肖 軍

泡沫塑料中，聚丙烯PP發(fā)泡材料有很多優(yōu)點(diǎn)：聚丙烯剛性優(yōu)于聚乙烯PE，PP彎曲模量大約為1.52GPa，PE僅為207MPa，耐化學(xué)性與PE相似；聚丙烯的玻璃化溫度低于室溫，抗沖擊性能優(yōu)于PS，而且相比PS泡沫的難回收性，聚丙烯泡沫是一種環(huán)境友好的材料；聚丙烯有較高的熱變形溫度，可以在一些高溫領(lǐng)域中應(yīng)用。聚丙烯是一種結(jié)晶聚合物，其發(fā)泡只能在結(jié)晶熔點(diǎn)附近進(jìn)行，超過熔點(diǎn)熔體粘度迅速下降。通用聚丙烯樹脂的熔體強(qiáng)度很低，發(fā)泡成型非常困難。但和其他聚烯烴材料相比，聚丙烯具有較高的剛性、優(yōu)良的力學(xué)性能、良好的熱和化學(xué)穩(wěn)定性。因此，聚丙烯無疑是制備發(fā)泡制品的首選材料，但聚丙烯發(fā)泡技術(shù)的起步則相對(duì)較晚，加速對(duì)聚丙烯發(fā)泡技術(shù)，尤其是聚丙烯環(huán)境友善發(fā)泡技術(shù)的研究、開發(fā)和推廣應(yīng)用，已成為各國關(guān)注的焦點(diǎn)，新技術(shù)不斷推出，部分已商業(yè)化。

一、研究開發(fā)聚丙烯發(fā)泡材料成為創(chuàng)新熱點(diǎn)

泡沫塑料種類很多，我們?nèi)粘Ｉ钪薪?jīng)常接觸的有：聚丙烯泡沫塑料、聚苯乙烯泡沫塑料、聚氨酯泡沫塑料、聚氯乙烯泡沫塑料、酚醛泡沫塑料、環(huán)氧樹脂泡沫塑料等等。其中應(yīng)用最為廣泛的要屬聚苯乙烯泡沫塑料和酚醛泡沫塑料。泡沫塑料也叫多孔塑料。以樹脂為主要原料制成的內(nèi)部具有無數(shù)微孔的塑料。質(zhì)輕、絕熱、吸音、防震、耐腐蝕。廣泛用做絕熱、隔音、包裝材料及制車船殼體等。泡沫塑料的分類方法較多，常見的有三種。按硬度分類分為軟質(zhì)泡沫塑料、硬質(zhì)泡沫塑料和半硬質(zhì)泡沫塑料三類。軟質(zhì)泡沫塑料彈性模量小于70MPa；硬質(zhì)泡沫塑料彈性模量大于700MPa；半硬質(zhì)泡沫塑料彈性模量70～700MPa。按密度分類分為低發(fā)泡、中發(fā)泡和高發(fā)泡泡沫塑料三類。低發(fā)泡泡沫塑料密度大于400kg/m3；中發(fā)泡泡沫塑料密度100～400kg/m3；高發(fā)泡泡沫塑料密度小于100kg/m3。按泡孔結(jié)構(gòu)分類微孔間互相連通的稱為開孔型泡沫塑料，互相封閉的稱為閉孔型泡沫塑料。

聚苯乙烯泡沫塑料曾經(jīng)是應(yīng)用最為廣泛泡沫塑料品種。但由于聚苯乙烯制品廢棄物體積大、不腐爛、難回收，對(duì)周圍環(huán)境造成“白色污染”，所以歐洲共同體制定了強(qiáng)制性的“包裝規(guī)則”，將發(fā)泡PS列入“避免使用”范圍，聯(lián)合國環(huán)保組織也決定在全世界范圍內(nèi)停止生產(chǎn)和使用發(fā)泡PS。聚氨脂泡沫片材在發(fā)泡過程中存在對(duì)人體有害的異氰酸脂殘留物，而且發(fā)泡材料無法回收。聚乙烯泡沫塑料具有優(yōu)異的抗化學(xué)腐蝕性、吸震性、燃燒無毒性和易于回收性，人們對(duì)聚乙烯泡沫塑料的性能及其發(fā)泡性能、發(fā)泡過程進(jìn)行了大量的研究，但是聚乙烯泡沫塑料存在力學(xué)性能比較低，耐熱性不高，不易于降解的缺點(diǎn)，限制了其廣泛應(yīng)用。聚丙烯泡沫塑料就是人們近年來尋找到的一種新型的泡沫塑料，與其它泡沫塑料相比，聚丙烯泡沫塑料不但具有優(yōu)異的力學(xué)性能和熱性能，而且具有可回收、可降解等優(yōu)異的環(huán)保性能，引起了各國研究者、生產(chǎn)商和消費(fèi)者的極大興趣，各國投入了大量的人力、物力進(jìn)行研究開發(fā)，目前幾乎所有的世界著名的聚合物生產(chǎn)商都在進(jìn)行研究開發(fā)。

與其他發(fā)泡材料制品相比，聚丙烯發(fā)泡材料是一種性能卓越的高結(jié)晶型聚合物/氣體復(fù)合材料，以其獨(dú)特而優(yōu)越的性能成為目前增長最快的新型的環(huán)保、抗壓、緩沖、隔熱材料。聚丙烯發(fā)泡制品具有良好的熱穩(wěn)定性，其熱變形溫度遠(yuǎn)高于聚乙烯發(fā)泡材料，其最高使用溫度可達(dá)130℃，并且高溫下制品的尺寸穩(wěn)定性好。同時(shí)由于聚丙烯的玻璃化溫度低于室溫，這使其具有比PS更高的抗沖擊性能，所以聚丙烯發(fā)泡材料具有十分優(yōu)異的抗震吸能性能以及高的形變后回復(fù)率。聚丙烯泡沫塑料還具有很好的耐熱性、耐化學(xué)品、耐油性和隔熱性，具有較高的拉伸強(qiáng)度和抗沖擊強(qiáng)度以及較高的韌性、適宜和柔順的表面、優(yōu)異的微波適應(yīng)性、良好的環(huán)境效應(yīng)和易于回收等優(yōu)點(diǎn)。這些優(yōu)越性使PP發(fā)泡材料廣泛應(yīng)用在包裝、汽車緩沖和隔熱材料等各個(gè)領(lǐng)域。發(fā)泡PP是一種環(huán)保材料，其主要成分為熱塑性樹脂聚丙烯，不僅可回收再利用，而且由于聚丙烯分子鏈上具有活潑的甲基氫原子，在光照作用下容易產(chǎn)生分子鏈降解反應(yīng)，這使材料具備自然光降解的特性，如果對(duì)其進(jìn)行生物改性還可以使其具備生物降解特性，從而制得光/生物雙降解材料，這樣在作一次性包裝材料使用時(shí)就不會(huì)造成白色污染，大大減輕對(duì)環(huán)境的壓力。所以發(fā)泡聚丙烯也是制備環(huán)保型發(fā)泡包裝制品的首選材料。聚丙烯發(fā)泡材料可以借助于現(xiàn)有的擠出設(shè)備及二次成型設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn)，固定資產(chǎn)的投資遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于PS和聚氨酷泡沫塑料，其生產(chǎn)工藝也比較簡單，可以采用擠出發(fā)泡成型片材，再進(jìn)行熱成型，發(fā)泡PP片材總的加工成本低于現(xiàn)有的其他發(fā)泡材料。因此聚丙烯發(fā)泡材料的研制成功具有重大的實(shí)際意義，它必將帶來發(fā)泡材料生產(chǎn)與應(yīng)用領(lǐng)域的革命，從根本上改變國內(nèi)外泡沫塑料市場(chǎng)格局，所以聚丙烯發(fā)泡材料的生產(chǎn)已經(jīng)成為新的創(chuàng)新熱點(diǎn)，我國也將其列為十二五塑料發(fā)展的重點(diǎn)。

二、聚丙烯發(fā)泡材料的性能特點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域

聚丙烯泡沫塑料是以聚丙烯樹脂為主體，加入發(fā)泡劑及其它添加劑制成。它機(jī)械強(qiáng)度較好，有優(yōu)良的抗拉強(qiáng)度、柔韌性和彈性摩擦系數(shù)大，耐磨性能好，有助于制止與其相接觸的光滑表面的滑動(dòng)密度小，絕熱性優(yōu)良；無毒、無味等，但它對(duì)光的穩(wěn)定性差。

工業(yè)上用的聚丙烯塑料發(fā)泡材料（EPP），由固體和氣體兩個(gè)相組成，呈黑色、粉紅色或白色的顆粒狀，直徑大小一般在2～7mm之間。EPP顆粒的外壁是閉合的，內(nèi)部充滿了氣體。通常，其固相成分只占總重量的2%～10%，其余部分均為氣體。該發(fā)泡材料具有如下特性：比重輕，其密度一般為17～100kg/m3。客戶可根據(jù)不同模制品的需求，選用不同密度大小的預(yù)發(fā)泡原料；耐溫能力強(qiáng)，通?？沙惺?40℃～110℃的溫度，在短時(shí)間內(nèi)可承受的溫度范圍甚至更大；緩沖性能好，即使在墊層不厚的情況下也能起到很好的緩沖作用；可以100%的回收利用。與其他泡沫材料相比，EPP是一種純粹的碳?xì)浠衔?，不含增塑劑或發(fā)泡劑等其它任何不利于再循環(huán)的化學(xué)物質(zhì)，因此加熱后即可消解，燃燒后留下的只是水和二氧化碳。即使是在100℃下進(jìn)行霧測(cè)試，也能滿足環(huán)保法規(guī)的要求。此外，當(dāng)EPP與其他聚丙烯如PP薄膜、注塑骨架、TPO面料等結(jié)合在一起時(shí)，還可實(shí)現(xiàn)所謂的“材料一體化系統(tǒng)”，即該系統(tǒng)在被回收利用時(shí)不需要進(jìn)行分解。

聚丙烯（PP）剛性優(yōu)于聚乙烯（PE），PP彎曲模量大約為1.52GPa，PE僅為207MPa，耐化學(xué)性與PE相似。其壓縮強(qiáng)度略低于硬質(zhì)PUR和發(fā)泡PS，但比軟質(zhì)PUR和PE高。聚丙烯的玻璃化溫度低于室溫，抗沖擊性能優(yōu)于PS，而且相比PS泡沫的難回收性，聚丙烯泡沫是一種環(huán)境友好的材料。聚丙烯有較高的熱變形溫度，可以在一些高溫領(lǐng)域中應(yīng)用。發(fā)泡聚丙烯通常能耐130℃的高溫，比聚乙烯泡沫的最高使用溫度80℃高得多。封閉式泡孔結(jié)構(gòu)使其熱導(dǎo)率不會(huì)因潮濕而受影響，因此可用作保溫材料，制品即使在-30℃時(shí)也表現(xiàn)出很好的性能；由于PP發(fā)泡制品具有很好的吸收能量特性，具有優(yōu)異的抗壓吸能性能，廣泛應(yīng)用于汽車保險(xiǎn)杠能量處理系統(tǒng)及其他防沖撞吸能部件；PP發(fā)泡制品受多次連續(xù)撞擊和撓曲變形后會(huì)很快恢復(fù)原始形狀，而不產(chǎn)生永久形變；PP發(fā)泡制品的密度能夠達(dá)到很低水平，因此能大幅度降低重量，同時(shí)PP發(fā)泡制品柔韌性好，可反復(fù)使用，不易破碎；易回收再利用，易分解，制品不含對(duì)人體有毒有害的成分，燃燒不產(chǎn)生有毒物質(zhì)；PP發(fā)泡制品是半硬質(zhì)成形，具有適度的硬度、柔軟性，不會(huì)擦傷、碰傷與其接觸的物體，具有較好的表面保護(hù)性。

發(fā)泡聚丙烯通常能耐130℃的高溫，比聚乙烯泡沫的最高使用溫度80℃高得多。封閉式泡孔結(jié)構(gòu)使其熱導(dǎo)率不會(huì)因潮濕而受影響，因此可用作保溫材料；良好的低溫特性：制品即使在-30℃時(shí)也表現(xiàn)出很好的性能；能量吸收：由于PP發(fā)泡制品具有很好的吸收能量特性，具有優(yōu)異的抗壓吸能性能。廣泛應(yīng)用于汽車保險(xiǎn)杠能量處理系統(tǒng)及其他防沖撞吸能部件；尺寸形狀恢復(fù)穩(wěn)定性：PP發(fā)泡制品受多次連續(xù)撞擊和撓曲變形后會(huì)很快恢復(fù)原始形狀，而不產(chǎn)生永久形變；質(zhì)量輕且能夠反復(fù)使用；PP發(fā)泡制品的密度能夠達(dá)到很低水平，因此能大幅度降低重量，同時(shí)PP發(fā)泡制品柔韌性好，可反復(fù)使用，不易破碎；易回收再利用，易分解，制品不含對(duì)人體有毒有害的成分，燃燒不產(chǎn)生有毒物質(zhì)；具有良好的表面保護(hù)性和隔音性能：PP發(fā)泡制品是半硬質(zhì)成形，具有適度的硬度、柔軟性，不會(huì)擦傷、碰傷與其接觸的物體，具有較好的表面保護(hù)性。聚丙烯樹脂具有質(zhì)輕、原料來源豐富、性能價(jià)格比優(yōu)越以及優(yōu)良的耐熱性、耐化學(xué)腐蝕性、易于回收等特點(diǎn)，是世界上產(chǎn)量增長量最快的通用熱塑性樹脂，目前，我國PP樹脂已成為產(chǎn)量最大的樹脂品種。然而應(yīng)用主要是編織產(chǎn)品和農(nóng)用薄膜，PP樹脂行業(yè)面臨消費(fèi)結(jié)構(gòu)單一，需求不旺且產(chǎn)品檔次低的問題。各樹脂生產(chǎn)企業(yè)都在積極調(diào)整生產(chǎn)思路，開發(fā)生產(chǎn)適銷對(duì)路、高質(zhì)量、高附加值的專用料，以使PP具有更大的應(yīng)用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)效益。近年來聚丙烯泡沫的研究開發(fā)也成為熱點(diǎn)，盡管聚丙烯發(fā)泡產(chǎn)品具有良好的性能和應(yīng)用前景，但聚丙烯泡沫的開發(fā)難度很大，目前國內(nèi)尚未有其相關(guān)的、可工業(yè)化的核心技術(shù)。目前一些發(fā)達(dá)國家正在大力發(fā)展并作為替代發(fā)泡聚苯乙烯的綠色包裝材料。

發(fā)泡塑料模板（PP發(fā)泡板）耐摩擦，易清洗，阻燃性好，使用壽命長，能承受巨大的負(fù)荷。而且這種模板周轉(zhuǎn)次數(shù)多，可反復(fù)利用，與木模板、竹膠板相比，可降低工程造價(jià)。此外，這種模板還可以根據(jù)工程需要靈活調(diào)整規(guī)格，減少接縫數(shù)量，大大提高支模效率?，F(xiàn)今，該生產(chǎn)技術(shù)已成功的應(yīng)用在市場(chǎng)；并給企業(yè)帶來了很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。該技術(shù)在國內(nèi)處于技術(shù)領(lǐng)先地位，完全可以與發(fā)達(dá)國家制造的塑料模板相媲美?，F(xiàn)在各地有生產(chǎn)基地。這些生產(chǎn)基地的建立，對(duì)再生聚烯烴塑料帶來了廣闊的市場(chǎng)，特別是為PP再生塑料的低發(fā)泡改性帶來了可喜的市場(chǎng)前景。

復(fù)合發(fā)泡塑料模板為塑料合金類，屬高科技產(chǎn)品，技術(shù)已達(dá)到國際領(lǐng)先水平。塑料模板的整體性好，表面硬度高，耐磨擦，易清洗，施工溫度適應(yīng)范圍大，耐熱耐寒，抗老化，能承受各種施工負(fù)荷、重量輕、使用壽命長、施工輕便，省工40%以上，有效降低人工成本，省時(shí)40%以上，大幅提高施工效率，廣泛適用于高層建筑及橋梁施工；周轉(zhuǎn)率高，可周轉(zhuǎn)使用50次以上。可進(jìn)行回收再加工，充分利用廢舊原料。

無煙綠色環(huán)保，無任何有毒有害氣體排放；幅面大，最大寬度為2000mm，長度不限；寬度，長度都可以根據(jù)工程需要任意調(diào)節(jié)，減少接縫數(shù)量，可大大提高支模工作效率。

有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，不翹曲、不開裂、不變形；耐水性能好，在水中長期浸泡不分層，不起泡，板材尺寸穩(wěn)定；韌性好，可做變曲面的模板；脫模容易，除去下方支撐，基本自動(dòng)脫落。

塑料模板屬高分子材料，表面光潔度高，做清水混凝土，澆注物件表面光滑美觀，混凝土澆注后能夠達(dá)到清水墻要求，減去墻壁二次抹灰工藝，可直接貼面裝飾，減縮工期30%。產(chǎn)品耐酸、耐堿，防腐性能好，非常適合在沿海地區(qū)、地下工程、礦井、海堤壩等工程中應(yīng)用。使用和存放均不需要做任何防腐處理，不污染混凝土表面。施工性能好，可鋸，可鉆，縱、橫向可以任意連接組合，釘、鋸、鉆孔等性能優(yōu)于竹木膠合板、小鋼模；可以根據(jù)施工需要加工成各種形狀的鋼框模板；安裝拆卸施工方便、快捷、安全，支撐操作方便，有利于組織施工，可有效提高施工進(jìn)度。

隨著時(shí)代科技的進(jìn)步，聚丙烯塑料發(fā)泡材料因其環(huán)保性，耐用性等優(yōu)良性能，在現(xiàn)代許多行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用，聚丙烯塑料發(fā)泡材料（EPP產(chǎn)品）的應(yīng)用領(lǐng)域有：包裝行業(yè)（如：計(jì)算機(jī)、高級(jí)醫(yī)療器具、精密儀器、聲像材料、照相機(jī)、液晶玻璃、陶瓷、工藝品、各種家用電器等的防震緩沖包裝，以免在運(yùn)輸過程中遭受損傷及破壞）；汽車行業(yè)如：汽車保險(xiǎn)杠、汽車側(cè)面防震芯、汽車車門防震芯、高級(jí)安全汽車座椅、工具箱、后備箱、扶手、底墊板、遮陽板、儀表盤等。據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)反映：目前每輛汽車平均用塑料100～130kg，其中應(yīng)用EPP塑料約4～6kg；電子行業(yè)結(jié)構(gòu)件（如：冰箱空調(diào)內(nèi)襯、太陽能熱水器上下尾托、通信設(shè)備內(nèi)襯板等等）；物流運(yùn)輸行業(yè)（如：EPP保護(hù)隔材、EPP棧板、EPP托盤、EPP周轉(zhuǎn)箱等）；玩具模型及體育用品（如玩具模型：飛機(jī)模型，船只模型；體育用品：運(yùn)動(dòng)頭盔，沖浪板，浮桶，運(yùn)動(dòng)墊；建筑行業(yè)可作為保溫、隔音效果好的建筑材料。由于EPP材料的低熱傳導(dǎo)性、低水蒸氣透過性、高能量吸收性及壓縮性，使其適于填充不平坦表面的空隙，如作為屋頂、墻壁、混凝土板、公路的伸縮縫中的填料、密封劑保持物、密封條等。EPP發(fā)泡板通過減小熱和濕氣的損失可以促進(jìn)混凝土的凝固。利用其低熱傳導(dǎo)性，EPP泡沫塑料可用于普通建筑的屋面襯墊材料，通過EPP泡沫襯墊可以減小多層建筑的聲音傳播。

三、聚丙烯材料的發(fā)泡制備技術(shù)

根據(jù)泡沫塑料發(fā)泡成型中發(fā)泡動(dòng)力的來源，一般可分為機(jī)械發(fā)泡、物理發(fā)泡、化學(xué)發(fā)泡三種類型。機(jī)械發(fā)泡是借助于機(jī)械的強(qiáng)力攪拌，使氣體均勻地混入樹脂中形成氣泡。

物理發(fā)泡則是借助于發(fā)泡劑在樹脂中物理狀態(tài)的改變，形成大量氣泡?；瘜W(xué)發(fā)泡是依靠發(fā)泡劑發(fā)生化學(xué)變化時(shí)產(chǎn)生氣體使樹脂發(fā)泡。PP發(fā)泡大多采用化學(xué)發(fā)泡，使用的發(fā)泡劑有偶氮二甲酰胺、偶氮二甲酸二異丙酯等；亦可使用氮?dú)庾魑锢戆l(fā)泡劑進(jìn)行物理發(fā)泡。

泡沫塑料的發(fā)泡過程一般可以分為二個(gè)階段：首先是在塑料熔體或液體中形成大量均勻、細(xì)密的氣泡核，然后再膨脹成為所要求的泡體結(jié)構(gòu)，最后固化定型將泡體結(jié)構(gòu)固定下來，得到泡沫塑料?；瘜W(xué)發(fā)泡聚丙烯泡沫可以按類似聚乙烯的發(fā)泡工藝，采用普通的擠出法制造，而物理發(fā)泡法一般需要設(shè)置專用的發(fā)泡劑計(jì)量、加壓和注入系統(tǒng)，發(fā)泡劑通常是在聚丙烯完全熔融的擠出機(jī)相應(yīng)位置處直接加入。隨著對(duì)環(huán)境保護(hù)、消費(fèi)后塑料回收和制品性能價(jià)格比等要求的提高，以CO2、N2、丁烷和戊烷等物理發(fā)泡劑為主的物理發(fā)泡法得到了廣泛的重視。以往的CO2物理發(fā)泡法所需施加的氣體壓力在7MPa以下，所得發(fā)泡制品大多數(shù)為開孔或者是大直徑泡孔結(jié)構(gòu)。為了得到更高泡孔密度的閉孔結(jié)構(gòu)發(fā)泡制品，通常將發(fā)泡劑在超臨界狀態(tài)下注入聚合物基體。實(shí)質(zhì)上，聚合物在成型加工的過程中，要承受高溫高壓的作用。這個(gè)高溫高壓的加工區(qū)與這些發(fā)泡劑的超臨界相態(tài)區(qū)常常也是一致的。

流體在其臨界溫度和臨界壓力以上所處的狀態(tài)，稱為超臨界狀態(tài)。處于超臨界狀態(tài)的流體也稱為超臨界流體。超臨界流體具有相對(duì)較大的、與液體相近的密度，因而有很高的溶解度，同時(shí)又具有與氣體相近的粘度，流動(dòng)性比液體好得多，傳質(zhì)系數(shù)也比液體大得多。采用超臨界流體制備微孔結(jié)構(gòu)聚合物材料的基本方法，是將超臨界流體高度飽和的聚合物熔體/氣體混和體系，在其冷卻過程中誘導(dǎo)極大的熱力學(xué)不穩(wěn)定性，通過控制或改變共混體系的壓力和溫度等工藝參數(shù)，從而在聚合物基體中形成大量的以超臨界介質(zhì)為泡核的微孔結(jié)構(gòu)材料。其主要步驟為：形成聚合物/氣體飽和體系。在一定溫度下，采用適當(dāng)方法，使高壓非反應(yīng)性氣體（CO2或N2）溶解在聚合物中，形成濃度均勻的聚合物/氣體飽和體系。體系的氣體濃度一般可達(dá)到5%～20%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）。氣體在聚合物中的溶解過程為擴(kuò)散控制，速度慢、耗時(shí)長，可采用提高溫度和壓力的方法加快擴(kuò)散速度；氣核引發(fā)通過降低壓力和/或升高溫度，使聚合物/氣體飽和體系進(jìn)入熱力學(xué)不穩(wěn)定狀態(tài)，成為過飽和體系，此時(shí)體系內(nèi)的氣體需要達(dá)到低自由能狀態(tài)，因而通過均相成核和異相成核，幾乎同時(shí)形成大量氣核；氣泡增長，體系內(nèi)的過飽和氣體，擴(kuò)散入氣核，使氣泡增長，體系的自由能持續(xù)降低。氣泡增長由允許增長時(shí)間、體系溫度、過飽和狀態(tài)、體系應(yīng)力狀態(tài)和粘彈性控制；微孔結(jié)構(gòu)定型通過淬火等方法使得到的泡體結(jié)構(gòu)固定。上述各個(gè)步驟中，得到均勻的高濃度聚合物/氣體體系、氣核引發(fā)以及氣體溢出控制是工藝的關(guān)鍵所在。這個(gè)過程牽涉到復(fù)雜的物理化學(xué)過程。采用該工藝制備的聚丙烯發(fā)泡材料的泡孔很細(xì)小，一般為5～30mm。與傳統(tǒng)技術(shù)生產(chǎn)的泡沫片材相比，這種微孔泡沫的拉伸強(qiáng)度和壓縮強(qiáng)度比同樣密度的發(fā)泡片材高30%～40%，而且可以在現(xiàn)有生產(chǎn)線上生產(chǎn)。

超臨界流體技術(shù)為微孔結(jié)構(gòu)聚合物材料的制備提供了廣闊的前景。微孔結(jié)構(gòu)聚合物的定義是，氣泡密度在109～1012孔/cm3、氣泡直徑在1～10μm、相對(duì)密度（發(fā)泡制品的密度與純塑料密度之比）為0.05～0.95的閉孔泡沫塑料。微孔結(jié)構(gòu)材料不但能減輕重量，降低材料消耗，而且其力學(xué)和熱學(xué)性能都有更明顯的改善。由于微孔結(jié)構(gòu)材料具有更高的沖擊強(qiáng)度，能吸收更多的能量，其疲勞壽命可以數(shù)倍甚至數(shù)十倍地提高，同時(shí)其絕緣絕熱、隔音、保溫性能也會(huì)大幅度地增加。因此，優(yōu)良的微孔結(jié)構(gòu)材料既可以用做隔熱、過濾、包裝和建筑材料，也可以廣泛用作日用品和工程結(jié)構(gòu)材料。

最近幾年，一些公司還采用了交聯(lián)工藝路線來制備聚丙烯發(fā)泡制品，如采用PP和PE的混和物，將PE交聯(lián)等。但是這種工藝更復(fù)雜，投資更高。英國的Zote公司推出了一種微交聯(lián)的熱成型PP泡沫塑料，采用了兩階工藝，即首先擠出3mm厚的不發(fā)泡片，然后用過氧化物將其交聯(lián)或者采用輻照交聯(lián)，之后將其切成一定的長度，再將其置于高壓釜中，使其受熱受壓，同時(shí)使N2溶入其中。一定時(shí)間后將片材移到一個(gè)低壓釜中，使氣體從體系中逸出，這時(shí)片材膨脹到原來的22倍左右，其中有10%的閉孔結(jié)構(gòu)，密度為0.3g/cm3。最后，根據(jù)需要切成所需要的厚度。該公司欲將其產(chǎn)品應(yīng)用到汽車和運(yùn)動(dòng)器材上。

眾所周知，純聚丙烯是難以進(jìn)行發(fā)泡加工的，但是采用共混改性的方法卻能提高體系的發(fā)泡性能。共混的方法很多，可以將聚丙烯與其他聚合物進(jìn)行共混改性以獲得利于發(fā)泡加工的形態(tài)結(jié)構(gòu)，也可以在聚丙烯基體中混入適當(dāng)?shù)闹鷦┗蛱盍?，來改進(jìn)體系的發(fā)泡性能。

四、聚丙烯泡沫塑料的成型工藝

聚丙烯PP泡沫塑料常用的成型方法有擠出、注塑及模壓成型等。

擠出成型是泡沫塑料成型加工的主要方法之一，一般的異型材、板材、管材、膜片、電纜絕緣層等發(fā)泡制品都采用擠出成型。擠出成型過程中可以采用物理發(fā)泡或化學(xué)發(fā)泡兩種發(fā)泡方法。物理發(fā)泡主要采用一些碳氟化合物及其混合物，以及其它的低沸點(diǎn)液體，另外，直接注入氣體的物理發(fā)泡法也在PP泡沫塑料的擠出成型過程中得到應(yīng)用。影響擠出成型發(fā)泡的工藝參數(shù)主要包括：擠出壓力、擠出溫度、物料在擠出機(jī)中的滯留時(shí)間、口模軸向壓力等。一般來說，隨著擠出壓力的增加，泡孔尺寸減小，泡孔數(shù)量增加；高質(zhì)量的發(fā)泡體只是在較窄的溫度范圍內(nèi)才可能獲得。熔體溫度越高，聚合物熔體強(qiáng)度越低，泡內(nèi)的發(fā)泡壓力就可能超過泡沫表面張力從而使泡體破裂。必須根據(jù)特定的聚合物體系進(jìn)行優(yōu)化，確定一個(gè)適宜的發(fā)泡溫度。延長物料在擠出機(jī)內(nèi)的滯留時(shí)間，會(huì)使氣泡的數(shù)目增加。

注射發(fā)泡成型法屬于一次成型法，可簡化泡沫塑料制品的制造工序，其特點(diǎn)是產(chǎn)量高、質(zhì)量好，特別適用于形狀比較復(fù)雜、尺寸精度要求較高的制品。影響注射成型泡沫塑料制品質(zhì)量的主要有材料配方、成型設(shè)備及工藝條件三個(gè)因素。在材料配方和成型設(shè)備確定后，決定制品性能的主要因素是工藝條件。壓力、溫度和時(shí)間是最重要的工藝條件。聚合物熔體中所溶解的氣體能否游離出來形成氣泡，熔體中已形成的氣泡能否穩(wěn)定，這兩點(diǎn)與熔體壓力密切相關(guān)，因?yàn)槿垠w的壓力直接影響氣體在熔體中的溶解度。當(dāng)熔體所受外界壓力增加，氣體在熔體中溶解度增加，熔體中過飽和氣體量減少，氣泡的半徑減小。壓力的改變對(duì)熔體中氣泡的增長或塌陷的影響非常敏感，通過控制壓力來調(diào)節(jié)發(fā)泡過程是非常有效的。

聚合物的物理狀態(tài)是溫度的函數(shù)，確定適宜的溫度，對(duì)發(fā)泡成型非常重要，與溫度相關(guān)的主要工藝參數(shù)為料筒溫度、模具溫度。一般來說，提高熔體的出口溫度有利于氣泡的增長，但如果熔體溫度過高，不僅會(huì)導(dǎo)致聚合物降解，還會(huì)引起熔體粘度下降?？偟膩碚f，熔體溫度高，氣泡直徑增大，氣泡數(shù)量減少。制品的發(fā)泡倍數(shù)一般隨模溫的降低而下降，提高模溫可以改善熔體在模具中的流動(dòng)條件，還可以改善制品的表面質(zhì)量，提高制品的發(fā)泡倍數(shù)。但是冷卻定型的時(shí)間將延長，不利于提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率。注射速率對(duì)發(fā)泡制品的泡孔均勻性、發(fā)泡倍數(shù)及表面質(zhì)量都有較大的影響。聚合物熔體高速充模，可以獲得大小均勻的泡孔，提高注射速率可以明顯增大制品的發(fā)泡倍數(shù)。

PP泡沫塑料還可以通過模壓成型工藝成型制品，泡沫塑料的模壓成型工藝可分為一步法和二步法。一步法的發(fā)泡過程是一次性完成的，物料經(jīng)配料混合后，模壓成型坯，然后加熱加壓發(fā)泡制得泡沫塑料制品。二步法的基本程序與一步法相似，一次發(fā)泡后，一部分發(fā)泡劑分解使物料部分發(fā)泡，隨之冷卻，趁熱在常壓下進(jìn)行第二次發(fā)泡。由于二步法發(fā)泡時(shí)物料的膨脹速率大大降低，發(fā)泡倍數(shù)可以加大。具體的模壓成型方法有多種，可視原材料的形成、制品的情況而定。比較典型的一種方法是PP發(fā)泡粒子的模壓熔結(jié)成型，先將閉孔的發(fā)泡PP加入模具中，壓入氣體，然后通入水蒸氣，使粒子熔融，形成制品。

BASP公司的Neopolen P系列PP泡沫塑料典型的成型工藝包括五個(gè)步驟：一是充模。將多孔的泡沫PP粒子輸入模腔中，通過加壓使多孔粒子壓縮；二成型。模腔中的泡沫PP粒子經(jīng)水蒸氣加熱，脹大并熔融。根據(jù)泡沫PP粒子的品種來選擇水蒸氣的入口壓力，一般控制在0.25～0.42MPa范圍內(nèi)；三冷卻定型。為了保證制品脫模后不至于脹大或裂開，應(yīng)冷卻至適當(dāng)?shù)臏囟确侥荛_模，脫模時(shí)間取決于PP泡沫塑料的密度及制品的壁厚；四脫模。制品通過機(jī)械方法或壓縮空氣脫模；五是后處理。制品在80℃的環(huán)境中放置6h以上，進(jìn)行熱處理并除去所吸水分。

五、聚丙烯材料發(fā)泡制品的應(yīng)用與市場(chǎng)發(fā)展前景

我國屬于嚴(yán)重缺林少材的國家，森林資源十分匱乏，人均森林面積只有世界平均水平的五分之一，人均森林蓄積量僅為世界平均水平的八分之一。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人民生活水平的提高，木材的消費(fèi)需求在不斷增長，而資源供應(yīng)的不足，使得木材供需矛盾十分尖銳。木材產(chǎn)量大幅縮減，使得這種矛盾日漸加劇，不僅總量不足，結(jié)構(gòu)性矛盾更顯突出。

據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，建筑業(yè)為我國工業(yè)部門木材消耗的第一大用戶，占工業(yè)部門木材消耗量的70%以上，隨著我國城市化程度越來越高，木材市場(chǎng)供需矛盾已成制肘行業(yè)發(fā)展的突出問題。例如，我國房屋建筑施工面積達(dá)48.2億m2，按照施工面積與模板面積之比為10∶1計(jì)算，這48.2億m2房屋要使用4.82億m2建筑模板。如果這些模板全部為木模板，那么要消耗482萬m3木材。也就是說，為了制造這些模板要砍伐1446萬棵直徑為30cm的大樹。這僅僅是房屋建筑，若將橋梁、碼頭、堤壩等建筑物計(jì)算在內(nèi)，這個(gè)數(shù)字將更令人吃驚。如何解決供需矛盾？從可持續(xù)發(fā)展角度看，木材節(jié)約和代用已成為政府提高木材利用效率，優(yōu)化木材消費(fèi)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)我國木材資源的可持續(xù)利用的一項(xiàng)重要舉措。

另一方面，目前我國塑料生產(chǎn)企業(yè)已達(dá)3萬多家，年產(chǎn)量超過2000多萬t，居世界第二位。我國每年產(chǎn)生的廢舊塑料在240萬t～480萬t左右，塑料廢棄物已占垃圾的1/4～1/3。由于缺乏系統(tǒng)的塑料回收再利用渠道以及成熟可靠的技術(shù)，再加上環(huán)保意識(shí)的淡薄，中國城市及農(nóng)村地區(qū)因塑料廢棄制品處理不當(dāng)而造成的白色污染問題，已成為中國環(huán)保事業(yè)中的一個(gè)棘手難題。而我國人均塑料的消費(fèi)量不到10kg/a，低于世界人均25kg/a的水平，更低于西方發(fā)達(dá)國家人均近90kg/a的水平。隨著經(jīng)濟(jì)的持續(xù)高速發(fā)展，所產(chǎn)生的塑料垃圾必將成倍增長，因此我們迫切需要找到一條經(jīng)濟(jì)有效，能夠規(guī)?；貙?duì)廢舊塑料合理回收利用，大大提高塑料制品的回收率，降低并消除塑料制品對(duì)環(huán)境的潛在危害的方法和途徑。

從全球范圍看，塑料廢棄物形成的“白色污染”已成為困擾整個(gè)人類生存環(huán)境與人類自身發(fā)展的問題之一，如何將塑料垃圾變廢為寶，減少木材的大量使用，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展？綠色、環(huán)保節(jié)能產(chǎn)品已經(jīng)成為21世紀(jì)建材工業(yè)的發(fā)展方向和出路。而且，人們?cè)谶x擇建筑材料時(shí)，一方面，不但希望其具備成本低廉、環(huán)保、耐用、易維護(hù)、施工簡便等功能于一身，而且對(duì)于建材的節(jié)能性和可重復(fù)使用性也提出了更高的要求，而現(xiàn)在市場(chǎng)上的大部分建材產(chǎn)品功能單一，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足消費(fèi)者的綜合需求；另一方面，隨著森林資源的減少和國家產(chǎn)業(yè)政策的調(diào)整，使用不可再生資源的成本越來越高，限制了生產(chǎn)的盈利空間，所以追求科技含量高的替代品成為各廠家的必然選擇。

復(fù)合發(fā)泡塑料模板正好解決了上述難題，它正是以再生塑料為主要原料而開發(fā)出的，可完全替代原有建材產(chǎn)品的新型高科技環(huán)保型建材產(chǎn)品。因其可以100%采用再生塑料為原料，故原材料價(jià)格低廉，制造時(shí)生產(chǎn)效率高，勞動(dòng)強(qiáng)度低，能耗低，生產(chǎn)成本低。同時(shí)產(chǎn)品可以反復(fù)使用，無需維修，施工使用報(bào)廢后100%可重復(fù)回收，經(jīng)處理后可以再生塑料模板或其他產(chǎn)品。對(duì)生產(chǎn)廠家而言可以降低生產(chǎn)成本，對(duì)施工企業(yè)而言無需支付處理報(bào)廢竹（木）模板的高額費(fèi)用，還可以得到塑料模板一定的殘值，大大降低了建筑工程造價(jià)。因此本技術(shù)可大大提高廢棄資源的綜合回收利用率，大大降低因廢棄資源處理不當(dāng)對(duì)環(huán)境造成的嚴(yán)重?fù)p害，對(duì)國家的環(huán)境綜合整治工程具有十分明顯的促進(jìn)作用。

通常，密度在0.5g/cm3以下的發(fā)泡制品稱為低密度泡沫制品，密度在0.5～0.7g/cm3之間的為中密度制品，而密度在0.7g/cm3以上的則稱為高密度制品。對(duì)于聚丙烯發(fā)泡而言，不同的工藝方法會(huì)得到不同密度的制品。不發(fā)泡的聚丙烯熱成型制品的密度大約是0.9g/cm3，化學(xué)發(fā)泡片材的密度在0.5～0.7g/cm3之間，而物理發(fā)泡片材則在0.1～0.5g/cm3之間。除了一般發(fā)泡制品已知的特點(diǎn)外，聚丙烯發(fā)泡制品還有一些獨(dú)特的性能。聚丙烯發(fā)泡制品具有良好的熱穩(wěn)定性（最高使用溫度達(dá)130℃，而聚苯乙烯僅為80℃）和高溫下制品的尺寸穩(wěn)定性、較高的韌性以及較高的拉伸強(qiáng)度和抗沖擊強(qiáng)度、適宜和柔順的表面、優(yōu)異的微波適應(yīng)性、良好的環(huán)境效應(yīng)和易于回收等。這些特點(diǎn)使得發(fā)泡聚丙烯比傳統(tǒng)聚丙烯和發(fā)泡聚苯乙烯等制品在包裝、日用和結(jié)構(gòu)材料等各個(gè)領(lǐng)域都具有更大的優(yōu)越性。

目前國內(nèi)在硬脂酸鋇對(duì)聚丙烯發(fā)泡過程的影響及其機(jī)理等方面曾有過一定的研究，但總體上，在聚丙烯發(fā)泡技術(shù)方面的研究和應(yīng)用與實(shí)際需要的水平仍相差很遠(yuǎn)。由于聚丙烯具有良好的耐應(yīng)力開裂性能，而且從擠出到熱成型PP總的加工成本低于PS，因此PP的發(fā)泡制品備受人們的青睞。聚丙烯發(fā)泡材料，尤其是發(fā)泡片材在我國有著廣泛的應(yīng)用前景。人們看好發(fā)泡聚丙烯的原因除了上述優(yōu)點(diǎn)以外，其中一個(gè)更主要的原因是聚丙烯分子上存在一個(gè)甲基，其化學(xué)性質(zhì)決定了發(fā)泡聚丙烯本身的降解性能將明顯優(yōu)于聚乙烯和聚苯乙烯，這就為其代替原有的聚乙烯和聚苯乙烯等一次性包裝材料提供了優(yōu)勢(shì)，因此有關(guān)部門應(yīng)強(qiáng)化聚丙烯發(fā)泡技術(shù)和應(yīng)用的研究與推廣，同時(shí)也應(yīng)避免大量和重復(fù)的引進(jìn)。

塑料模板是一種節(jié)能型和綠色環(huán)保的產(chǎn)品，推廣應(yīng)用塑料模板，以塑代木正是節(jié)約資源保護(hù)環(huán)境的十分重要且有效的舉措，利國利民。發(fā)展塑料模板就是發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，就是參與建設(shè)節(jié)約型社會(huì)，就是以實(shí)際行動(dòng)貫徹落實(shí)黨中央提出的科學(xué)發(fā)展觀，對(duì)國家及全球的可持續(xù)發(fā)展都具有重大的意義。塑料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展前景不但在中國看好，在全世界都是看好的，這不僅是因?yàn)楫a(chǎn)品本身的優(yōu)良特性，更為重要的是由其資源循環(huán)利用的意義和對(duì)環(huán)境保護(hù)的重要貢獻(xiàn)所決定的。

六、結(jié)束語

鑒于我國森林資源匱乏，綠色屏障遭到破壞，因此政府十分重視資源循環(huán)利用和對(duì)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)，這為塑料模板產(chǎn)品的發(fā)展提供了一個(gè)良好的大環(huán)境。而復(fù)合發(fā)泡塑料模板的開發(fā)，真正意義上響應(yīng)了國家可持續(xù)發(fā)展綠色經(jīng)濟(jì)的號(hào)召，取代鋼、木模板。

積極開發(fā)并推廣應(yīng)用聚丙烯發(fā)泡材料，對(duì)國內(nèi)合成樹脂工業(yè)的發(fā)展、擴(kuò)大聚丙烯發(fā)泡材料的應(yīng)用領(lǐng)域和市場(chǎng)消費(fèi)及汽車、包裝、食品、環(huán)保事業(yè)的發(fā)展都將具有極為重要的意義，我國建筑市場(chǎng)之大、用量之多，市場(chǎng)前景十分廣闊。發(fā)泡聚丙烯制品具有廣泛的應(yīng)用前景和實(shí)用價(jià)值。超臨界流體技術(shù)的應(yīng)用、高熔體強(qiáng)度聚丙烯的推廣、聚丙烯交聯(lián)技術(shù)和共混技術(shù)的深化都使得聚丙烯發(fā)泡的推廣應(yīng)用更為現(xiàn)實(shí)和可行。在發(fā)展環(huán)境友善材料和微孔結(jié)構(gòu)材料方面，以CO2等物理發(fā)泡劑為主的PP發(fā)泡技術(shù)具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。用CO2作發(fā)泡劑的聚丙烯物理發(fā)泡技術(shù)是聚丙烯發(fā)泡技術(shù)研究開發(fā)的一個(gè)重要方向。目前該產(chǎn)品已在一些大型建筑工程和橋梁工程中得到應(yīng)用，取得了很好的效果。該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用也從根本上改變了環(huán)保產(chǎn)業(yè)社會(huì)效益高、經(jīng)濟(jì)效益低的弊端，既有極大社會(huì)效益，又有巨大的經(jīng)濟(jì)效益。