0 引言

微孔塑料相比傳統的泡沫塑料具有更小的泡孔尺寸 ( 0. 1 ～ 10 μm) 、更大的泡孔密度( 109 ～ 1015 cells/cm3 ) 且泡 孔分布更加均勻。根據泡孔連通性的不同，可將微孔塑料分 為開孔型和閉孔型。閉孔型微孔塑料由于泡孔結構完整、力 學性能較好，被廣泛應用于包裝、隔熱保溫、緩沖減振等輕質 高強度材料領域。因此，過去對微孔塑料的研究更多地圍 繞著閉孔型進行。開孔型微孔塑料的泡孔之間不是彼此孤 立的，泡孔壁上存在孔洞，小分子物質可以通過開孔通道實 現在整個微孔材料中流動。開孔型微孔塑料由于泡孔之間 具有相互流通的特性，可廣泛應用于過濾、吸音降噪、催化載 體和組織工程支架等領域。

1 實驗

1. 1 實驗原料

聚乳酸( PLA) : 牌號 Ingeo 2003D，右旋乳酸含量 4. 1% ， 重均分子量( Mw ) 為 1. 8×105 g /mol，熔體流動速率( MFＲ) 為 6 g /10 min ( 210 ℃，2. 16 kg) ，密度為 1. 24 g /cm3 ，美國 NatureWorks LLC 公司。聚丁二酸丁二醇酯( PBS) : 牌號 Bionolle 1903MD，MFＲ 為 4. 5 g /10 min ( 190 ℃，2. 16 kg) ，密度為 1. 26 g /cm3 ，日本昭和高分子株式會社。二氧化碳( CO2 ) : 武 漢天賜氣體有限公司，工業級，純度不低于 99. 9% 。

1. 2 實驗過程

實驗前，將 PLA 與 PBS 置于真空干燥箱( 上海博迅BZF-30真空干燥箱) 中，在 80 ℃ 的真空環境下干燥 5 h以去除原料中的水分。然后按照 PBS 質量分數分別為 10% 、20% 、30% 的組成配比，在雙螺桿擠出機( TE-35，中國 江蘇南京科亞公司) 上擠出，物料經口模擠出后，用冷卻水槽 冷卻，之后用高壓空氣吹干切粒。雙螺桿擠出機加工溫度分 布從加料口到機頭段分別設定為 160 ℃—165 ℃—170 ℃— 180 ℃—185 ℃—185 ℃—180 ℃—170 ℃，螺桿轉速 40 r/ min，喂料轉速 6 r/min。為了保證所有組分的物料經歷相同 的熱歷程，純 PLA 和 PBS 也利用雙螺桿擠出機擠出造粒。 經雙螺桿擠出造粒的 PLA/PBS 共混物在 80 ℃的電熱恒 溫鼓風干燥箱( DHG-9420A，上海一恒科學儀器有限公司) 干 燥 6 h，以去除水分。利用平板硫化機( KS100HＲ，東莞市科 盛實業有限公司) 在 180 ℃、10 MPa 的條件下熱壓制備 1 mm 厚的板材，并將其裁剪成 10 mm×10 mm×1 mm 的小片材用于 自制高壓釜間歇發泡。發泡工藝過程如圖 1 所示: 首先，高 壓釜在5 min內升溫至浸泡溫度( Ts，150 ℃ ) ，利用流體輸送 泵( 2ZB-2L20，北京衛星制造廠) 向釜內通入低壓 CO2 氣體 3 min以排除釜內空氣，隨后關閉卸壓閥并將釜內氣體壓力升 至浸泡壓力( Ps，16 MPa) ，此時 CO2 處于超臨界狀態并向PLA/PBS 共混物中擴散，維持浸泡時間( ts，1 h) 之后，降低釜 內溫度至發泡溫度( Tf，90 ℃、100 ℃、110 ℃ ) 并維持釜內壓 力不變。在各發泡溫度的條件下繼續浸泡 20 min，達到 CO2 飽和狀態后，通過球形卸壓閥將釜內壓力快速( 0. 5 s 內) 卸 壓至大氣壓，然后迅速通入冷卻水定型。

2 結果與分析

材料的流變特性特別是粘度和彈性模量對發泡性能有 重要的影響，流變曲線也是研究共混物相態最有效的方法之 一。是 PLA/PBS 共混物的流變性能曲線，從儲能模量曲 線可以看出，純 PLA 的儲能模量在整個頻率范圍內均高于純 PBS，且差值隨著頻率增大而增大。在低頻區( 6. 28 rad /s 以 下) ，共混物的儲能模量高于純 PLA，并隨著 PBS 含量的增加 而增大。而在高頻區( 6. 28 rad /s 以上) ，共混物的儲能模量 曲線位于純 PLA 與 PBS 之間。共混物的損耗模量曲線在整 個頻率范圍內處于純 PLA 和 PBS 曲線之間。對非相容共混 體系而言，在低頻區域儲能模量的增大可歸功于分散相在振 蕩剪切作用下的松弛。在高頻范圍，分散相沒有足夠的松弛 時間，形變產生的能量都耗散在基體中，因此共混物的儲能 模量在高頻區域比純 PLA 低。觀察復數粘度曲線可知，隨著頻率的增大，共混物以及 純 PLA 和 PBS 的復數粘度下降，表現出剪切變稀行為。純 PBS 的粘度遠遠低于純 PLA 以及 PLA/PBS 共混物的粘度， 粘度低的聚合物在發泡時有利于形成泡孔間相互連通的通 孔結構。隨著 PBS 含量的增加，PLA/PBS 共混體系的復數粘 度呈下降趨勢，并且隨著 PBS 含量增加，PLA/PBS 共混物的 復數粘度在更低的角頻率下開始下降，說明剪切變稀行為隨 著 PBS 含量增加變得更明顯。

3 結論

將可生物降解聚酯———聚丁二酸丁二醇酯( PBS) 添加到 聚乳酸( PLA) 基體中形成不相容兩相共混體系，然后利用超 臨界二氧化碳發泡技術制備 PLA/PBS 共混物發泡樣品。 PBS 添加到 PLA 基體中降低了共混體系的粘度，同時由于界 面引發異相成核，泡孔密度增大，泡孔尺寸和泡孔壁厚度減 小，形成了孔間互相連通的開孔結構。通過改變共混組分配比與溫度可以調控發泡制品的泡孔形態。


 

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