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-殼結構，由熱塑性高分子聚合物外殼包裹低沸點溶劑（液態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的體積不回縮。熱膨脹微球作為理想的輕質填料和物理發泡劑,已被廣泛應用于涂料印刷、泡沫工業、紡織工業、建筑、汽車制造、航空航天等領域。

△ 熱膨脹微球膨脹前后對比圖

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，微球外殼堅硬；當加熱微球時，隨著溫度的升高液態烴逐漸汽化，導致球內壓力增大，當溫度升高到聚合物殼層的玻璃化轉變溫度時，殼層變軟，微球在內外壓力差的作用下開始膨脹，直至球內外壓力達到平衡，膨脹停止，達到最大發泡狀態；若繼續加熱，聚合物殼層機械強度下降，微球萎縮、破裂，殼內的氣體逸出。（圖源：積水化學Advancell EM）

熱膨脹微球特性

△ 熱膨脹微球發泡劑與化學發泡劑發泡效果SEM對比圖

01良好的機械性能

無開放泡孔，避免了使用普通發泡劑泡孔不均勻、泡孔破裂、泡孔回彈性差等缺點，其完整的球形結構保證了良好的機械性能。

02優良的彈性

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

03優異的發泡性能

發泡后體積可達到原來40-80倍；微球囊具有獨立的閉孔結構，發泡后仍是完整的密閉體，且發泡后泡孔粒徑較為均一，使其表現出穩定的發泡性能。

04環保性能

普通發泡劑使用過程中以及固化后可能會有氣味、殘留的揮發物，而聚合物微球無毒無污染，性能更加安全，可作為環保型發泡劑在高端產品及高附價值產品中使用。

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，當添加到聚氨酯、酚醛樹脂、涂料等材料中可以起到優異的隔熱保溫效果，同時還可起到隔音、減震、阻燃和電絕緣效果。

應用介紹

01三維立體圖案印刷

由于熱膨脹微球優異的發泡性能，當加入到印刷油墨或涂料中時，可通過控制加入微球的粒徑和膨脹溫度進行可控發泡，不同粒徑的微球可以帶來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、皮革等工業生產中；也可加入防滑劑中，涂布在紙張、無紡布、紡織品等物體表面，制作防滑墊、地毯、波狀紙板等。

02輕質材料

熱膨脹微球作為塑料和橡膠的理想輕質填料，且回彈性好，應用于PE、PP、PVC、PET、TPR、TPU等熱塑性材料的擠出或注塑發泡，可增加產品體積、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、汽車零部件、輕質粘土、發泡鞋材、發泡橡膠、密封條、電纜、輪胎、人造大理石、多孔陶瓷、乳化炸藥等的工業生產。

03功能涂層

熱膨脹微球可加到相應涂料中，作為保護層，使產品具有一定的彈性和回彈性、抗沖擊性和其他特殊性能，比如可用于汽車底部裝甲涂料，使汽車底盤減輕50%重量的同時，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、汽車內飾、防裂劑、耐火涂料等。

04其他應用

膠粘劑/熱減粘膠帶：在許多應用領域需要將不同材料進行組合粘接和解粘，將熱膨脹聚合物微球加入到膠粘劑中，即可實現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，達到快速拆卸而不損壞組件的效果，廣泛用于電子制造領域。

半導體CMP拋光墊：熱膨脹微球可用于制作CMP拋光墊，CMP技術是使被拋光材料在化學和機械的共同作用下，材料表面達到所要求的平整度的一個工藝過程，拋光墊為重要組成部分。

市場概況

據調研機構恒州誠思（YH Research）研究統計，2023年全球可膨脹微球市場規模約36億元，預計未來將持續保持平穩增長的態勢，到2030年市場規模將接近67億元，未來年復合增長率CAGR為8.7%。

△ 數據來源：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。長期以來，熱膨脹微球市場被國外公司所占據，全球前五大廠商占有大約80%的市場份額，日本是最大的生產地區，亞太地區是最大的消費市場，就產品類型而言，發泡劑處于主導地位，占有約64%的份額。

△ 熱膨脹微球市場

中國市場進口依賴度較高，且進口產品價格遠高于國產價格，國內由于研究起步較晚，我國在技術、生產設備以及規模等方面與國外仍存在一定差距。近年來，隨著國內自主研發能力提升，以及相關技術不斷突破，國內廠家快思瑞、山西運研成功開發了熱膨脹微球產品并投產，但在國內市場占比僅20-30%，未來隨著研發技術的不斷提升，國內熱膨脹微球的開發和應用將大大帶動國內相關產業的發展。

武漢先進院技術儲備

為解決國外技術壟斷，武漢先進院獨立開發了膨脹微球技術，目前已完成實驗室產品驗證，成功制備實驗級別的不同起始發泡溫度和最大發泡溫度的膨脹微球。解決了膨脹微球在實際使用生產過程中易發黃、發泡溫度不集中、發泡倍率偏低、韌性差和耐溫性能較差等問題。產品性能達到國內外領先水平，正在進行中試驗證階段。此外，我院布局超高溫膨脹微球，旨在高溫工程塑料領域進行新產品開發與拓展。

△ 武漢先進院自研微球技術及膨脹前后SEM圖

關于微膠囊

微膠囊技術是一種儲存固體、液體、氣體的微型封裝技術,通過封裝實現對物質的隔離、保護、緩釋等功能。武漢先進院已成功開發了香精微膠囊、相變微膠囊、變色微膠囊、磁控微膠囊、滅火微膠囊等多種產品,相關技術達到國際先進水平,已經實現批量化生產和百噸級出貨；成功開發無醛微膠囊包覆技術,設計建造的大型微膠囊生產線的產能和自動化程度全國領先。廣泛應用于日化品、電子信息、生物醫藥等行業,實現高性能產品的定制化開發, 具有廣闊的應用前景。

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