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聚乳酸(Polylacticacid,PLA)是一种以生物资源为原料人工合成的生物可降解高分子材料,被认为是最有可能替代传统石油基聚合物的生物基材料。微孔发泡聚合物材料以其优异的综合性能得到越来越多的研究关注,采用超临界二氧化碳发泡技术制备PLA微孔发泡聚合物材料能有效改善PLA的韧性,拓宽PLA的应用。然而,PLA在发泡过程中的结晶行为影响了最终发泡材料的泡孔形态,目前制备泡孔形态优异的PLA微孔发泡材料仍然是该领域研究的热点。本文从成核角度出发,采用快速升温法制备PLA发泡材料,研究了三种不同的方式对于PLA发泡行为及泡孔形态的影响:
首先,本文研究了PLA快速升温发泡过程的基本发泡行为,确定了PLA的CO2溶解度,发泡过程的结晶行为,快速升温发泡的温度窗口等,研究了发泡温度对泡孔形态的影响,发现PLA快速升温发泡最佳温度窗口为65-75℃,在这个范围内泡孔尺寸分布较宽,泡孔密度较小且分布不均。
然后,本文采用外加超声能量场辅助发泡过程,与石墨烯纳米复合以及与聚乙二醇共混三种不同的方式来影响PLA发泡行为,结果表明:
(1)外加能量场超声的引入能为成核阶段提供额外的能量,从而增强PLA泡孔成核,显著改善PLA的泡孔形态,进而明显提高PLA的力学性能。
(2)石墨烯作为异相成核剂能显著增强泡孔成核过程,稳定泡孔尺寸;同时石墨烯的加入能提高复合材料和发泡材料的力学和电学性能。
(3)PEG含量高于10%时,PEG/PLA共混物在饱和过程中发生微相分离现象,PEG相能作为CO2的储蓄池吸收更多的气体,从而增强了泡孔的成核作用,改善泡孔形态。