在目前的環境下，清潔能源和高效能源利用已經成為全球範圍内的關注焦點。微波技術作為一種潛在的替代能源來源，不僅可以降低制備聚合物泡沫所需的能源消耗，還可以減少對傳統化石能源的依賴，進而降低碳排放并促進可持續發展。是以，通過深入研究微波技術在聚合物泡沫制備中的應用，有望為推動清潔能源技術的發展，以及為聚合物材料領域的可持續發展做出貢獻。
在過去的二十年裡，微波技術在聚合物實體發泡領域的應用經曆了巨大的進步。傳統的聚合物泡沫制備過程通常依賴于傳熱加熱，這不僅導緻了溫度梯度的産生，還消耗了大量的時間和能源。然而，微波輔助的實體發泡技術卻以其獨特的簡便、快速、成本效益高等優勢，吸引了廣泛的關注。這種簡單而高效的方法不僅為聚合物泡沫的制備提供了新的途徑，同時也将微波能作為一種可替代的清潔能源引入到了聚合物材料領域。
鑒于此，華東理工大學趙玲教授團隊近期在高分子領域頂級期刊《Polymer Reviews》上發表題為“Microwave-assisted Physical Foaming of Polymers: A Review”的綜述文章。本論文詳細介紹了微波加熱機制，為微波與材料互相作用提供了深入的理論基礎。同時，對微波輔助的間歇發泡、發泡燒結一體化、蒸汽發泡、鹽浸出發泡和3D列印等實體發泡過程進行了綜述和簡要比較（見圖1），并與傳統的發泡技術進行了深入對比以評估微波輔助發泡技術的創新優勢。最後，深入分析了微波輔助發泡技術的現有缺陷，提出了獨特而富有前瞻性的觀點。
圖1 微波輔助聚合物實體發泡方案先進的外場強化技術正在推動現代化學工業的進步，越來越多的材料制備過程現在都納入了這些技術。其中，微波場強化聚合物發泡因其優越的加熱效率和均勻的溫度分布而成為一項極具前景的研究方向。這項技術為解決化學工業中高污染、高能耗和低産值等挑戰提供了新的解決方案和研究途徑，進而為可持續聚合物工藝的追求注入了新的動力。
圖2 微波輔助間歇發泡
圖3 微波輔助發泡燒結一體化
圖4 微波輔助蒸汽發泡
圖5 微波輔助鹽浸出發泡
圖6 微波輔助3D列印發泡考慮到綠色化學的要求，微波輻射相對于傳統加熱而言，被視為首選的能源來源。利用實體技術制備聚合物泡沫不僅可以顯著減輕化學發泡劑對環境的不利影響，同時微波輔助還能提升泡沫的制備效率和結構穩定性。在過去的兩十年間，微波場輔助實體發泡技術在生産多樣化泡沫材料方面取得了顯著進展。現代微波加熱裝置能夠精細調節溫度和功率，進而輕松控制發泡過程。微波技術在泡沫制備領域的創新為聚合物的實體發泡開辟了一條更為“神奇”的道路，然而，不可否認的是，将微波技術應用于聚合物的實體發泡仍然是一個具有挑戰性的領域。盡管如此，這一領域的進一步發展潛力依然巨大，為未來的突破性發現提供了豐富的機遇。針對微波輔助聚合物實體發泡領域，該團隊前期已做了廣泛探索，相關成果已發表在Chem. Eng. J., 2024, 481, 148402; Compos. Commun., 2024, 48, 101925; Chem. Eng. Sci., 2023, 281, 119110。本論文第一作者是華東理工大學化工學院2021級博士研究所學生鐘文宇，通訊作者為華東理工大學化工學院趙玲教授與陳弋翀博士後。
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https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/15583724.2024.2372492來源：高分子科學前沿