2、結果與討論

2.1 TPAE/無機粒子復(fu)合物的相(xiang)形態

TPAE/無(wu)(wu)機粒子復合(he)物的(de)(de)(de)微觀結(jie)構特(te)性(xing)主要(yao)由無(wu)(wu)機粒子在(zai)基(ji)體中(zhong)的(de)(de)(de)分散(san)性(xing)決定，為了評估不(bu)同無(wu)(wu)機粒子在(zai)TPAE基(ji)體中(zhong)的(de)(de)(de)均勻(yun)(yun)分散(san)程度及其(qi)與TPAE的(de)(de)(de)相(xiang)容性(xing)，通過SEM表征(zheng)了不(bu)同TPAE/無(wu)(wu)機粒子復合(he)物的(de)(de)(de)斷(duan)面(mian)形(xing)態(tai)，如圖(tu)2所(suo)示。可以觀察到，純TPAE呈現出(chu)光滑平坦(tan)的(de)(de)(de)斷(duan)面(mian)形(xing)貌；而在(zai)Talc加入的(de)(de)(de)復合(he)材(cai)料中(zhong)，Talc以片層結(jie)構嵌入TPAE基(ji)體，顯示出(chu)較(jiao)高的(de)(de)(de)相(xiang)容性(xing)，盡管其(qi)分布密度相(xiang)對(dui)較(jiao)低且在(zai)均勻(yun)(yun)性(xing)方面(mian)存在(zai)不(bu)足。

圖2 TPAE/無機粒子(zi)復合物表面(mian)形貌的SEM圖

對比之下，含(han)有CaSiO3、CaCO3、WI無機粒子(zi)的(de)(de)TPAE復(fu)合材料展(zhan)示出典型的(de)(de)兩(liang)(liang)相形態，這些粒子(zi)在TPAE基(ji)體中的(de)(de)均勻分散揭示了TPAE與這3種無機粒子(zi)之間在熱力學(xue)上的(de)(de)不相容(rong)性。值得注意的(de)(de)是(shi)，相比較于(yu)TPAE-2CaCO3和TPAE-2WI，TPAE-2CaSiO3復(fu)合材料的(de)(de)斷面形貌(mao)中的(de)(de)CaSiO3粒子(zi)表現(xian)(xian)出明顯的(de)(de)團聚現(xian)(xian)象，這可(ke)歸因于(yu)CaSiO3獨(du)特的(de)(de)多孔蜂窩(wo)狀結構，使得在含(han)量增加時(shi)，粒子(zi)間相互碰撞并(bing)傾向于(yu)結合，容(rong)易形成更大的(de)(de)聚集體，使得CaSiO3粒子(zi)尺寸顯著大于(yu)其他(ta)兩(liang)(liang)種無機粒子(zi)。

為深入評估4種無機粒子與TPAE之間的相容性，本研究采用界面張力儀、接觸角儀計算了(le)4種無機粒子與TPAE之(zhi)間的(de)界面張(zhang)(zhang)力(li)(li)，以定量分(fen)析其相(xiang)容(rong)性(xing)。如圖3所示，可以看出，Talc與TPAE之(zhi)間的(de)界面張(zhang)(zhang)力(li)(li)為0.82 mN/m，表明二者相(xiang)互作用(yong)力(li)(li)較強(qiang)，能夠(gou)更好(hao)地相(xiang)互滲透(tou)和混(hun)合，反映出二者之(zhi)間存(cun)在良好(hao)的(de)相(xiang)容(rong)性(xing)。

相比之下，CaSiO3與(yu)TPAE、WI與(yu)TPAE的界面(mian)張(zhang)力分(fen)別達到8.72 mN/m和(he)14.5 mN/m，大約(yue)為Talc的10~15倍，高(gao)界面(mian)張(zhang)力通常導致(zhi)物質間(jian)的相分(fen)離(li)，表明CaSiO3和(he)WI與(yu)TPAE之間(jian)存在明顯的不(bu)相容。而CaCO3與(yu)TPAE的界面(mian)張(zhang)力雖低(di)于(yu)CaSiO3和(he)WI，但仍高(gao)于(yu)Talc，表明CaCO3與(yu)TPAE的相容性位于(yu)中間(jian)。

2.2 TPAE/無(wu)機粒子復(fu)合物的發泡行為

基于(yu)聚合物的熔體黏彈性和熔體強度(du)(du)在(zai)很大(da)程度(du)(du)上受(shou)到溫度(du)(du)的影(ying)(ying)響，發(fa)泡(pao)(pao)(pao)(pao)溫度(du)(du)對發(fa)泡(pao)(pao)(pao)(pao)性能的影(ying)(ying)響顯(xian)著，在(zai)不(bu)(bu)同(tong)溫度(du)(du)下(xia)對不(bu)(bu)同(tong)TPAE/無(wu)(wu)機(ji)(ji)粒(li)(li)子(zi)復合物進行(xing)了(le)(le)發(fa)泡(pao)(pao)(pao)(pao)實(shi)驗(yan)，結(jie)果表(biao)明(ming)當(dang)溫度(du)(du)為185℃時(shi)，TPAE復合物泡(pao)(pao)(pao)(pao)沫具有(you)最佳的泡(pao)(pao)(pao)(pao)孔(kong)(kong)(kong)結(jie)構(gou)，因此(ci)后續的分析討論(lun)也是基于(yu)這(zhe)個溫度(du)(du)。通過SEM表(biao)征(zheng)了(le)(le)185℃下(xia)不(bu)(bu)同(tong)粒(li)(li)子(zi)含(han)量TPAE/無(wu)(wu)機(ji)(ji)粒(li)(li)子(zi)復合物泡(pao)(pao)(pao)(pao)沫的泡(pao)(pao)(pao)(pao)孔(kong)(kong)(kong)結(jie)構(gou)，結(jie)果如圖4所示，圖5則展示了(le)(le)不(bu)(bu)同(tong)TPAE/無(wu)(wu)機(ji)(ji)粒(li)(li)子(zi)復合物泡(pao)(pao)(pao)(pao)沫的泡(pao)(pao)(pao)(pao)孔(kong)(kong)(kong)直徑(jing)與密度(du)(du)。結(jie)果表(biao)明(ming)，純TPAE泡(pao)(pao)(pao)(pao)沫呈(cheng)現(xian)出明(ming)顯(xian)的泡(pao)(pao)(pao)(pao)孔(kong)(kong)(kong)坍塌合并現(xian)象(xiang)，4種無(wu)(wu)機(ji)(ji)粒(li)(li)子(zi)的添加都明(ming)顯(xian)改善了(le)(le)TPAE泡(pao)(pao)(pao)(pao)沫泡(pao)(pao)(pao)(pao)孔(kong)(kong)(kong)的破裂(lie)情況，泡(pao)(pao)(pao)(pao)孔(kong)(kong)(kong)結(jie)構(gou)均勻，泡(pao)(pao)(pao)(pao)孔(kong)(kong)(kong)直徑(jing)明(ming)顯(xian)降低，泡(pao)(pao)(pao)(pao)孔(kong)(kong)(kong)密度(du)(du)大(da)幅(fu)提(ti)升，這(zhe)是由于(yu)4種無(wu)(wu)機(ji)(ji)粒(li)(li)子(zi)都起到了(le)(le)異相成核效(xiao)應。

其中，相比較于(yu)Talc，CaCO3、CaSiO3、WI這3種(zhong)無機(ji)粒(li)子(zi)對于(yu)TPAE泡沫泡孔(kong)結構的(de)改善效果更為(wei)(wei)顯著，具有更高的(de)泡孔(kong)密度。這是因為(wei)(wei)根據(ju)異相成(cheng)核理論公式（7）

圖3無(wu)機粒子與(yu)TPAE的界面張力

圖(tu)4 185℃下TPAE/無機粒子泡沫泡孔(kong)結構的SEM圖(tu)

圖(tu)5 TPAE/無機粒子(zi)復(fu)合物泡沫的泡孔直徑與密(mi)度

其(qi)中，Pcell是(shi)泡孔(kong)中的(de)氣體(ti)壓力(li)(li)，Pa；Psys是(shi)周圍系統的(de)壓力(li)(li)，Pa；A是(shi)表面(mian)積，m2；σ是(shi)界面(mian)張力(li)(li)，mN/m；l、g、s分別表示熔(rong)體(ti)、氣體(ti)和固體(ti)相。

在其他(ta)條件相(xiang)近的(de)情況下，泡(pao)孔(kong)成(cheng)(cheng)核的(de)活化(hua)能(neng)壘(lei)?Ghet主要(yao)受(shou)聚合物和添加劑之間(jian)的(de)界(jie)面(mian)張力(li)σsl影響。與Talc相(xiang)比(bi)，這3種無機粒(li)子與TPAE具有更高的(de)界(jie)面(mian)張力(li)，導致(zhi)兩(liang)相(xiang)界(jie)面(mian)處的(de)成(cheng)(cheng)核能(neng)壘(lei)降低(di)。

此(ci)外，CO2傾向于聚集在不相容的(de)兩(liang)相界面處(chu)(chu)，其濃度的(de)增加會進一(yi)步降(jiang)低界面處(chu)(chu)的(de)泡(pao)孔成(cheng)核(he)(he)能(neng)壘，加速異(yi)相成(cheng)核(he)(he)速率，促進泡(pao)孔的(de)形(xing)成(cheng)。其中TPAE/WI復合物(wu)泡(pao)沫(mo)由(you)于具有最高(gao)的(de)界面張(zhang)力而展現出最高(gao)的(de)泡(pao)孔成(cheng)核(he)(he)數。

2.3 TPAE/無機(ji)粒子復合物泡(pao)沫的開孔機(ji)制

根據TPAE/無(wu)(wu)(wu)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)粒(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)復(fu)(fu)合(he)物(wu)泡(pao)(pao)(pao)(pao)(pao)(pao)沫(mo)(mo)(mo)的(de)(de)(de)(de)(de)泡(pao)(pao)(pao)(pao)(pao)(pao)孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)結構圖可以看出(chu)，相比(bi)較(jiao)于純TPAE泡(pao)(pao)(pao)(pao)(pao)(pao)沫(mo)(mo)(mo)的(de)(de)(de)(de)(de)閉孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)結構，無(wu)(wu)(wu)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)粒(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)的(de)(de)(de)(de)(de)添(tian)加明顯(xian)促進了TPAE泡(pao)(pao)(pao)(pao)(pao)(pao)沫(mo)(mo)(mo)泡(pao)(pao)(pao)(pao)(pao)(pao)孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)的(de)(de)(de)(de)(de)打開(kai)(kai)。為(wei)詳(xiang)細探究無(wu)(wu)(wu)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)粒(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)的(de)(de)(de)(de)(de)開(kai)(kai)孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)制，使用(yong)真密度儀(yi)對(dui)不同(tong)(tong)TPAE/無(wu)(wu)(wu)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)粒(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)復(fu)(fu)合(he)物(wu)泡(pao)(pao)(pao)(pao)(pao)(pao)沫(mo)(mo)(mo)的(de)(de)(de)(de)(de)開(kai)(kai)孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)率(lv)(lv)進行了測(ce)試，如圖6所示(shi)(shi)。無(wu)(wu)(wu)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)粒(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)的(de)(de)(de)(de)(de)添(tian)加都提(ti)高了TPAE泡(pao)(pao)(pao)(pao)(pao)(pao)沫(mo)(mo)(mo)的(de)(de)(de)(de)(de)開(kai)(kai)孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)率(lv)(lv)，表明無(wu)(wu)(wu)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)粒(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)的(de)(de)(de)(de)(de)加入是(shi)影(ying)響開(kai)(kai)孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)率(lv)(lv)的(de)(de)(de)(de)(de)關(guan)鍵因素。基于TPAE和TPAE/CaSiO3復(fu)(fu)合(he)物(wu)泡(pao)(pao)(pao)(pao)(pao)(pao)沫(mo)(mo)(mo)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)開(kai)(kai)孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)結構分析無(wu)(wu)(wu)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)粒(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)對(dui)復(fu)(fu)合(he)物(wu)泡(pao)(pao)(pao)(pao)(pao)(pao)沫(mo)(mo)(mo)開(kai)(kai)孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)結構的(de)(de)(de)(de)(de)影(ying)響（以CaSiO3為(wei)例(li)），如圖7所示(shi)(shi)。可以看出(chu)，純TPAE泡(pao)(pao)(pao)(pao)(pao)(pao)沫(mo)(mo)(mo)主(zhu)要出(chu)現(xian)泡(pao)(pao)(pao)(pao)(pao)(pao)孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)壁上，且形(xing)成的(de)(de)(de)(de)(de)孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)比(bi)較(jiao)規(gui)則，這是(shi)由于純TPAE熔體(ti)強度低，泡(pao)(pao)(pao)(pao)(pao)(pao)孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)壁容易破裂。而(er)TPAE/CaSiO3復(fu)(fu)合(he)物(wu)泡(pao)(pao)(pao)(pao)(pao)(pao)沫(mo)(mo)(mo)的(de)(de)(de)(de)(de)開(kai)(kai)孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)主(zhu)要發生(sheng)在(zai)泡(pao)(pao)(pao)(pao)(pao)(pao)孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)的(de)(de)(de)(de)(de)內壁以及幾個泡(pao)(pao)(pao)(pao)(pao)(pao)孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)的(de)(de)(de)(de)(de)相交處上，這是(shi)因為(wei)在(zai)泡(pao)(pao)(pao)(pao)(pao)(pao)孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)生(sheng)長過程中(zhong)，由于CaSiO3的(de)(de)(de)(de)(de)非均相成核(he)，泡(pao)(pao)(pao)(pao)(pao)(pao)孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)在(zai)CaSiO3分散相周圍成核(he)生(sheng)長，形(xing)成花狀(zhuang)的(de)(de)(de)(de)(de)泡(pao)(pao)(pao)(pao)(pao)(pao)孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)結構，而(er)TPAE與無(wu)(wu)(wu)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)粒(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)的(de)(de)(de)(de)(de)相容性差，使得CaSiO3從(cong)泡(pao)(pao)(pao)(pao)(pao)(pao)孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)壁上脫落，留下(xia)不規(gui)則的(de)(de)(de)(de)(de)網(wang)狀(zhuang)結構，從(cong)而(er)導致(zhi)泡(pao)(pao)(pao)(pao)(pao)(pao)孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)間相互連接。其他3種TPAE/無(wu)(wu)(wu)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)粒(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)復(fu)(fu)合(he)物(wu)泡(pao)(pao)(pao)(pao)(pao)(pao)沫(mo)(mo)(mo)的(de)(de)(de)(de)(de)開(kai)(kai)孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)形(xing)式同(tong)(tong)TPAE/CaSiO3復(fu)(fu)合(he)物(wu)泡(pao)(pao)(pao)(pao)(pao)(pao)沫(mo)(mo)(mo)一致(zhi)。圖8展示(shi)(shi)了兩種與TPAE具有(you)不同(tong)(tong)界面(mian)張力的(de)(de)(de)(de)(de)粒(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)（以CaSiO3和Talc為(wei)例(li)）的(de)(de)(de)(de)(de)添(tian)加對(dui)復(fu)(fu)合(he)物(wu)泡(pao)(pao)(pao)(pao)(pao)(pao)沫(mo)(mo)(mo)開(kai)(kai)孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)結構形(xing)成的(de)(de)(de)(de)(de)影(ying)響機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)制。

圖6 TPAE/無機(ji)粒子復合物泡沫(mo)的開孔率

圖7 TPAE泡(pao)沫的典型開孔結(jie)構

圖(tu)8 TPAE/無機粒子(zi)復合物泡沫開(kai)孔(kong)結構的形成示意圖(tu)

無機粒子對TPAE界面張力、發泡、抗收縮行為的影響（一）

無機粒子對TPAE界面張力、發泡、抗收縮行為的影響（二）

無機粒子對TPAE界面張力、發泡、抗收縮行為的影響（三）

無機粒子對TPAE界面張力、發泡、抗收縮行為的影響（四）