1．1  超临界 CO2的特性及其作用

当纯流体的温度和压力超过它的临界温度和临界压力时，该流体处于超临界状态，称为超临界流体，其物理和化学性质介于液体和气体之间[5]。纯流体温度和压力之间的关系如图1.1所示，阴影部分为超临界流体状态，AT线表示固-气平衡的升华曲线，BT线表示液-固平衡的熔融曲线，CT线表示气-液平衡的饱和蒸汽压曲线，点T是气-液-固三相共存的三相点。图中C点称为临界点，与之相对应的温度和压力分别称为临界温度和临界压力。几种物质的临界参数如表1.1所列[6]。

超临界二氧化碳(CO2)是最常用的超临界流体，在发泡领域被广泛使用，其作为发泡剂被誉为20世纪90年代以来PS发泡领域最重要的研究进展之一，目前已成功替代了许多物理和化学发泡剂，成为近年来工业生产和科学研究的热点[5]。 

图1.1 纯流体温度和压力的关系图

表1.1常见流体的临界参数

物质名称 临界温度/℃ 临界压力/MPa

二氧化碳 31.1 7.37

乙烷 32.3 4.88

乙烯 9.3 5.04

氮 -147.0 3.39

氨 132.5 11.28

苯 288.9 4.89

环己烷 280.3 4.07

水 374.2 22.05

表 1.2 气体、液体和超临界流体的性质比较

类型 密度/ (kg/m3) 粘度/ (Pa·s ) 扩散系数/ (m2/s)

气体 1 10-5 10-5

超临界流体  200～700 10-4 10-7

液体  1000 10-3 5×10-10

采用超临界CO2制备PS发泡材料具有许多优点[6—8]：

(1) 超临界CO2的临界温度为31.1℃、临界压力为7.37MPa，因此，实现超临界流体操作容易实现，节省能耗，并且CO2的临界压力不是很高，设备加工安全指数相当的情况下加工比较容易；

(2) 超临界CO2的黏度与气体相近，比液体小1个数量级，扩散系数比液体大2个数量级，具有较好的流动性、渗透性和传递性，容易并可以比较快速在PS熔体中达到平衡浓度，大大缩短了加工时间，使PS发泡材料工业化成为可能；论文网

(3) 超临界CO2的介电常数小并随压力的增加而增大，便于溶解一些挥发性物质，相应溶质的溶解度可提高5-10个数量级，因此，同温下，超临界CO2作为发泡剂可达到更高的平衡浓度，从而可使成核速率增大，就可制得泡孔密度更高和泡孔孔径更小的PS发泡材料；

(4)  CO2无色、无臭、无毒、不可燃、环境友好，且来源广泛、价格低廉。

因此，鉴于超临界CO2的以上优点，以其取代传统物理和化学发泡剂已成为PS发泡研究和生产的必然趋势之一。

1．2  PS发泡材料的性能