超臨界流體及應用

1、超臨界流體和二氧化碳及其應用超臨界流體和二氧化碳及其應用曹國寶（海南省海南大學材料與化工學院，?？?70228）摘要本文簡要介紹了超臨界流體的特性，綜合其性能簡述其在萃取、噴涂、發(fā)泡、清洗、制備超細微粒、聚合中的特性和應用。并展望超臨界流體未來的應用方向。關鍵詞超臨界流體萃取噴涂發(fā)泡清洗超細微粒聚合應用SupercriticalFluidCarbonDioxide’sApplicationCAOGUOBAOAbstactThisarti

2、cleintroducetheacterofSupercriticalFluidbrieflythenpresentitsacteristicsapplicationinextractflamepaintingfoamingcleaningmakeultrafinedustpolymerization.AfterthatlookingfwardSupercriticalFluidapplicationinthefuture.Keywds

3、SupercriticalFluidExtractFlamepaintingFoamingFleaningUltrafinedustPolymerizationApplication一超臨界流體簡介超臨界流體（SupercriticalFluid，簡稱SF或SCF）是指當物質(zhì)處在稍高于臨界溫度和壓力的狀態(tài)時，既不是一般意義上的氣體也不是液體的流體。超臨界流體是一種高密度流體，具有氣體和液體的雙重特性，并且其介電常數(shù)、極化率和分子行為與氣

4、、液兩相均有顯著的差別[1]。超臨界流體能通過分子鍵的相互作用和擴散作用將許多物質(zhì)溶解，因此是一種優(yōu)良的溶劑。而且在稍高于臨界點的區(qū)域內(nèi)，很小的壓力變化，可引起密度的很大變化，從而引起溶解度的很大變化[1]。人們利用超臨界流體的這種性質(zhì)提取和分離某些物質(zhì)，這種技術成為超臨界萃取。超臨界萃取由于具有無毒、無污染、操作簡單以及能耗低的有點，正得到越來越廣泛的應用。除此之外，近年來超臨界流體與許多學科領域交叉不斷擴展著其應用范圍，在萃取、噴涂

5、、發(fā)泡、清洗、制備超細微粒、聚合中同樣有著廣足的發(fā)展和應用。二超臨界流體萃取當氣體超過一定的溫度、壓力時便進入超臨界狀態(tài)此時的流體成為超臨界流體(SupercriticalFluid)。超臨界流體兼有氣液兩重性的特點它既有氣體相當?shù)母邼B透能力又兼有與液體相近的密度和對物質(zhì)優(yōu)良的溶解能力。這種溶解能力能隨體系參數(shù)(溫度和壓力)而發(fā)生變化。因而可以通過改變體系的溫度和壓力使被提取物的溶解度發(fā)生變化而分離出來從而達到分級提取的目的[2].這種

6、技術的優(yōu)點有：1萃取分離效率高；2可在較低溫度下進行，適用于分離熱敏性物料；3與傳統(tǒng)的分離方法比，能耗低；釋劑一樣不是一種強溶劑它對涂料的兼容性必須經(jīng)過測試確定它是否可以達到所需的涂料粘度是否與體系的其他物質(zhì)兼容[7]。超臨界二氧化碳噴涂的優(yōu)點有：1二氧化碳是一種不可燃的惰性氣體，這樣提高了噴涂過程中的安全性；2二氧化碳的臨界溫度和室溫相當，臨界壓力也不難實現(xiàn)。實際上，它在高壓無氣噴涂操作的壓力范圍之內(nèi)；3二氧化碳氣體價廉易得且室溫下其

7、液化壓力為4~6MPa，便于存貯和運輸。4超臨界二氧化碳在許多涂料配方中有很強的溶解力容易與成膜物質(zhì)及活性溶劑形成勻相的涂料溶液[8].超臨界二氧化碳適用的范圍包括：各類熱固性、熱塑性聚合物配的清漆、色漆、閃光漆。填料：鈦白、炭黑、鋁粉、碳酸鈣、硅石和瓷土。四超臨界流體微發(fā)泡微孔發(fā)泡成型所用的發(fā)泡劑一般為二氧化碳和氮氣等小分子氣體。目前多用超臨界流體作為發(fā)泡劑。用超臨界二氧化碳作為發(fā)泡劑具有無毒、成本低、不污染環(huán)境、表面張力小等優(yōu)點外。

8、還具有類似液體的溶解度和氣體的擴散系數(shù)，容易在聚合物中迅速溶解，其自成核能力有助于形成氣泡核[9]。其基本過程可分為如下幾個階段：1在一定的溫度和壓力下，采用適當方法使非反應性氣體(CO2或N2)溶解在聚合物中形成均勻的聚合物氣體飽和體系。2通過壓力驟降或溫度驟升，使聚合物氣體飽和體系迅速成為過飽和體系進入熱力學不穩(wěn)定狀態(tài)。聚合物和氣體的相分離在聚合物體系中引發(fā)成核。3體系內(nèi)的氣體擴散入泡核，使泡孔增長，體系的自由能持續(xù)降低。4由于氣體

9、的大量擴散和聚合體的剛性逐漸提高，泡空結構最終固定下來[]。與傳統(tǒng)的聚合物泡沫相比微發(fā)泡聚合物材料具有優(yōu)異的力學性能、尺寸穩(wěn)定性能、熱穩(wěn)定性能、節(jié)電性能等。適合用作包裝材料、航空和汽車工業(yè)零部件、隔音材料等[10]。五超臨界流體清洗一般來講，超臨界流體的密度越大，其溶解度就越大。在恒溫下，超臨界流體中物質(zhì)的溶解度隨壓力升高而增大。將溫度和壓力適當變化，可使溶解度在100~1000倍的范圍內(nèi)變化。超臨界流體的這一特性，會產(chǎn)生兩種十分有利的

10、應用效果：一方面，目標物(如要清除的污染物等)會最大限度地溶解于超臨界流中，提高操作效率；另一方面，通過適當?shù)臏p壓和(或)降溫，就會很容易地使目標物和超臨界流體分離。此外，超臨界流體具有接近氣體的流動和傳遞特性，使目標物在超臨界流體中的分配遷移進行得很快，從而加速過程的進行，提高生產(chǎn)效率[11]。目前主要應用有：?電子電器：印刷線路板、硅晶片、微電子器件等?精密機械：精密軸承、微細傳動組件、燃油噴嘴等?國防工業(yè)：儀表軸承、航空電子、航空