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  熱膨脹微球（Thermally expandable microsphere）全稱熱塑性可膨脹微球，是一種熱膨脹型微膠囊，它具有核-殼結(jié)構(gòu)，由熱塑性高分子聚合物外殼包裹低沸點(diǎn)溶劑（液態(tài)烷烴氣體或其它化合物）組成，其直徑一般在10~50μm之間，加熱后體積可迅速膨脹到自身的幾十倍，在冷卻后微球可依舊保持在膨脹時(shí)的體積不回縮。熱膨脹微球作為理想的輕質(zhì)填料和物理發(fā)泡劑,已被廣泛應(yīng)用于涂料印刷、泡沫工業(yè)、紡織工業(yè)、建筑、汽車(chē)制造、航空航天等領(lǐng)域。

△ 熱膨脹微球膨脹前后對(duì)比圖

按照其最大膨脹溫度可將熱膨脹微球分為：

低溫膨脹型：Tmax＜110℃      

中溫膨脹型：Tmax 110~160℃

高溫膨脹型：Tmax160~220℃    

超高溫膨脹型：Tmax＞220℃

△ 膨脹原理：常溫下，微球外殼堅(jiān)硬；當(dāng)加熱微球時(shí)，隨著溫度的升高液態(tài)烴逐漸汽化，導(dǎo)致球內(nèi)壓力增大，當(dāng)溫度升高到聚合物殼層的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，殼層變軟，微球在內(nèi)外壓力差的作用下開(kāi)始膨脹，直至球內(nèi)外壓力達(dá)到平衡，膨脹停止，達(dá)到最大發(fā)泡狀態(tài)；若繼續(xù)加熱，聚合物殼層機(jī)械強(qiáng)度下降，微球萎縮、破裂，殼內(nèi)的氣體逸出。（圖源：積水化學(xué)Advancell EM）

熱膨脹微球特性

△ 熱膨脹微球發(fā)泡劑與化學(xué)發(fā)泡劑發(fā)泡效果SEM對(duì)比圖

01良好的機(jī)械性能

無(wú)開(kāi)放泡孔，避免了使用普通發(fā)泡劑泡孔不均勻、泡孔破裂、泡孔回彈性差等缺點(diǎn)，其完整的球形結(jié)構(gòu)保證了良好的機(jī)械性能。

02優(yōu)良的彈性

熱塑性殼體有優(yōu)異的耐壓性，最高可承受300kg/cm2的壓力，良好的回彈性可以承受多次循環(huán)加壓/卸壓而不破裂。

03優(yōu)異的發(fā)泡性能

發(fā)泡后體積可達(dá)到原來(lái)40-80倍；微球囊具有獨(dú)立的閉孔結(jié)構(gòu)，發(fā)泡后仍是完整的密閉體，且發(fā)泡后泡孔粒徑較為均一，使其表現(xiàn)出穩(wěn)定的發(fā)泡性能。

04環(huán)保性能

普通發(fā)泡劑使用過(guò)程中以及固化后可能會(huì)有氣味、殘留的揮發(fā)物，而聚合物微球無(wú)毒無(wú)污染，性能更加安全，可作為環(huán)保型發(fā)泡劑在高端產(chǎn)品及高附價(jià)值產(chǎn)品中使用。

05隔絕性

微球受熱膨脹后形成充氣式密閉腔體，具有良好的絕緣性，當(dāng)添加到聚氨酯、酚醛樹(shù)脂、涂料等材料中可以起到優(yōu)異的隔熱保溫效果，同時(shí)還可起到隔音、減震、阻燃和電絕緣效果。

應(yīng)用介紹

01三維立體圖案印刷

由于熱膨脹微球優(yōu)異的發(fā)泡性能，當(dāng)加入到印刷油墨或涂料中時(shí)，可通過(guò)控制加入微球的粒徑和膨脹溫度進(jìn)行可控發(fā)泡，不同粒徑的微球可以帶來(lái)不同的表面外觀及手感，從而獲得三維立體效果、特殊絨感表面、麂皮效果和磨砂手感，廣泛用于油墨印刷、織物印染、盲文凸字、墻紙、皮革等工業(yè)生產(chǎn)中；也可加入防滑劑中，涂布在紙張、無(wú)紡布、紡織品等物體表面，制作防滑墊、地毯、波狀紙板等。

02輕質(zhì)材料

熱膨脹微球作為塑料和橡膠的理想輕質(zhì)填料，且回彈性好，應(yīng)用于PE、PP、PVC、PET、TPR、TPU等熱塑性材料的擠出或注塑發(fā)泡，可增加產(chǎn)品體積、改善絕緣性能、降低密度、提高抗熱性能及抗壓性等，廣泛用于紅酒瓶塞、汽車(chē)零部件、輕質(zhì)粘土、發(fā)泡鞋材、發(fā)泡橡膠、密封條、電纜、輪胎、人造大理石、多孔陶瓷、乳化炸藥等的工業(yè)生產(chǎn)。

03功能涂層

熱膨脹微球可加到相應(yīng)涂料中，作為保護(hù)層，使產(chǎn)品具有一定的彈性和回彈性、抗沖擊性和其他特殊性能，比如可用于汽車(chē)底部裝甲涂料，使汽車(chē)底盤(pán)減輕50%重量的同時(shí)，改善其耐腐蝕性能和減輕噪音，大幅降低燃油消耗，降低成本；也可用于皮革涂層、服裝襯里、汽車(chē)內(nèi)飾、防裂劑、耐火涂料等。

04其他應(yīng)用

膠粘劑/熱減粘膠帶：在許多應(yīng)用領(lǐng)域需要將不同材料進(jìn)行組合粘接和解粘，將熱膨脹聚合物微球加入到膠粘劑中，即可實(shí)現(xiàn)部件連接處的熱減粘。熱減粘膠帶在常溫條件下具有粘合力，只需加熱粘合力消失即可輕易剝落，達(dá)到快速拆卸而不損壞組件的效果，廣泛用于電子制造領(lǐng)域。

半導(dǎo)體CMP拋光墊：熱膨脹微球可用于制作CMP拋光墊，CMP技術(shù)是使被拋光材料在化學(xué)和機(jī)械的共同作用下，材料表面達(dá)到所要求的平整度的一個(gè)工藝過(guò)程，拋光墊為重要組成部分。

市場(chǎng)概況

據(jù)調(diào)研機(jī)構(gòu)恒州誠(chéng)思（YH Research）研究統(tǒng)計(jì)，2023年全球可膨脹微球市場(chǎng)規(guī)模約36億元，預(yù)計(jì)未來(lái)將持續(xù)保持平穩(wěn)增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)，到2030年市場(chǎng)規(guī)模將接近67億元，未來(lái)年復(fù)合增長(zhǎng)率CAGR為8.7%。

△  數(shù)據(jù)來(lái)源：YH Research

全球熱膨脹微球的核心廠商包括Nouryon、Matsumoto Yushi-Seiyaku、Kureha、Sekisui Chemical、Kumyang等。長(zhǎng)期以來(lái)，熱膨脹微球市場(chǎng)被國(guó)外公司所占據(jù)，全球前五大廠商占有大約80%的市場(chǎng)份額，日本是最大的生產(chǎn)地區(qū)，亞太地區(qū)是最大的消費(fèi)市場(chǎng)，就產(chǎn)品類型而言，發(fā)泡劑處于主導(dǎo)地位，占有約64%的份額。

△  熱膨脹微球市場(chǎng)

中國(guó)市場(chǎng)進(jìn)口依賴度較高，且進(jìn)口產(chǎn)品價(jià)格遠(yuǎn)高于國(guó)產(chǎn)價(jià)格，國(guó)內(nèi)由于研究起步較晚，我國(guó)在技術(shù)、生產(chǎn)設(shè)備以及規(guī)模等方面與國(guó)外仍存在一定差距。近年來(lái)，隨著國(guó)內(nèi)自主研發(fā)能力提升，以及相關(guān)技術(shù)不斷突破，國(guó)內(nèi)廠家快思瑞、山西運(yùn)研成功開(kāi)發(fā)了熱膨脹微球產(chǎn)品并投產(chǎn)，但在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占比僅20-30%，未來(lái)隨著研發(fā)技術(shù)的不斷提升，國(guó)內(nèi)熱膨脹微球的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用將大大帶動(dòng)國(guó)內(nèi)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

武漢先進(jìn)院技術(shù)儲(chǔ)備

為解決國(guó)外技術(shù)壟斷，武漢先進(jìn)院獨(dú)立開(kāi)發(fā)了膨脹微球技術(shù)，目前已完成實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)品驗(yàn)證，成功制備實(shí)驗(yàn)級(jí)別的不同起始發(fā)泡溫度和最大發(fā)泡溫度的膨脹微球。解決了膨脹微球在實(shí)際使用生產(chǎn)過(guò)程中易發(fā)黃、發(fā)泡溫度不集中、發(fā)泡倍率偏低、韌性差和耐溫性能較差等問(wèn)題。產(chǎn)品性能達(dá)到國(guó)內(nèi)外領(lǐng)先水平，正在進(jìn)行中試驗(yàn)證階段。此外，我院布局超高溫膨脹微球，旨在高溫工程塑料領(lǐng)域進(jìn)行新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與拓展。

△  武漢先進(jìn)院自研微球技術(shù)及膨脹前后SEM圖

關(guān)于微膠囊

微膠囊技術(shù)是一種儲(chǔ)存固體、液體、氣體的微型封裝技術(shù),通過(guò)封裝實(shí)現(xiàn)對(duì)物質(zhì)的隔離、保護(hù)、緩釋等功能。武漢先進(jìn)院已成功開(kāi)發(fā)了香精微膠囊、相變微膠囊、變色微膠囊、磁控微膠囊、滅火微膠囊等多種產(chǎn)品,相關(guān)技術(shù)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平,已經(jīng)實(shí)現(xiàn)批量化生產(chǎn)和百噸級(jí)出貨；成功開(kāi)發(fā)無(wú)醛微膠囊包覆技術(shù),設(shè)計(jì)建造的大型微膠囊生產(chǎn)線的產(chǎn)能和自動(dòng)化程度全國(guó)領(lǐng)先。廣泛應(yīng)用于日化品、電子信息、生物醫(yī)藥等行業(yè),實(shí)現(xiàn)高性能產(chǎn)品的定制化開(kāi)發(fā), 具有廣闊的應(yīng)用前景。

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