聚合物共混體系相形態演化對發泡行為和發泡窗口的影響

　　聚合物共混是改善體系性能的一種簡單、有效的手段。與單一聚合物體系相比，共混體系的發泡行為和泡孔結構難以預測和精準調控，原因在于影響因素多，包括相形態、相界面異相成核、兩相粘彈性差異、CO2在兩相中的溶解度差異等。其中，共混體系的相形態是影響發泡行為的一個重要因素。通過改變共混體系組成或添加界面相容劑等手段可以改變相形態，且已被證明會明顯影響發泡行為。對于前述手段，體系的組成或界面張力改變；而在聚合物加工過程中，體系通常經歷不同程度的退火過程，相形態發生改變，而體系的組成和界面張力保持不變。在這種情況下，相形態的改變如何影響體系的發泡行為仍然不明確。

　　針對該問題，中國科學院寧波材料技術與工程研究所高分子先進加工團隊選用聚苯乙烯/聚甲基丙烯酸甲酯（PS/PMMA）共混物為研究對象，其既為經典不相容體系，又為常用的發泡體系，以熔融狀態下共混體系相分離為驅動和調控手段，可研究相形態的演化對體系發泡行為和發泡溫度窗口的影響。通過控制相分離時間，可調控共混體系相形態演化，進而研究其對體系發泡行為的影響。研究表明，PS/PMMA共混體系的泡孔結構與相形態演化密切相關。對于相區尺寸較小的樣品（如PS20/PMMA80, PS80/PMMA20），隨相形態演化，發泡樣品保持均勻泡孔結構。而對于具有雙連續結構的樣品或具有較大相區尺寸的海-島結構的樣品（如PS60/PMMA40），長時間的相形態演化對泡孔結構影響顯著。相區尺寸較大時，體系的異相成核作用減弱，均相成核作用相對增強，兩相各自的發泡特點逐漸顯現，導致體系出現各種非均勻的泡孔結構（如圖1）。在此基礎之上，科研人員進一步研究了PS60/PMMA40體系相形態的演化對發泡窗口的影響。研究表明，發泡溫度下限對相形態演化不敏感；而當相區較大時，發泡溫度上限對較高的飽和壓力非常敏感，使得最高發泡溫度降低，這導致體系發泡溫度窗口變窄（如圖2）。該研究不僅豐富了共混體系相形態對體系發泡行為影響的認識，更重要的是，提出了共混體系的發泡溫度窗口對相形態演化和飽和壓力的依賴性，同時，指出了兩相粘彈性差異對發泡行為和發泡窗口影響的決定作用。該研究結果發表在Polymer, 2019, 166: 63-71和Journal of Applied Polymer Science, 2018, 135, 46704上。