项目介绍
热膨胀微球
热膨胀微球（Thermally expandable microsphere）全称热塑性可膨胀微球，是一种热膨胀型微胶囊，它具有核-壳结构，由热塑性高分子聚合物外壳包裹低沸点溶剂（液态烷烃气体或其它化合物）组成，其直径一般在10~50μm之间，加热后体积可迅速膨胀到自身的几十倍，在冷却后微球可依旧保持在膨胀时的体积不回缩。热膨胀微球作为理想的轻质填料和物理发泡剂,已被广泛应用于涂料印刷、泡沫工业、纺织工业、建筑、汽车制造、航空航天等领域。
△ 热膨胀微球膨胀前后对比图
按照其最大膨胀温度可将热膨胀微球分为：
低温膨胀型：Tmax＜110℃
中温膨胀型：Tmax 110~160℃
高温膨胀型：Tmax160~220℃
超高温膨胀型：Tmax＞220℃
△ 膨胀原理：常温下，微球外壳坚硬；当加热微球时，随着温度的升高液态烃逐渐汽化，导致球内压力增大，当温度升高到聚合物壳层的玻璃化转变温度时，壳层变软，微球在内外压力差的作用下开始膨胀，直至球内外压力达到平衡，膨胀停止，达到最大发泡状态；若继续加热，聚合物壳层机械强度下降，微球萎缩、破裂，壳内的气体逸出。（图源：积水化学Advancell EM）
热膨胀微球特性
△ 热膨胀微球发泡剂与化学发泡剂发泡效果SEM对比图
01
良好的机械性能
无开放泡孔，避免了使用普通发泡剂泡孔不均匀、泡孔破裂、泡孔回弹性差等缺点，其完整的球形结构保证了良好的机械性能。
02
优良的弹性
热塑性壳体有优异的耐压性，最高可承受300kg/cm2的压力，良好的回弹性可以承受多次循环加压/卸压而不破裂。
03
优异的发泡性能
发泡后体积可达到原来40-80倍；微球囊具有独立的闭孔结构，发泡后仍是完整的密闭体，且发泡后泡孔粒径较为均一，使其表现出稳定的发泡性能。
04
环保性能
普通发泡剂使用过程中以及固化后可能会有气味、残留的挥发物，而聚合物微球无毒无污染，性能更加安全，可作为环保型发泡剂在高端产品及高附价值产品中使用。
05
隔绝性
微球受热膨胀后形成充气式密闭腔体，具有良好的绝缘性，当添加到聚氨酯、酚醛树脂、涂料等材料中可以起到优异的隔热保温效果，同时还可起到隔音、减震、阻燃和电绝缘效果。
应用介绍
01
三维立体图案印刷
由于热膨胀微球优异的发泡性能，当加入到印刷油墨或涂料中时，可通过控制加入微球的粒径和膨胀温度进行可控发泡，不同粒径的微球可以带来不同的表面外观及手感，从而获得三维立体效果、特殊绒感表面、麂皮效果和磨砂手感，广泛用于油墨印刷、织物印染、盲文凸字、墙纸、皮革等工业生产中；也可加入防滑剂中，涂布在纸张、无纺布、纺织品等物体表面，制作防滑垫、地毯、波状纸板等。
02
轻质材料
热膨胀微球作为塑料和橡胶的理想轻质填料，且回弹性好，应用于PE、PP、PVC、PET、TPR、TPU等热塑性材料的挤出或注塑发泡，可增加产品体积、改善绝缘性能、降低密度、提高抗热性能及抗压性等，广泛用于红酒瓶塞、汽车零部件、轻质粘土、发泡鞋材、发泡橡胶、密封条、电缆、轮胎、人造大理石、多孔陶瓷、乳化炸药等的工业生产。
03
功能涂层
热膨胀微球可加到相应涂料中，作为保护层，使产品具有一定的弹性和回弹性、抗冲击性和其他特殊性能，比如可用于汽车底部装甲涂料，使汽车底盘减轻50%重量的同时，改善其耐腐蚀性能和减轻噪音，大幅降低燃油消耗，降低成本；也可用于皮革涂层、服装衬里、汽车内饰、防裂剂、耐火涂料等。
04
其他应用
胶粘剂/热减粘胶带：在许多应用领域需要将不同材料进行组合粘接和解粘，将热膨胀聚合物微球加入到胶粘剂中，即可实现部件连接处的热减粘。热减粘胶带在常温条件下具有粘合力，只需加热粘合力消失即可轻易剥落，达到快速拆卸而不损坏组件的效果，广泛用于电子制造领域。
半导体CMP抛光垫：热膨胀微球可用于制作CMP抛光垫，CMP技术是使被抛光材料在化学和机械的共同作用下，材料表面达到所要求的平整度的一个工艺过程，抛光垫为重要组成部分。
市场概况
据调研机构恒州诚思（YH Research）研究统计，2023年全球可膨胀微球市场规模约36亿元，预计未来将持续保持平稳增长的态势，到2030年市场规模将接近67亿元，未来年复合增长率CAGR为8.7%。
△ 数据来源：YH Research
全球热膨胀微球的核心厂商包括Nouryon、Matsumoto Yushi-Seiyaku、Kureha、Sekisui Chemical、Kumyang等。长期以来，热膨胀微球市场被国外公司所占据，全球前五大厂商占有大约80%的市场份额，日本是最大的生产地区，亚太地区是最大的消费市场，就产品类型而言，发泡剂处于主导地位，占有约64%的份额。
△ 热膨胀微球市场
中国市场进口依赖度较高，且进口产品价格远高于国产价格，国内由于研究起步较晚，我国在技术、生产设备以及规模等方面与国外仍存在一定差距。近年来，随着国内自主研发能力提升，以及相关技术不断突破，国内厂家快思瑞、山西运研成功开发了热膨胀微球产品并投产，但在国内市场占比仅20-30%，未来随着研发技术的不断提升，国内热膨胀微球的开发和应用将大大带动国内相关产业的发展。
武汉先进院技术储备
为解决国外技术垄断，武汉先进院独立开发了膨胀微球技术，目前已完成实验室产品验证，成功制备实验级别的不同起始发泡温度和最大发泡温度的膨胀微球。解决了膨胀微球在实际使用生产过程中易发黄、发泡温度不集中、发泡倍率偏低、韧性差和耐温性能较差等问题。产品性能达到国内外领先水平，正在进行中试验证阶段。此外，我院布局超高温膨胀微球，旨在高温工程塑料领域进行新产品开发与拓展。
关于微胶囊
微胶囊技术是一种储存固体、液体、气体的微型封装技术,通过封装实现对物质的隔离、保护、缓释等功能。武汉先进院已成功开发了香精微胶囊、相变微胶囊、变色微胶囊、磁控微胶囊、灭火微胶囊等多种产品,相关技术达到国际先进水平,已经实现批量化生产和百吨级出货；成功开发无醛微胶囊包覆技术,设计建造的大型微胶囊生产线的产能和自动化程度全国领先。广泛应用于日化品、电子信息、生物医药等行业,实现高性能产品的定制化开发, 具有广阔的应用前景。
