骤(2)的制备过程中，模具中的浇铸液不与液态的辅助溶剂接触。
5.根据权利要求4所述利用聚合物溶液在高压气体中制备聚合物泡沫的方法，其特征在于，步骤(2)的高压釜中添加的辅助溶剂的量为高压釜容积的0.5％～80％。
6.根据权利要求1至3中任一权利要求所述利用聚合物溶液在高压气体中制备聚合物泡沫的方法，其特征在于，所述均相溶液中含有一种或者一种以上的聚合物。
7.根据权利要求1至3中任一权利要求所述利用聚合物溶液在高压气体中制备聚合物泡沫的方法，其特征在于，浇铸液中聚合物的含量为1wt.％～60wt.％，当浇铸液中含有交联剂时，浇铸液中交联剂的质量不超过聚合物质量的150wt.％。
8.根据权利要求1至3中任一权利要求所述利用聚合物溶液在高压气体中制备聚合物泡沫的方法，其特征在于，步骤(1)的聚合物溶液中还包括填料，聚合物溶液中填料的质量不超过聚合物质量的50wt.％。
9.根据权利要求1至3中任一权利要求所述利用聚合物溶液在高压气体中制备聚合物泡沫的方法，其特征在于，所述溶剂为水、碱性溶剂、酸性溶剂以及有机溶剂中的一种或一种以上的组合，而且混合溶剂中各组分之间不应发生化学反应。
10.根据权利要求1至3中任一权利要求所述利用聚合物溶液在高压气体中制备聚合物泡沫的方法，其特征在于，向高压釜中通入的气体为二氧化碳、氮气、空气、氦气或低级烷烃中的一种或一种以上的混合气体。
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