聚乳酸的微孔发泡及其性能研究

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近年来,随着国家越来越重视绿色发展,环境保护便成了重中之重。在加工技术层面,超临界发泡技术由于符合绿色环保等特点受到了人们大量关注;在高分子材料选择方面,人们关注更多的是可降解、合成时所需能耗低、对环境污染小的聚合物材料。聚乳酸是一种典型高分子可降解材料,基于绿色植物如土豆、玉米中提取制备的,它可以在自然环境条件下完全降解,并且只生成二氧化碳和水,所以它不会对环境造成污染,因而受到了更多研究人员的关注。然而聚乳酸在进行超临界二氧化碳发泡工艺过程中,由于其熔体强度低,耐热性性差,黏度大等缺点,容易出现并泡和泡孔塌陷现象,这些因素的存在使得聚乳酸的发泡变得困难。为了减小以上不利因素影响,同时制备出具有稳定泡孔结构,高泡孔密度,高发泡倍率的PLA发泡材料,本文通过利用自制的超临界二氧化碳高压釜发泡,合理调控发泡温度,饱和压力,饱和时间,制备并研究纯的聚乳酸和聚乳酸/聚己内酯发泡材料的性能。不同泡孔结构的微孔材料性能不同,为了全面深入研究纯聚乳酸发泡材料的性能,在试验中,首先通过调控发泡工艺(饱和压力、饱和时间、发泡温度)制备具有不同泡孔结构形貌的发泡材料。在同一足够长的饱和时间内,通过调节饱和温度和饱和压力,制备得到的纯PLA泡沫平均泡孔尺寸在2-30μm范围内变化。当压力恒定时,泡孔尺寸和开孔率都随着发泡温度的增加而增大;温度一定时,增加压力,泡孔尺寸呈现减小而开孔率具有增大的趋势。而后采取定量分析法分别分析泡孔尺寸、相对密度、开孔率对发泡材料的力学影响。结果表明,相似密度和开孔率的聚乳酸微孔发泡材料,平均泡孔尺寸对其拉伸和压缩性能影响很小;相似孔径和开孔率的微孔材料,断裂强度和断裂伸长率随相对密度的增加呈现了增加和减少。压缩强度和压缩屈服应力均呈现增加趋势。相似孔径和密度的发泡材料,断裂强度随着开孔率的增加而增加,断裂伸长率趋势不明显。然而综合分析了纯的聚乳酸发泡材料其开孔率高,其力学性能很差,很难达到生物组织工程的应用,所以本文还通过聚乳酸/聚己内酯共混聚合物发泡。分别做了质量比为60/40、70/30、80/20,结果发现质量比为60/40组分的泡沫很难发泡,虽然开孔率很高,但孔径太大,发泡倍率很低,很难工业应用;质量比为80/20混合物很难形成开孔结构;PLA/PCL(70/30)混合物发泡的泡沫拉伸强度和纯的PLA泡沫差不多,但拉伸断裂伸长率明显大的多,压缩强度随着饱和温度的增加而下降。
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