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無機(jī)粒子對TPAE界面張力、發(fā)泡、抗收縮行為的影響（二）
來源：《北京化工大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）》 瀏覽 1108 次 發(fā)布時間:2024-11-14
1、實(shí)驗(yàn)部分
1.1實(shí)驗(yàn)原料和儀器
1.1.1實(shí)驗(yàn)原料
TPAE（型號4510，ρ=1.07 g/cm3，硬度49 D，硬段含量50%），旭陽集團(tuán)；Talc（10μm），北京利國偉業(yè)超細(xì)粉體有限公司；CaCO3（型號NC-60A），泉州市旭豐粉體原料有限公司；CaSiO3（比表面積140 m2/g，孔徑20~40 nm），山西玉竹科技鈣業(yè)股份有限公司；WI（經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑KH-560表面處理），湖北馮家山硅纖有限公司；CO2（純度99.999%），北京順安奇特氣體有限公司。
4種無機(jī)粒子的表觀形貌如圖1所示，可以看出，CaSiO3顆粒為多孔蜂窩狀結(jié)構(gòu)，Talc顆粒形狀為偏平形，CaCO3顆粒形狀不規(guī)則，WI多為針狀形顆粒。
1.1.2實(shí)驗(yàn)儀器
Haake轉(zhuǎn)矩流變儀；掃描電子顯微鏡（SEM）；真空干燥箱；界面張力儀；真密度儀；光學(xué)法接觸角儀；模壓機(jī)；間歇發(fā)泡裝置（實(shí)驗(yàn)室自制）。
1.2 TPAE/無機(jī)粒子復(fù)合物的制備
將TPAE粒料和4種無機(jī)粒子在真空干燥箱中100℃干燥8 h，將干燥好的TPAE分別與4種無機(jī)粒子按照質(zhì)量比98/2的比例依次加入轉(zhuǎn)矩流變儀中進(jìn)行混合，溫度為225℃，轉(zhuǎn)速為60 r/min，時間為10 min。其中，TPAE與Talc、CaCO3、CaSiO3、WI的復(fù)合物分別用TPAE-2Talc、TPAE-2CaCO3、TPAE-2CaSiO3、TPAE-2WI表示。將改性TPAE在表征和發(fā)泡前再次進(jìn)行真空干燥，并通過模壓機(jī)制成10 mm×10 mm×3 mm的薄片。
1.3 TPAE泡沫的制備
采用間歇發(fā)泡工藝中的熔融發(fā)泡法制備TPAE/無機(jī)粒子泡沫。先用低壓CO2將高壓反應(yīng)釜吹掃3次，以去除釜中的空氣和水分。將樣品放入溫度為230℃的反應(yīng)釜中，并注入CO2氣體，在15 MPa下保壓15 min以保證樣品完全熔融和氣體飽和。隨后將發(fā)泡釜的溫度通過風(fēng)冷形式降至發(fā)泡溫度，再保壓15 min以平衡CO2在樣品中的擴(kuò)散與溶解，最后快速泄壓獲得發(fā)泡TPAE泡沫樣品。
1.4測試與表征
界面張力測試用模壓機(jī)將TPAE制成1 mm厚的薄片，再用紅外制樣機(jī)將4種無機(jī)粒子在大于10 t的壓力下制成1 mm厚的圓形薄片。利用光學(xué)法接觸角儀測試出TPAE、Talc、CaSiO3、CaCO3、WI分別與去離子水、二碘甲烷、乙二醇、丙三醇等多種測試溶液的接觸角值θ，每組樣品至少測量3次，測試結(jié)果取均值。
根據(jù)Owens-Wendt公式（1）來計(jì)算TPAE、Talc、CaSiO3、CaCO3、WI的表面張力γ。
其中，S、L分別代表固體和液體，γd、γp則分別為表面張力的色散分量和極性分量，以γL（1+cosθ）2(γdL)1 2對(γpLγdL)1 2作圖，可求出直線的截距(γdS)1 2和斜率(γpS)1 2，從而可得樣品的表面張力。其中，測試用的不同液體的γL如表1所示。
根據(jù)式（2）可以分別計(jì)算出TPAE與4種無機(jī)粒子之間的界面張力。
其中，γ12為兩種物質(zhì)的界面張力，mN/m；γd1、γd2分別代表兩種物質(zhì)的表面張力的色散分量，mN/m；γp1、γp2分別代表兩種物質(zhì)的表面張力的極性分量，mN/m。
發(fā)泡倍率測試發(fā)泡樣品的發(fā)泡倍率φ的計(jì)算公式如下。
其中，ρ0為未發(fā)泡試樣的密度，g/cm3；ρf為發(fā)泡樣品的密度，g/cm3，根據(jù)測試標(biāo)準(zhǔn)ASTM D792-00使用排水法測得。
掃描電鏡分析將未發(fā)泡和發(fā)泡的樣品裁剪成細(xì)長條，用液氮進(jìn)行脆斷并對斷面噴金處理，最后放入電子掃描顯微鏡室內(nèi)，對脆斷面進(jìn)行拍照，可得到未發(fā)泡樣品的表面形貌和發(fā)泡樣品脆斷面的泡孔形態(tài)。其中發(fā)泡樣品的泡孔直徑和密度需要軟件Image J來統(tǒng)計(jì)分析，泡孔直徑D計(jì)算公式如下。
其中，di為第i個泡孔的直徑，μm；n為泡孔個數(shù)。泡孔密度N的計(jì)算公式如下。
其中，A為SEM照片中統(tǒng)計(jì)范圍的面積，m2。收縮率測試收縮率Qi表示發(fā)泡樣品隨時間收縮程度的變化，計(jì)算公式如下。
其中，φ1為樣品的初始發(fā)泡倍率，φi為樣品隨時間變化的發(fā)泡倍率。
開孔率測試使用真密度儀對所有發(fā)泡樣品進(jìn)行測試，測試前應(yīng)先將設(shè)備校正，之后將所有發(fā)泡樣品用刀片縱向切開，并均勻地放入樣品池內(nèi)，基于氣體膨脹置換法對泡沫的開孔率進(jìn)行測定。
無機(jī)粒子對TPAE界面張力、發(fā)泡、抗收縮行為的影響（一）
無機(jī)粒子對TPAE界面張力、發(fā)泡、抗收縮行為的影響（二）