微孔發泡聚丙烯

微孔發泡聚丙烯簡稱MPP是特指泡孔尺寸小於100μm的聚丙烯(PP)多孔發泡材料。

基本介紹

• 中文名：微孔發泡聚丙烯
• 外文名：Microcellular Polypropylene foam
• 簡稱：MPP
• 生產：超臨界流體技術

定義

微孔發泡聚丙烯(Microcellular Polypropylene foam),簡稱MPP，是特指泡孔尺寸小於100μm的聚丙烯(PP)多孔發泡材料(更嚴格地定義要求泡孔尺寸小於10μm，泡孔密度大於每立方厘米10的9次方個。自從MIT的Nam P. Suh 在1980年代初最早提出聚合物微孔發泡的概念以來，由於MPP潛在的廣闊套用前景，其一直是聚合物微孔發泡領域的研究熱點。

成型技術

MPP的成型需要升級通用的聚合物加工設備(如注塑成型設備，連續擠出成型設備和模壓成型設備等)，使之適用於超臨界流體技術(supercritical fluid technology)。在高溫高壓下將超臨界二氧化碳(supercritical carbon dioxide)或超臨界氮氣(supercritical nitrigon)導入聚丙烯材料，形成聚丙烯/超臨界流體的單相溶液，並誘導氣泡成核、生長，最終形成泡孔尺寸在微米尺度的PP發泡材料。

製造MPP一般需要使用高熔體強度聚丙烯(high melt strength PP)。通用的PP由於其是線性的半結晶聚合物，加工視窗較窄，且難以得到封閉的泡孔結構。

性能與套用

現有的發泡材料要么硬而脆(大多數的結構泡沫)，要么軟而韌(大多數的軟質泡沫)，剛性和韌性難以兼具。聚丙烯微孔發泡材料則兼具剛性和韌性，補充了現有發泡材料性能的不足。

套用超臨界流體技術製備MPP，發泡過程清潔無污染，發泡製品安全環保。發泡過程中PP材料未發生交聯，因此可回收循環使用。

PP本身是無毒材料，是目前嬰兒奶瓶和可微波加熱餐盒的常用材料。清潔衛生的MPP特別適合於醫療器械、食品等包裝材料衛生等級要求較高的領域。也可套用於兒童拼圖、地墊和玩具等對產品健康要求較高的領域，代替常用的由AC發泡劑製造的交聯PE泡沫，EVA泡沫。

PP發泡材料的熱變形溫度遠高於PE、PS、PU發泡材料，因此MPP特別適合高溫包裝、高溫保溫等領域。

MPP集增強、隔熱和降噪為一體，也特別適用於對材料輕量化要求較高的領域，如汽車、軌道交通等。

MPP微米尺度的泡孔賦予材料的特別之處有：

(1) 同等發泡倍率(或表觀密度)下，由於泡孔尺寸較小，微孔發泡材料的機械性能損失較小。這意味著使用MPP可以更加節約材料，更加降低製品重量和體積。

(2) 由於泡孔尺寸在1-100μm之間可控，MPP可以被剖切成厚度小於0.1mm的超薄片材，而片材表面不會穿孔，可套用於微電子器件的包裝。

(3) 由於表面大量微米級泡孔的存在，MPP適合作為液晶顯示器背光模組的反射板，提高漫反射率。

(4) 微米尺度的泡孔有效降低了泡孔內氣體的對流，從而有效降低了由空氣對流引起的熱傳遞。因此高倍率的微孔發泡材料具有依賴於泡孔結構的長期穩定的低導熱係數。

(5) 輕質高強的MPP片材適合於作為揚聲器振膜使用。

(6) 同樣由於其微米尺度的泡孔，MPP具有極佳的表面保護性能，可套用於液晶面板等防護性要求較高的包裝領域。

技術進展

PP發泡產品主要有EPP粒子和PP發泡片板材兩大類。EPP以日本JSP為代表，其優勢是適合於加工成異型構件，如汽車保險槓緩衝塊、液晶面板包裝箱等。經過幾年的研發，目前國內幾家從事EPP研發生產的單位(北京、合肥、寧波、溫州等地)都已可以量產或接近量產。

PP發泡片材以日本三井化學、古河電氣等的低倍率(<5倍)PP發泡薄片(厚度<5mm)和東麗、積水化學的高倍率(最大30倍)交聯PP發泡薄片(厚度<5mm)為代表，目前套用於電子材料、汽車儀錶盤等。

由華東理工大學趙玲教授研究組提出的超臨界二氧化碳模壓微孔發泡技術，可生產泡孔尺寸10-100微米可控的聚丙烯微孔發泡片板材，特別地，利用此技術生產的聚丙烯微孔發泡材料，發泡倍率最大可達40倍，產品最大厚度可達70mm。目前國內數家企業套用了該技術並進行了規模化生產，附圖為浙江新恆泰新材料有限公司生產的不同厚度的MPP片板材和產品內部泡孔結構。

1mm厚的MPP片材

3mm厚的MPP片材

10mm厚的MPP片材

50mm厚的MPP片材

15倍發泡MPP的泡孔結構

25倍發泡MPP的泡孔結構

市場展望

微米尺度的泡孔賦予MPP的獨特結構和性能，使其在精密包裝、光電技術等領域具有廣泛的套用前景。此外，清潔環保的MPP所具有的優異的減震、緩衝、隔熱和吸聲等性能，使其有望成為傳統EVA、PU、PS發泡材料、EPE和EPP的最佳替代物，可廣泛套用於包裝、交通工具、箱包、體育器材等領域。

輕質高強的低倍率MPP可以在維持製品必要性能的前提下，顯著降低原料的消耗，減少製品重量，這對於減少石化資源消耗和保護環境無疑具有重要意義，同樣也意味著巨大的市場空間。