用户

武汉纺织大学研制高红外吸收性能的多尺度隔热聚丙烯发泡材料

发布时间：2025-03-28 浏览次数：

成果简介

武汉纺织大学王栋教授和杨晨光副教授团队在《Langmuir》期刊发表名为“Multiscale Porous Heat Insulation Polypropylene Foam with High Infrared Absorption Performance”的论文，本文研究了通过紫外线辐射接枝改性制备具有高红外吸收性能的多尺度多孔聚丙烯（PP）隔热泡沫。文中将甲基丙烯酸甲酯（MMA）通过紫外线辐射接枝到PP粉末上，在PP分子链引入酯基，经一系列处理得到改性PP泡沫。结果表明，接枝改性PP熔融指数从3.3 g/10 min降低至2.5 g/10 min，熔体强度大幅提升，有效改善改性PP的发泡行为。引入的酯基基团高效吸收近红外和远红外辐射能量，降低了辐射传导系数；同时，接枝改性PP可以作为发泡过程中成核位点，有效增强异相成核过程，并促进微纳孔的形成。纳米和微米泡孔有效增强了Knudsen和声子散射效应，进一步降低了热传递系数。本工作制备的含酯基多尺度多孔PP泡沫同步实现辐射传热系数、固体传热系数和气体传热系数的降低，较小的发泡倍率下获得优异隔热性能。该方法为进一步降低聚合物基发泡材料热导率提供新的策略，为进一步拓展PP发泡材料应用领域奠定基础。

图文导读

图1. (a)PP/PP-g泡沫的制备示意图；(b) pp粉体接枝反应机理图；(c)接枝产物PP-g-MMA的分子图；(d) PP-g-MMA的吸收红外光谱示意图；(e) PP/PP-g泡沫的微观形貌。

图2.(a-b)PP和PP-g-MMA的FTIR曲线；(c)PP改性前和(d-f)PP-g-MMA改性后的SEM图像；(g)PP和PP/PP-g(10)的XPS光谱；(h)PP-g(10)的C1s ；(i)PP的C1s。

图3. (a-b) 纯PP泡沫的扫描电子显微镜（SEM）图像；(c) PP-g-MMA的分子结构；(d-f) PP/PP-g(5)泡沫的SEM图像；(g-i) PP/PP-g(10)泡沫的SEM图像；(j) PP泡沫和PP/PP-g泡沫的成核机制。

图4 .(a)PP和PP/PP-g泡沫的孔尺寸、 (b)孔密度和 (c)孔尺寸分布；(d)不同泡沫的泡沫密度和发泡倍率；(e) PP/PP-g（10）泡沫的照片；(f)不同泡沫的导热系数。

图5.(a-f)不同泡沫的DSC加热和冷却曲线、XRD和TG曲线、吸光度曲线和放大吸光度曲线；(g)保温机理。

图6 .(a)不同泡沫在90℃热源的表面温度变化；(b)室温融冰Fluke对比红外图像；(c)表面温度测量装置图片；(d)涂覆热相变材料的不同泡沫图片；(e)不同泡沫的Fluke图像实时显示表面温度变化；（f, g）加热120 s泡沫的Fluke图像的3D-IR图；(h)不同泡沫随时间冷却的表面温度图。

图7.(a-c)不同固体试样的拉应力-应变曲线、拉应力和拉伸模量；(d-f)不同泡沫的拉应力-应变曲线、拉应力和拉伸模量。

图8. (a-c)PP、 PP/PP-g(5)、 PP/PP-g(10)的接触角；(d)PP/PP-g(5)在水中的照片；(e)PP/PP-g泡沫的酸性液滴和(f)碱性液滴的接触角；(g)PP/PP-g的疏水机理示意图；(h)不同pH值的液滴在PP和PP/PP-g（10）泡沫截面上的接触角变化。

小结

综上，本文开发了一种可以吸收红外辐射能的硬质PP发泡材料。该PP发泡材料实现了微米孔和纳米孔的一步法制备，并表现出优异的力学性能。实验证明，辐射接枝改性高效引入酯基基团，突破对材料基材选择的限制；同时改性PP可以作为发泡过程中的成核位点，促进微纳米孔的形成。由于其化学结构和物理结构具有吸收红外辐射能和增强克努森效应、声子散射效应的功能，所制备的泡沫材料在低发泡倍率下实现较好的隔热性能。该成果对硬质PP泡沫的发展和应用扩展具有重要意义。

END