超臨界流體及應(yīng)用

1、超臨界流體和二氧化碳及其應(yīng)用超臨界流體和二氧化碳及其應(yīng)用曹國寶（海南省海南大學(xué)材料與化工學(xué)院，海口570228）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(xì)微粒、聚合中的特性和應(yīng)用。并展望超臨界流體未來的應(yīng)用方向。關(guān)鍵詞超臨界流體萃取噴涂發(fā)泡清洗超細(xì)微粒聚合應(yīng)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(dāng)物質(zhì)處在稍高于臨界溫度和壓力的狀態(tài)時(shí)，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(kuò)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(diǎn)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(shù)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(diǎn)，正得到越來越廣泛的應(yīng)用。除此之外，近年來超臨界流體與許多學(xué)科領(lǐng)域交叉不斷擴(kuò)展著其應(yīng)用范圍，在萃取、噴涂

5、、發(fā)泡、清洗、制備超細(xì)微粒、聚合中同樣有著廣足的發(fā)展和應(yīng)用。二超臨界流體萃取當(dāng)氣體超過一定的溫度、壓力時(shí)便進(jìn)入超臨界狀態(tài)此時(shí)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(diǎn)它既有氣體相當(dāng)?shù)母邼B透能力又兼有與液體相近的密度和對(duì)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(dá)到分級(jí)提取的目的[2].這種

6、技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)有：1萃取分離效率高；2可在較低溫度下進(jìn)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(qiáng)溶劑它對(duì)涂料的兼容性必須經(jīng)過測試確定它是否可以達(dá)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(diǎn)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(dāng)，臨界壓力也不難實(shí)現(xiàn)。實(shí)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?xì)怏w價(jià)廉易得且室溫下其

7、液化壓力為4~6MPa，便于存貯和運(yùn)輸。4超臨界二氧化碳在許多涂料配方中有很強(qiáng)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?dú)獾刃》肿託怏w。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(diǎn)外。

8、還具有類似液體的溶解度和氣體的擴(kuò)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(gè)階段：1在一定的溫度和壓力下，采用適當(dāng)方法使非反應(yīng)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(jìn)入熱力學(xué)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(kuò)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(kuò)散和聚合體的剛性逐漸提高，泡空結(jié)構(gòu)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(xué)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(dāng)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(huì)產(chǎn)生兩種十分有利的

10、應(yīng)用效果：一方面，目標(biāo)物(如要清除的污染物等)會(huì)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(dāng)?shù)臏p壓和(或)降溫，就會(huì)很容易地使目標(biāo)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(dòng)和傳遞特性，使目標(biāo)物在超臨界流體中的分配遷移進(jìn)行得很快，從而加速過程的進(jìn)行，提高生產(chǎn)效率[11]。目前主要應(yīng)用有：?電子電器：印刷線路板、硅晶片、微電子器件等?精密機(jī)械：精密軸承、微細(xì)傳動(dòng)組件、燃油噴嘴等?國防工業(yè)：儀表軸承、航空電子、航空