超臨界流體是指溫度及壓力均處于臨界點(diǎn)以上的液體。超臨界條件下的氣體,也稱為超臨界流體(SF),是處于臨界溫度(Tc)和臨界壓力(Pc)以上,以流體形式存在的物質(zhì)。通常有二氧化碳(CO2)、氮?dú)?N2)等。
超臨界流體的應(yīng)用
一、超臨界流體萃取
超臨界CO2具有無(wú)毒、無(wú)腐蝕性、不可燃燒、純度高,且價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn),具有優(yōu)良的傳質(zhì)性質(zhì),擴(kuò)散系數(shù)大,粘度低。與其他的超臨界流體相比,具有相對(duì)較低的臨界壓力和敏臨界溫度,適合處理熱敏性生物制品和天然產(chǎn)品。
超臨界CO2流體萃取(SFE)分離過(guò)程的原理是利用超臨界流體的溶解能力與其密度的關(guān)系,即利用壓力和溫度對(duì)超臨界流體溶解能力的影響而進(jìn)行的。在超臨界狀態(tài)下,將超臨界流體與待分離的物質(zhì)接觸,使其有選擇性地把極性大小、沸點(diǎn)高低和分子量大小的成分依次萃取出來(lái)。當(dāng)然,對(duì)應(yīng)各壓力范圍所得到的萃取物不可能是單一的,但可以控制條件得到最佳比例的混合成分,然后借助減壓、升溫的方法使超臨界流體變成普通氣體,被萃取物質(zhì)則*或基本析出,從而達(dá)到分離提純的目的,所以超臨界CO2流體萃取過(guò)程是由萃取和分離過(guò)程組合而成的。
二、超臨界流體發(fā)泡
材料泡沫化是降低其密度,拓展其功能化應(yīng)用的有效途徑。泡沫材料具有質(zhì)量輕、隔熱、吸聲、抗震、比強(qiáng)度高、價(jià)格低廉等特點(diǎn),廣泛應(yīng)用于日用品包裝、體育器材、醫(yī)療設(shè)備配件、汽車工業(yè)以及建筑等領(lǐng)域。
超臨界流體發(fā)泡技術(shù)是近20年快速發(fā)展起來(lái)的制備微孔塑料的有效方法。得到的微孔塑料泡孔尺寸更小、泡孔密度更高、綜合性能也更為優(yōu)異,并且,超臨界流體發(fā)泡成型方式多樣,適用于高溫熔融溫度聚物的發(fā)泡。因此,該技術(shù)為特種工程塑料泡沫的制備提供了新途徑。
相較于其他發(fā)泡方式而言,超臨界流體發(fā)泡主要包括間歇法、連續(xù)擠出法。
間歇法
間歇法屬于靜態(tài)發(fā)泡方式,通常是將聚合物樣品放入高壓釜內(nèi),進(jìn)行靜態(tài)吸附,然后根據(jù)飽和溫度與聚合物玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的關(guān)系,選擇一次泄壓或二次油浴升溫的方式,進(jìn)行聚合物發(fā)泡。但無(wú)論是一次泄壓還是二次升溫,需要溫度均遠(yuǎn)低于其熔融溫度,因此,間歇式發(fā)泡過(guò)程不受聚合物熔融溫度的限制。
此外,間歇式發(fā)泡裝置的結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單,可控性較強(qiáng),不僅是進(jìn)行微孔聚合物成型機(jī)理的研究和工藝參數(shù)確定的有效方法,而且還可以為注射成型與確定擠出成型設(shè)備的設(shè)計(jì)及工藝參數(shù)條件,提供一定的指導(dǎo)。
連續(xù)擠出法
超臨界擠出發(fā)泡屬于動(dòng)態(tài)發(fā)泡方式,是基于傳統(tǒng)擠出或注塑成型,并且適用于工業(yè)化生產(chǎn)的發(fā)泡方式。其與傳統(tǒng)擠出、注塑的主要區(qū)別在于,需要通過(guò)特殊的設(shè)備及技術(shù)手段將超臨界流體在擠出機(jī)或注塑機(jī)的熔膠塑化段注入超臨界流體,使超臨界流體與聚合物熔體在高溫高壓下,形成均相體系,最后,通過(guò)注塑充?;驍D出時(shí)的壓力降進(jìn)行發(fā)泡,冷卻定型。