成核剂调控的具有不同泡孔结构聚乙烯泡沫的尺寸稳定性

第36卷第4期高分子材料科学与工程
V o l .36,N o .4 2020年4月
P O L YM E R MA T E R I A L SS C I E N C E A N DE N G I N E E R I N G
A p
r .2020成核剂调控的具有不同泡孔结构聚乙烯泡沫的尺寸稳定性
方志颖1,张 洪1,许志美1,曹志怀2,金 耿2,刘 涛1
(1.华东理工大学上海市多相结构材料化学工程重点实验室,上海200237;2.宜诺包装(上海)股份有限公司,上海201401
)摘要:研究了几种纳米颗粒调控的聚乙烯(P E )泡沫的尺寸稳定性,通过差示扫描量热仪㊁扫描电镜考察了几种纳米颗粒对P E 结晶行为和发泡形貌的影响㊂结果表明,纳米颗粒作为结晶成核剂可以提高P E 的结晶温度,同时作为发泡成核剂还可以使P E 泡沫的泡孔密度增大,且其形状和表面化学性质会影响成核效果,进而影响最终的发泡形貌㊂进一步研究还发现,不同泡孔结构的P E 泡沫的尺寸稳定性存在差异,未添加成核剂的P E 泡沫收缩最严重,而添加成核剂后P E 泡沫的泡孔尺寸减小,尺寸稳定性得到提高㊂通过建立立方体泡孔结构模型模拟计算了泡孔孔径对尺寸稳定性的影响,
计算结果与实验数据较为吻合,结果表明,泡孔尺寸越小,P E 泡沫的尺寸稳定性越好㊂关键词:聚乙烯泡沫;成核剂;结晶行为;发泡形貌;尺寸稳定性
中图分类号:T Q 328 文献标识码:A 文章编号:1000-7555(2020)04-0035-07
d o i :10.16865/j
.c n k i .1000-7555.2020.0072收稿日期:2019-01-21
基金项目:国家重点研发计划(2016Y F B 0302200
)通讯联系人:刘涛,主要从事材料化学工程的研究,E -m a i l :l i u t a o @e c u s t .e d u .c n
聚乙烯(P E )
泡沫主要作为缓冲材料应用于包装㊁运输领域[1
]㊂由于其可回收的优势,目前P E 泡沫已逐渐取代不可回收的聚苯乙烯(P S )泡沫,市场份额逐年上升㊂目前大多数的P E 泡沫都使用丁烷
作为物理发泡剂,技术成熟且产品性能较好[2
]㊂相比于丁烷发泡剂,C O 2具有成本低㊁
绿色㊁安全的优点,是更有吸引力的发泡剂[
2,3
]㊂但目前超临界C O 2发泡P
E 产品存在着尺寸稳定性差㊁表面粗糙的缺点[4]
,因此相关技术和产业还
有待提升和开发㊂尺寸稳定性差的原因[5]
主要有2
点:(1)P E 树脂的模量和刚性较低,
特别是结晶度较低的低密度聚乙烯(L D P E );(2)C O 2透过泡孔壁的速率明显高于空气,造成泡孔内部压力低于外部大气压,从而引起泡孔塌陷或收缩㊂研究表明,对于丁烷发泡剂,添加单甘酯等抗收缩剂能有效提高发泡样品
的尺寸稳定性[6
]㊂相较于丁烷发泡剂,超临界C O 2在聚合物中的扩散速率更快[7
],使得超临界C O 2发
泡L D P E 更易收缩,且目前尚未发现适用于C O 2发泡的抗收缩剂㊂因此如何提高超临界C O 2聚乙烯发泡产品的尺寸稳定性是影响其应用与开发的关键所在㊂
纳米颗粒经常被用作成核剂以提高聚合物泡沫
的性能[8
]㊂纳米颗粒的尺寸㊁形状和表面化学性质会影响泡沫的泡孔形貌,进而影响泡沫性能[
9~11
]㊂Y a n g 等[5
]构建了一个数学模型分析泡孔尺寸㊁
泡孔密度及泡沫密度等因素对尺寸稳定性的影响,结果表
明泡孔尺寸小的发泡样品收缩程度更小且能更快回复到一个尺寸稳定的状态㊂
本文筛选了几种具有不同形状和表面化学性质的纳米颗粒作为成核剂,通过双螺杆共混挤出的方法制备了L D P E 纳米复合材料,以C O 2为发泡剂通过
间歇发泡法[12]
制备了发泡样品,采用差示扫描量热
分析(D S C )和扫描电镜(S E M )
考察了纳米颗粒对L D P E 结晶行为及发泡形貌的影响,
并进一步分析了泡孔结构对泡沫尺寸稳定性的影响㊂通过建立立方体泡孔结构的数学模型考察了泡孔直径对尺寸稳定性的影响,并将模型计算结果与实验数据进行了比较㊂
1 实验部分
1.1 实验材料
L D P E 树脂:牌号D F D A -1253N T ,密度0.926
g
/c m 3,熔体流动速率(M F R )为1.8g /m i n (190ħ/2.16k g )
,购自D o w
C h e m i s t r y ;N 2:纯
度ȡ99.999%,购自液化空气上海有限公司;C O2:纯度ȡ99.995%,购自液化空气上海有限公司㊂实验所用的成核剂厂家㊁种类及尺寸列于T a b.1㊂
T a b.1A d d i t i v e s u s e d i n t h i sw o r k
A d d i t i v e s S u p p l i e r G e o m e t r y S i z e
N a n oC a C O3X F N A N O S p h e r e40n m
L-MW C N T a X F N A N O T u b e10~30n m,1000
MW C N T-O H b X F N A N O T u b e10~30n m,1000 MW C N T-C O O H c X F N A N O T u b e10~30n m,1000
N a n o g r a p h i t e X F N A N O L a m e l l a r40n m,0.4~3μm
N a n o c l a y S i g m a-A l d r i c h L a m e l l a r25n m,ɤ20μm
a l o n g,u n m o d i f i e d m u l t i-w a l l c a r
b o n n a n o t u b e;b h y d r o x y l m o d i f i e d m u l t i-w a l l
c a r b o n n a n o t u b e;c c a r b o x y l m o
d i f i
e d m u l t i-w a l l e d c a r b o n n a n o t u b e
1.2纳米复合材料的制备
首先将L D P E粒料和质量分数为0.5%的纳米颗粒在高速混料机中干燥混合均匀,随后在N a n j i n g
G i a n t S J-20型双螺杆挤出机(直径20mm,长径比
30)中熔融共混挤出并造粒㊂挤出机6个温区的温度依次为140ħ-200ħ-200ħ-200ħ-200ħ-180ħ,主机转速300r/m i n,喂料转速40r/m i n㊂L D P E树脂粒料过双螺杆挤出机挤出后作为空白样㊂
1.3间歇发泡过程
将挤出的L D P E粒料在90ħ的真空烘箱中干燥4h,用热压机制成10mmˑ10mmˑ2mm的方形样片,放入内部体积为60m L的高压釜中,密封后采用低压C O2置换掉釜内空气,随后将釜放入130ħ油浴中预热5~10m i n,采用增压泵注入高压C O2至15M P a,饱和30m i n后,将油浴温度降至105ħ并稳定30m i n,打开高压釜上连接的球阀快速卸压,最快降压速率可达300M P a/s㊂最后用冷水将釜降温后取出发泡样品,用作后续测试㊂
1.4测试与表征
1.4.1 D S C测试:采用差示扫描量热仪(D S C,德国N E T Z S C H-204H P)测试几种纳米颗粒对结晶行为的影响㊂测试前将挤出的粒料在90ħ的真空烘箱中干燥4h,然后进行常压N2环境下的非等温结晶行为测试:首先将10m g左右的样品放置于D S C右腔体内,用N2吹扫腔体3次,然后以5ħ/m i n的速率升温至180ħ并恒温5m i n以消除热历史和晶区,最后以2ħ/m i n的速率降温至50ħ㊂
1.4.2发泡形貌表征:采用扫描电子显微镜(S E M,日本J E O L J S M-6360L V)进行分析㊂首先将发泡样
品在液氮中淬断,断面进行喷金处理增强导电性㊂S E M照片采用I m a g e-P r oP l u s软件进行平均泡孔直径和泡孔密度的分析,具体分析方法可参考文献[12]㊂
1.4.3发泡样品体积收缩率测定:发泡样品的尺寸稳定性采用体积收缩率(V o l u m es h r i n k a g er a t i o, S R v)来表征㊂S R v为取出时刻(0m i n)发泡样品的密度(ρf0)与t时刻发泡样品的密度(ρf t)之比,如式(1)所示:
S R v=ρf0/ρf t(1)发泡样品的密度(ρf)通过瑞士梅特勒-托利多公司提供的密度组件测试得到,测试标准为A S T M D792-00,具体计算公式如式(2)
ρf=a
a+w-
æ
èç
ö
ø÷
bρw a t e r
(2)式中:a 发泡样品在空气中的质量;w 金属网在水中的质量;b 发泡样品和金属网一起浸没在水中的质量;ρw a t e r 水的密度㊂
1.5尺寸稳定性的数值模拟
尺寸稳定性的模拟是基于简单的立方体泡孔结构模型㊂为了便于计算泡沫的收缩行为,提出了以下几点假设[5]:(1)假定泡孔结构为均匀分布的立方体泡孔;(2)假定泡沫样品在厚度方向上是均匀对称的;
(3)假定质量传递只发生在沿厚度方向上的泡孔之间;(4)泡孔内外的气体均满足理想气体状态方程㊂在这些假设的前提下,一半厚度的一列泡孔单元的收缩情况即可代表整体㊂针对这一列泡孔单元,联立质量扩散方程㊁理想气体状态方程及线弹性方程(常温下P E泡沫的泡孔壁可以假设是线弹性的)来求解发泡样品收缩率随时间的变化情况,具体计算公式如下
d m i C O2
d t=D C O2
㊃S C O2㊃A
h
㊃(P i-1C O2-2P i C O2+ P i+1C O2)(3) d m i A i r
d t=D A i r
㊃S A i r㊃A
h
㊃(P i-1A i r-2P i A i r+P i+1A i r)
(4)
P i C O2㊃l i㊃A=m i C O2
M C O2
㊃R㊃T(5) P i A i r㊃l i㊃A=m i A i r M A i r㊃R㊃T(6)εi(t)=σi(t)K=(P i C O2+P i A i r-P a)A c e l l A w a l l/K(7) l i(t)=l i(0)㊃[1+εi(t)](8)
63高分子材料科学与工程2020年
式中:m 气体质量;D 扩散系数;S 气体溶解度;A 垂直于扩散方向的泡孔横截面积;
h 泡孔壁厚;P 气体压力;l 泡孔尺寸; M C O2和M A i r 分别为C O2和空气的相对分子质量;σ(t)和ε(t) 分别为t时刻的应力和应变量; K L D P E的弹性模量;P a 大气压力;A c e l l和A w a l l 分别为泡孔及泡孔壁的横截面积;l(0)和l (t) 分别为初始和t时刻的泡孔尺寸;所有公式的下标i则表示模型中泡孔所处的具体位置㊂
采用微元法求解式(3)~式(8)可获得t时刻任意位置泡孔的尺寸长度,泡孔尺寸长度变化后,在下一时刻气体扩散发生前需要对泡孔内部压力进行实时的调整,如式(9)所示㊂调整后的C O2和空气的压力,用于下一个时刻的传质过程㊂
P(a d j.)=P㊃l i(t-1)
l i(t)(9)整个循环过程采用MA T L A B软件进行计算求解,计算过程中用到的L D P E㊁C O2和空气在25ħ的基本性质参数列于T a b.2㊂
T a b.2P r o p e r t i e so fL D P E,C O2a n da i ra t25ħ
u s e d i n t h em o d e l s i m u l a t i o n
M a t e r i a l p r o p e r t y V a l u e
L D P Es o l i dd e n s i t y926k g/m3
L D P Ee l a s t i cm o d u l u s4.5M P a
C O2m o l e c u l a rw e i g h t0.044k g/m o l
C O2d i f f u s i v i t y3.8ˑ10-11m2/s
C O2s o l u b i l i t y5.751k g/m3/M P a
A i rm o l e c u l a rw e i g h t0.02884k g/m o l
A i r d i f f u s i v i t y7.2ˑ10-11m2/s[5]
A i r s o l u b i l i t y0.1374k g/m3/M P a[5]
A m b i e n t a i r p r e s s u r e0.101325M P a
2结果与讨论
2.1纳米颗粒对P E结晶行为的影响
在半结晶型聚合物发泡过程中,纳米颗粒不仅作为发泡成核剂,还作为结晶成核剂,诱导和加快晶核的产生,同时结晶行为也会影响发泡过程和最终的发泡形貌,进而影响泡沫的性能[13]㊂因此,研究纳米颗粒对聚乙烯结晶行为的影响对于后续考察其异相成核效果是十分必要的㊂
几种L D P E共混挤出粒料的非等温结晶曲线如F i g.1所示,可以发现加入纳米颗粒后聚乙烯的结晶温度有所提高,具体结晶参数如T a b.3所示㊂表中T p为结晶峰温度,T c为起始结晶温度,总体结晶速率的快慢可以通过相同测试条件下的(T c-T p)值来表征,(T c-T p)值越大,则表示总体结晶速率越慢[14]㊂可以发现,添加纳米颗粒能使L D P E的结晶温度提高,然而总体的结晶速率和结晶焓却有所下降㊂这是因为纳米颗粒在P E晶体成核过程中能提供大量的成核位点,诱导晶核的产生,导致P E结晶温度的提高㊂而在晶体生长过程中,大量纳米颗粒的存在降低了P E分子链的移动性,增加了P E分子链的缠结,因而延缓了晶粒的生长,导致总体结晶速率和结晶焓的下降㊂
研究表明[13],晶区/非晶区之间的相界面能在聚合物发泡过程中充当异相成核点的作用,因此在后续研究纳米颗粒对P E发泡形貌的影响时需要排除晶粒的影响,发泡温度应高于P E的起始结晶温度㊂
F i g.1N o n-I s o t h e r m a l c r y s t a l l i z a t i o nc u r v e s o fn e a tL D P Ea n d
L D P En a n o c o m p o s i t e s
2.2纳米颗粒异相成核作用对发泡形貌的调控
为了获得良好的发泡形貌以改善泡沫的性能,纳米颗粒经常被用作成核剂来降低发泡过程的成核自由能㊂虽然目前成核机理还有待研究,但可以确定的是纳米颗粒的尺寸㊁形状和表面化学性质可以影响成核剂的成核效率,进而影响发泡形貌[4]㊂为了研究纳米颗粒的形状和表面化学性质对发泡形貌的影响,首先通过间歇发泡法在相同条件下获得了几种不同纳米颗粒调控的P E发泡样品,其中发泡温度设为105ħ,略高于P E的起始结晶温度以消除发泡前晶核产生的可能性,随后通过S E M对样品的发泡形貌进行表征㊂
73
第4期方志颖等:成核剂调控的具有不同泡孔结构聚乙烯泡沫的尺寸稳定性
T a b .3 C r y s t a l l i z a t i o n p a r a m e t e r s o f n e a t L D P Ea n dL D P En a n o c o m p
o s i t e s S a m p
l e T c /ħT p /ħ(T c -T p )
/ħC r y s t a l l i z a t i o ne n t h a l p y
/(J ㊃g -1)N e a tL D P E 99.8
96.63.2-47.31L D P E /C a C O 30
.5%101.197.63.5-35.16L D P E /n a n o c l a y 0.
5%101.697.93.7-34.38L D P E /n a n o g r a p h i t e 0.5%102.498.14.3-29.49L D P E /L -MW C N T0.5%
104.798.95.8-31.71L D P E /MW C N T -O H0.5%104.599.05.5-29.76L D P E /MW C N T -C O O H0.5%
104.499.0
5.4
-30.4
F i g .2 S E M m i c r o g r a p h s o f f o a m e dL D P Ea n dL D P En a n o c o m p
o s i t e s (a ):n e a tL D P E ;(b ):n a n oC a C O 3;(
c ):n a n o c l a y ;(
d ):n a n o g r a p h i t
e ;(e ):L -MW C N
T F i g .3 A v e r a g e c e l l d i a m e t e r ,c e l l d e n s i t y a n d e x p
a n s i o n r a t i o o f f o a m e dL D P Ea n dL D P En a n o c o m p
o s i t e s 2.2.1 纳米颗粒的形状对发泡形貌的影响:
以表面未经处理的4种不同形状的纳米颗粒为成核剂,研究纳米颗粒形状对发泡形貌的影响,主要包括球状的
N a n oC a C O 3㊁
层状的N a n o c l a y 和N a n o g r a p h i t e 及管状的多壁碳纳米管(L -MW C N T )㊂几种形状各异的纳米颗粒调控的发泡形貌如F i g .2所示㊂添加了纳米颗粒的聚乙烯泡沫的泡孔尺寸明显变小,且不同纳米颗粒的成核效果存在差异㊂5种聚乙烯泡沫的平均泡孔尺寸㊁泡孔密度等统计结果如F i g .3所示,可以看出几种形状各异的纳米颗粒的成核效果依次为:N a n o g r a p h i t e>N a n o c l a y >N a n o C a C O 3>L
-MW C N T ㊂成核剂的形状主要是通过改变成核位点
的表面曲率来影响成核效果,根据经典成核理论,颗粒的表面曲率会显著影响异相成核的自由能垒,相对曲率(成核位点处的曲率半径与临界成核半径之比R /r c )
越大,即成核位点表面越平整,异相成核效果越好[4]
㊂因此层状的N a n o g r a p h i t e 和N a n o c l a y 的成核效果要相对较优,而较长的L -MW C N T 更易团聚,
导致异相成核效果相对较差㊂
8
3高分子材料科学与工程
2020年
2.2.2 纳米颗粒的表面化学性质对发泡形貌的影
响:为了研究纳米颗粒的表面化学性质对其发泡形貌的影响,L -MW C N T ㊁MW C N T -O H 和MW C N T -C O O H 被选作异相成核剂来调控聚乙烯的发泡形貌,具体发泡形貌的S E M 图如F i g .4所示㊂可以发现,添加MW C N T -C O O H 的聚乙烯泡沫的泡孔尺寸明显小于另外2种碳管,经统计发现,羧基改性的多
壁碳纳米管的成核效率是未改性前的100倍㊂
MW C N T -C O OH 较高的成核效率要归因于羧基的
低表面能以及较高的亲C O 2性,导致纳米碳管表面更易于成核㊂
基于以上表征结果,通过添加不同的纳米颗粒来
调控P E 的发泡形貌,获得了平均泡孔直径为30~
150μm ,泡孔密度为1.5ˑ107~2.0ˑ109
c m -3的5
种不同泡孔结构的L D P E 发泡样品
㊂
F i g .4 S E M m i c r o g r a p h s o f f o a m e dL D P E /MW C N T s n a n o c o m p o s i t e s (a ):L -MW C N T ;(b ):MW C N T -O H ;(c ):MW C N T -C O O H
2.3 具有不同泡孔结构P E 泡沫的尺寸稳定性
4种不同成核效率的纳米颗粒被挑选用来调控P E 的发泡形貌,获得如T a b .4所示的5种不同泡孔
孔径和泡孔密度的发泡P E 样品㊂
T a b .4 A v e r a g e c e l l d i a m e t e r ,c e l l d e n s i t y a n d e x p a n s i o n r a t i o o f s e v e r a l L D P Ef o a ms a m p
l e sw i t hd i f f e r e n t c e l l s t r u c t u r e s F o a ms a m p l e s A v e r a g e c e l l d i a m e t e r /μ
m C e l l d e n s i t y
ˑ10-7/c m -3E x p
a n s i o n r a t i o N e a tL D P E
147.591.5026.29L D P E /n a n oC a C O 30.5%101.174.5925.89L D P E /n a n o c l a y 0.
5%79.668.7924.26L D P E /n a n o g r a p h i t e 0.5%62.9717.123.39L D P E /MW C N T -C O O H0.5%
27.45
202
22.8
6
F i g .5 V o l u m es h r i n k a g
er a t i oo fL D P Ef o a m sw i t hd i f f e r e n t c e l l s t r u c t u r e s p l o t t e do v e r t i m e
研究发现,5种发泡聚乙烯样品的收缩情况有所不同㊂添加了纳米颗粒的L D P E 发泡样品收缩情
况明显改善,尤其是添加了MW C N T -C O O H 的L D P E 发泡样品几乎不收缩㊂为了定量分析泡孔结构对尺寸稳定性的影响,发泡样品取出后定时测量其密度变化,获得了体积收缩率随时间的变化曲线㊂F i g
.5为几种不同泡孔结构的聚乙烯泡沫的体积收缩率随时间的变化曲线,可以发现纯L D P E 泡沫的最大体积收缩率可达60%,
收缩非常严重,而添加纳米颗粒之后体积收缩率明显减小,特别是MW C N T -C O O H ,最大体积收缩率仅为10%,尺寸稳定性良好㊂
进一步分析添加纳米颗粒后P E 收缩情况改善9
3 第4期
方志颖等:成核剂调控的具有不同泡孔结构聚乙烯泡沫的尺寸稳定性
的原因,研究表明提高半结晶型聚合物的结晶度和结晶温度有利于抑制泡沫材料收缩,这是因为晶区的存在能降低分子链的移动性,提高聚合物基体的强度,进而有效阻止泡孔的收缩[15]㊂然而2.1节中的研究结果表明纳米颗粒的加入对L D P E的结晶温度提升
并不大,却会造成结晶度的下降,因此纳米颗粒并不是通过影响P E结晶行为的方式来改善P E泡沫的收缩情况㊂纳米颗粒的添加主要是作为成核剂影响聚乙烯的发泡形貌,表现在泡孔尺寸的减小和泡孔密度的增大㊂为此,本文建立了简单的立方体泡孔模型来分析这些因素对尺寸稳定性的影响,并将模型计算结果与实验数据进行了对比㊂模型和实验得出的不同泡孔尺寸聚乙烯泡沫的体积收缩率随时间的变化情况如F i g.6所示㊂
F i g.6V o l u m e s h r i n k a g e r a t i o o f L D P E f o a m s w i t h t h r e e d i f f e r-
e n t c e l l s i z e s:c o m p a r i s o n o fm o d e l i n g r e s u l t s w i t h e x p e r-
i m e n t a l d a t a
由F i g.6可知,模型计算结果与实验数据较为吻合㊂二者皆表明,泡孔尺寸越小,最大体积收缩率越小,且能更快回复到尺寸稳定的状态㊂在发泡倍率相近的情况下,更小的泡孔尺寸意味着更高的泡孔密度和更薄的泡孔壁厚,更高的泡孔密度在泡孔模型中表现为更多的泡孔单元,而不同位置的泡孔单元内的发泡剂与空气间相互扩散需要穿过泡孔壁阻隔的数目是存在差异的,因此各自达到最大收缩率的时间是不同的,这导致了泡孔模型整体所能达到的最大收缩率远低于单个泡孔单元所能达到的最大收缩率,且泡孔单元越多,泡沫的最大收缩率越小㊂而更薄的泡孔壁厚加快了发泡剂与空气之间的相互扩散速率,因此泡孔能更快回复到尺寸稳定的状态㊂
3结论
纳米颗粒在聚合物发泡过程中可以作为成核剂改善泡沫的泡孔形貌,进而影响泡沫的性能㊂本文研究发现,添加纳米颗粒还可以有效改善P E泡沫的收缩情况,并进一步分析了泡孔结构与尺寸稳定性两者之间的关系㊂通过建立立方体的泡孔结构模型考察了泡孔结构对尺寸稳定性的影响,模拟计算与实验结果均表明,泡孔尺寸越小,泡孔密度越大,泡沫的尺寸稳定性越好㊂这一结果为如何解决工业上聚合物泡沫收缩的问题提供了良好的思路㊂
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e n t s Z h i y i n g F a n g 1,H o n g Z h a n g 1,Z h i m e iX u 1,Z h i h u a i C a o 2,G e n g J
i n 2,T a oL i u 1
(1.S h a n g h a iK e y L a b o r a t o r y o f M u l t i p h a s eS t r u c t u r a lM a t e r i a l sC h e m i c a lE n g i n e e r i n g ,
E a s t C h i n aU n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n dT e c h n o l o g y ,S h a n g
h a i 200237,C h i n a ;2.E n o c hP a c k a g i n g (S h a n g h a i )C o .,L t d .,S h a n g
h a i 201401,C h i n a )A B S T R A C T :T h i s w o r ka i m e da ts t u d y i n g t h ed i m e n s i o n a ls t a b i l i t y o f l o w d e n s i t yp o l y e t h y
l e n e (L D P E )f o a m sw i t hd i f f e r e n t c e l l s t r u c t u r e sm a n i p u l a t e db y d i f f e r e n t n a n o p a r t i c l e s .T h e e f f e c t s o f s e v e r a l n a n o p a r t i -c l e s o n t h e c r y s t a l l i z a t i o nb e h a v i o r a n d f o a m i n g m o r p h o l o g y o f L D P Ew e r e i n v e s t i g a t e db y D
S Ca n dS E M.I t i s s h o w n t h a t t h e c r y s t a l l i z a t i o n t e m p e r a t u r e o f L D P Ec a nb e s l i g h t l y i n c r e a s e db y n a n o p a r t i c l e s .T h e n a n o p -a r t i c l e s c a na l s o p r o v i d em u l t i p l e n u c l e a t i o n s i t e s i n t h eL D P E f o a m i n gp r o c e s s ,t h u s i n c r e a s i n g t h e c e l l d e n -
s i t y o fL D P Ef o a m s .T h e s h a p ea n ds u r f a c e c h e m i s t r y o fn a n o p a r t i c l e s c a na f f e c t t h en u c l e a t i o ne f f i c i e n c y ,a n d t h e r e f o r e ,t h e f i n a l f o a m i n g m o r p h o l o g y .T h ed i m e n s i o n a l s t a b i l i t y o fP Ef o a m sw i t hd i f f e r e n t f o a m i n g m o r p h o l o g y w a s i n v e s t i g a t e d .T h e s h r i n k a g e o f L D P E f o a m sw i t h o u t n u c l e a t i n g a g
e n tw a s t h em o s t o b v i o u s ,w h i l e t h e d i m e n s i o n a l s t a b i l i t y o
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g n i f i c a n t l y b y a d d i n g n u c l e a -
t i n g a g e n t s .As i m p l em a t h e m a t i c a lm o d e lw i t h c u b i c c e l l s t r u c t u r ew a s s e t u p t o i n v e s t i g a t e t h e i n f l u e n c e o f c e l l d i a m e t e r o n t h e d i m e n s i o n a l s t a b i l i t y o f L D P E f o a m s .B o t ho f t h em o d e l i n g r e s u l t s a n d t h e e x p e r i m e n t a l d a t a a g r e ew e l lw i t he a c ho t h e r ,s h o w i n g t h a t t h ed i m e n s i o ns t a b i l i t y o fP Ef o a m s i s i n c r e a s e dw i t hd e c r e a -s i n g c e l l s i z e .K e y w o r d s :p o l y e t h y l e n e f o a m s ;n u c l e a t i n g a g e n t s ;c r y s t a l l i z a t i o nb e h a v i o r ;f o a m i n g m o r p h o l o g y ;d i m e n s i o n -
a l s t a
b i l i t y
1
4 第4期
方志颖等:成核剂调控的具有不同泡孔结构聚乙烯泡沫的尺寸稳定性。