文章亮点

1. 文章全面综述了超临界流体的性质及其在聚合物发泡中的应用。

2. 在聚合物发泡过程中聚合物/气体均相体系形成阶段，超临界流体在聚合物基质中的溶解和扩散，以及与聚合物基质的相互作用关系；在泡孔成核阶段，均相成核和异相成核对泡孔结构的影响；在泡孔生长阶段，分别采用海岛模型和细胞模型来解释泡孔的生长。

3. 超临界流体在聚合物发泡成型工艺的应用。

图文解析

超临界流体的性质

随着经济的发展，环境问题日益突出。绿色化学是解决当前环境问题的重要手段之一。与此同时，人们越来越注重绿色健康的生活。基于此，物理发泡剂正在逐渐取代化学发泡剂，主要是超临界流体。纯净物质根据温度和压力的不同，呈现出气态、液态、固态等状态变化。如果提高温度和压力来观察状态的变化，当达到特定的温度、压力，会出现液体与气体界面消失的现象，该点被称为临界点。在临界点附近，会出现流体的密度、粘度、溶解度、热容量、介电常数等所有流体的物性发生急剧变化的现象。温度及压力均处于临界点以上的液体叫超临界流体(supercritical fluid)。超临界流体的性质介于气体和液体之间，取决于压力和温度。超临界流体的溶解度与液体相似、扩散系数与气体相似，可以溶解于大多数聚合物，且对聚合物熔体存在良好的増塑作用。

Figure 1. Typical phase diagram for a pure substance.

在聚合物发泡过程中常用的超临界流体有超临界二氧化碳（SCCO₂）、超临界氮气（SCN₂）和共发泡剂。SCCO₂具备多项优点：(1) CO₂作为空气的组分之一，制备成本较低，来源广泛，不污染环境；(2) 无毒无色，化学性质较为稳定；(3) 临界温度 (31°C) 和临界压力 (7.38 MPa) 较低，易于操作控制，对增压设备要求不高。(4) SCCO₂在聚合物中溶解度高、扩散能力强、成核密度高，有利于多孔聚合物材料的制备。(5)发泡后聚合物基体中残留的CO₂含量低。以N₂作为发泡剂的超临界流体技术的主要特点如下：(1)泡孔尺寸更小，泡孔密度更高，且泡孔分布更均匀。(2)N₂扩散较慢，形成的泡沫不太可能塌陷，有利于弹性材料的发泡。近年来，在发泡技术过程中引入了共发泡剂，以提高塑料材料的发泡能力。C.B. Park (The Journal of Supercritical Fluids, 2014)等人通过可视化系统探讨了在高温高压下

SCCO₂/SCN₂辅助聚苯乙烯(PS)发泡。当CO₂/N₂按 3:1 混合时可产生协同效应，加工温度窗口会被拓宽，得到泡孔密度最大的发泡材料，此外，SCCO₂增加SCN₂在PS的溶解度，溶解的SCN₂会进一步增加泡孔的成核密度。因此，使用共发泡剂可以在一定程度上改善实验操作条件或改善泡沫性能。