微孔发泡材料是指尺寸直径在微米级的多孔材料，由于自身独特的泡孔结构，同时与其他材料相比具有热稳定性好、减震性能以及隔音性能优异等，而被广泛应用在家电行业、建筑材料、包装材料等领域。近年来，超临界二氧化碳（SC-CO2）因其绿色环保、成本低廉、易得而成为一种研究最热的新型物理发泡剂。超临界二氧化碳（SC-CO2）是应用最为广泛的一种。因为SC-CO2除了拥有超临界流体本身所具有的渗透性能好、传质系数高等特点之外，还拥有以下优点： 

（1）CO2达到超临界状态的条件很温和，只需温度超过31.1℃、压力超过7.38MPa，CO2就会转变为 SC-CO2；

（2）CO2来源广泛，价格低廉，并且无色、无毒、无臭、无害，具有优异的化学稳定性，不会发生燃烧和爆炸； 

（3）SC-CO2在聚合物熔体中具有较高的扩散性和溶解度，对聚合物熔体有较强的增塑作用，从而能显著降低熔体黏度，提高熔体的流动性； 

（4）SC-CO2能轻易从产物中脱除，完全省去了使用传统溶剂带来的复杂的后处理工序，并且还能实现对 CO2的回收利用； 

（5）CO2分子成对称结构，极性较弱，它能溶解非极性或极性较弱的物质，可以作为反应介质或萃取剂；若要溶解无机盐类或极性较强的物质，需要在SC-CO2中加入一些极性共溶剂（如乙醇）来改善它的极性。 

1、聚合物发泡机理

聚合物发泡过程可被分成三个阶段，即泡沫形成、泡沫增长、泡沫稳定，示意图如图1所示：

图1 聚合物发泡过程示意图

（1）泡孔形成

 将发泡剂加入到熔融状态的聚合物树脂中，就会生成溶液。当气体形成过饱和溶液时，气体便会溢出而形成气泡，这种过程称为成核作用。通常，加入尺寸较小的固体粒子作为气体的成核剂，即所谓的第二分散相，从而有利于气泡的形成。

（2）泡孔增长

 当溶解气体的含量增加，温度升高时，气体膨胀和气泡合并从而泡沫增长。聚合物的表面张力、熔体粘度、发泡温度、发泡压力、成核剂的尺寸及其分散是影响泡沫增大的主要因素。气泡形成后，气泡内的压力与其尺寸成反比，气泡越小，其内部压力就越大。当尺寸不相同的两个泡孔，气体就会从小泡孔扩散到大泡孔中，发生并孔。

（3）泡孔稳定

 在泡沫增大的过程中，形成无数的气孔，从而表面积增大，破孔壁变薄，使得泡沫不稳定。通常稳定泡沫的方法有：一是加入表面活性剂，降低聚合物熔体的表面张力，减少气体的扩散作用，有利于生成细泡，稳定气泡；二是提高熔体强度来稳定气泡。在实际的生产中，物料的冷却或者固化交联都可以提高熔体强度。

2、发泡材料制备方法

采用 SC-CO2对聚合物进行发泡的主要方法有连续挤出发泡、快速卸压发泡和注塑发泡。

1 连续挤出发泡

连续挤出发泡的过程如下首先将聚合物加入挤出机中进行熔融塑化，然后在挤出机的前中部注入一定量的 SC-CO2，在螺杆和混合元件的强力剪切作用下，聚合物和 SC-CO2得以充分混合并形成聚合物/SC-CO2均相体系；当均相体系挤出口模时，由于压力突然下降，SC-CO2在聚合物熔体中的溶解度迅速下降，体系的热力学不稳定性将诱导聚合物泡孔成核而发泡。随着温度的降低，聚合物基体逐渐变硬，挤出的发泡材料最终成型。连续挤出发泡法的生产效率较高，所得制品用途广泛。 

2 快速卸压发泡

快速卸压发泡属于一步间歇发泡法，其发泡过程是不连续的。快速卸压发泡是将聚合物置于高压釜中，通入 sc-CO2，将聚合物加热到软化但不熔融的状态，然后在此状态维持一定时间使聚合物中的 SC-CO2达到充分饱和；饱和完全后，打开高压釜阀门使压力在短时间内卸至常压，然后将发泡样品取出高压釜并冷却定型。釜内压力的瞬间释放，会引发体系极大的热力学不稳定性，从而使得聚合物迅速发泡膨胀。相比于连续挤出发泡，间歇发泡的生产周期较长，但其拥有一些独特的优势，比如发泡材料的膨胀倍率较大，依靠发泡粒子成型工艺能制作出各种复杂结构的泡沫零部件。 

3 注塑发泡

与前两种发泡方法相比，注塑发泡由于其自身的特点可以一步成型结构复杂的泡沫制品。注塑发泡的主要过程如下：首先将聚合物加入预热好的注塑机机筒内熔融塑化，然后在机筒的熔融段注入一定量的 sc-CO2，在螺杆的转动下通过混合元件使聚合物和 sc-CO2充分混合形成聚合物/sc-CO2均相体系；随后，聚合物/SC-CO2均相体系在螺杆的带动下经静态混合器的进一步混合后进入扩散室，之后快速加热扩散室，使 sc-CO2在聚合物熔体中的溶解度迅速下降而诱发大量气泡成核。为了抑制气泡核的长大，在机筒和扩散室应保持高压。注射时，螺杆推进将含有大量微小气泡核的聚合物熔体注入并充满型腔。充模完成后，释放压力使气泡膨胀，同时模具的冷却作用使发泡制品最终成型。

3、超临界发泡材料应用

（1）发泡聚丙烯材料（EPP）

发泡聚丙烯（EPP）作为一种新型的环保轻质材料，具有优良的抗震吸能性，形变后回复率高，较高的耐热性，耐化学品性能强，耐油性优，隔热性好，轻量化，无毒无味，可实现100%循环使用，是一种理想的绿色包装材料！

EPP材料作为一体化包装材料时，

（1）较强的刚性可以为包装物提供优异的力学支撑；

（2）泡沫材料独有的减震吸能性可以给包装物提供可靠的缓冲保护效果；

（3）极强的表面可塑性，可通过模具皮纹处理制品表观，以实现产品信息或设计理念的传达，提升产品形象；

（4）相较于传统的多种包装材料组合使用，一方面可以降低包装成本，其次有助于包装效率的提高（精简物料品类、减少人工）。基于此，EPP作为一种无毒无害的、可回收的环保材料，通过“一体化包装”的方案，与“绿色包装”的理念刚好契合，实现可回收循环使用。

目前，无锡会通轻质材料股份有限9170金沙登录入口作为国内领先的EPP材料的供应商，一直致力于EPP轻质材料的技术创新，新应用开发。

（2）发泡聚乳酸材料（EPLA）

 聚乳酸（PLA）作为热门的可降解材料之一，尤其是在碳中和的理念下备受关注。

 PLA可应用于食品包装领域的一次性饭盒、食品饮料外包装和高附加值薄膜；在生物医疗领域，PLA还应用于用于医用缝合线、药物控释载体、骨科内固定材料、工程支架、药品缓释控制材料、眼科材料等方面。PBAT在食品包装领域应用于一次性塑料袋和一次性餐具，在农业领域，应用塑料包装薄膜、农用薄膜、一次性塑料袋等。

 换言之，可降解材料应用最多的还在于日常生活中最常见的一次性应用领域，比如饭盒、膜包装、塑料袋等。但在传统的缓冲包装领域，可降解材料还处于空白状态。

（3）发泡热塑性聚氨酯材料（ETPU）

 TPU是热塑性聚氨酯弹性体的英文简称，是一种由二异氰酸酯、扩链剂、多元醇组成的嵌段共聚物。

 其中多元醇组成的软段表现出柔性和韧性，而二异氰酸酯作为硬段，赋予材料硬度和刚性，并且硬段结晶后作为物理交联点，使TPU表现出高弹性。因此TPU具有拉伸强度高、伸长率大，长期压缩变形率低等显著优点，而发泡后的TPU即ETPU，会有良好的回弹性，一般泡沫落球回弹值可达到60%。鞋材应用最为典型的例子便是阿迪达斯的Boost科技——全片式地采用了巴斯夫的ETPU，又俗称爆米花，可给人带来传说中的“踩屎感”穿着体验。

（4）发泡尼龙弹性体材料(E-PEBAX)

 尼龙弹性体是聚酰胺系热塑性弹性体的俗称，英文名是Thermoplastic polyamide-based elastomer，缩写为TPAE，是指由刚性聚酰胺硬段和柔性聚醚或聚酯嵌软段组成的热塑性半结晶型共聚物。

对于尼龙弹性体材料来说，聚醚软段赋予了它优异的柔韧和高回弹性能，聚酰胺硬段赋予了它足够的刚度，并且具有出色的低温抗冲击性能。