针对传统的橡胶化学发泡技术(化学发泡剂中用量最大的是偶氮二甲酰胺)存在着化学残留、甲酰胺、气味(如氨气、VOC混合气体、硫化剂或增塑剂高温下产生的恶臭)等环境问题。张振秀教授团队以二氧化碳(CO2)或氮气(N2)替代有机发泡剂,通过釜式超临界发泡工艺,成果制备了多种环境友好的功能性橡胶发泡材料。譬如团队开发了轻质高强度的阻燃氯丁橡胶(CR)超发泡材料。极限氧指数显著达到36.5%,总烟量低至0.19 m2,与未改性CR泡沫相比减少了96.6%,具有优异的阻燃、抑烟性。相关成果以“Supercritical N2-induced lightweight high-strength chloroprene rubber foam with excellent flame-retardant and smoke suppression”为题发表于Composites Part A: Applied Science and Manufacturing.文章链接:https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2024.108663高分子学院2022级硕士研究生于少鹏为第一作者,刘亚副教授、张振秀教授为共同通讯作者,青岛科技大学为第一通讯单位。
团队以三元乙丙橡胶(EPDM)为基体,固体石蜡(PW)作为相变材料,引入SiO2气凝胶优化泡孔结构并降低热导率,成功研制出了高效储能且密度极低的EPDM/PW相变泡沫。密度可降至0.05 g/cm³,热导率可降至0.046 W/m·K。在经过1000次循环的吸热和放热测试后,EPDM/PW相变泡沫未出现任何相变材料泄露,证明了其长期稳定的储能性能。以上研究成果以“Development of flexible lightweight EPDM/PW energy storage foams with low thermal conductivity by supercritical CO2”为题发表于Construction and Building Materials.文章链接:https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2024.136674高分子学院2022级硕士研究生宋少康为第一作者,于振博士、张振秀教授为共同通讯作者,青岛科技大学为第一通讯单位。
团队开发了具有陶瓷化阻燃涂层的硅橡胶复合发泡材料,密度在0.08 ~ 0.23 g/cm3可调。滑石粉对陶瓷化有明显的熔融和阻燃作用,熔融晶体结构将APP和CB凝聚在一起,最终形成具有更高抗弯强度的陶瓷,从而提高了阻燃性能和陶瓷化性能。烧蚀后由于形成了陶瓷化涂层,抗压强度比纯硅橡胶涂层提高了900%。相关成果以“Lightweight and flame retardant silicone rubber foam prepared by supercritical nitrogen: The influence of flame retardants combined with ceramicizable fillers”为题发表于Construction and Building Materials.文章链接:https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2023.130735.高分子学院2019级硕士研究生韩迎霞为第一作者,于振博士、张振秀教授为共同通讯作者,青岛科技大学为第一通讯单位。
另外,团队在橡胶发泡领域已授权多项发明专利:《一种可陶瓷化阻燃涂层涂覆硅橡胶泡沫及其制备工艺》,授权专利号:ZL202210886260.8;《一种溴化丁基橡胶/聚乙烯保温缓冲材料及其制备工艺》,授权专利号:ZL202310738828.6;《一种阻燃氟硅橡胶泡沫复合材料及其制备工艺》,授权专利号:ZL202210895296.2;《一种微孔发泡密封条》,授权专利号:ZL2016101505159;《一种氯磺化聚乙烯微孔发泡材料及其制备方法》,授权专利号:ZL2016101505337;《一种丁苯橡胶微孔发泡材料及其制备方法》授权专利号:ZL201610150936.1。
橡胶发泡材料在现代工业和日常生活中扮演着非常重要的角色,相比其他发泡材料,橡胶发泡材料具有优异的柔韧性、耐腐蚀性、耐老化性和机械强度,在交通运输、冷链物流、电子电器、航空航天、运动休闲、包装、建筑、床上用品及医疗等领域具有广泛应用。然而,传统的橡胶发泡技术存在的化学残留、甲酰胺、气味等问题,会对环境和人体健康造成不良影响。党的二十大报告指出:“推动经济社会发展绿色化、低碳化是实现高质量发展的关键环节”。习近平总书记强调:“绿色发展是构建高质量现代化经济体系的必然要求,是解决污染问题的根本之策”。橡塑微孔发泡新材料团队深耕“聚合物超临界发泡技术与工程化”领域近20年,形成了具有自主知识产权的低碳、绿色、环保微孔橡胶发泡材料规模化制造设备和工艺,该技术必将促进传统橡胶发泡产业的升级与转型,推动传统发泡产业向低碳、绿色转变,有助于国内高端发泡材料的健康快速发展,助力国家在国际新材料市场中的话语权和主导地位。