超临界流体制备PLA发泡材料的制备方法主要有哪些

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PLA聚合物的发泡是一个复杂的过程,具有许多影响和目标变量。由于实验研究大多采用模压和间歇釜微孔发泡技术,难以批量生产,因此,需对PLA微孔泡沫的发泡形态、发泡工艺条件进行进一步的研究,从而有效地优化泡孔结构,得到的适宜泡孔尺寸和泡孔密度,提高PLA的结晶度,并降低制备周期。

超临界流体在聚合物合成及加工领域均已具有非常广泛的应用。近年来,以超临界流体为物理发泡剂进行挤出发泡的研究较多。由于其增塑作用以及物理发泡剂,通过调控饱和压力、饱和温度和发泡时间等适宜PLA发泡的条件,得到高性能的超临界微孔发泡聚合物。

采用超临界流体为物理发泡剂(惰性气体C02和N2常被用作为发泡剂),具有廉价易得、绿色环保、无污染、无残留的优势。目前,超临界流体制备PLA发泡材料的制备方法主要有间歇发泡法、注射发泡法、连续挤出发泡法以及珠粒发泡。


①间歇发泡法

间歇发泡法一般PLA放入高压釜内。超临界流体,在一定的压力和温度进行饱和,迅速泄压或者骤然升温,溶解气体便处于一个过饱和状态,引发聚合物气体体系热力学极不稳定,促进泡孔的成核以及生长,形成微孔发泡材料。

采用间歇发泡工艺可以实现发泡工艺参数(饱和压力、饱和时间、温度和泄压速率等)的精确调控,但间歇发泡法生产周期较长,不太适合工业化应用,但不限于适用发泡材料的研发和机理探索,也可用于制备各种结构复杂的发泡材料。

②注射发泡法
注射发泡是将PLA加入到注塑机中,然后将物理发泡剂通入螺杆,与PLA熔融物共混于注塑机中,高温高压下被注射到模具中,迅速冷却成型,得到最终想要的产品形状。

注射成型能够制造复杂三维泡孔的聚合物,使得PLA发泡材料疲劳寿命、韧性、冲击强度等机械性能均得到提升,但因PLA熔体强度低,结晶速率慢,所以采用微孔注塑成型发泡法制备PLA发泡材料,存在控制难度大的问题。

③连续挤出发泡法

微孔挤出发泡是将物理发泡剂注入熔融聚合物中,通过超临界流体高温高压以及螺杆的强剪切作用,混合扩散得到PLA熔融聚合物,然后从模口连续挤出。通过骤减压力、温度、使其在特定的机头内成核,泡孔膨胀冷却固化成型。

连续挤出发泡可以实现PLA发泡材料的连续生产。和注塑成型不同的是,挤出发泡有较高的发泡率。高发泡率的PLA产品,冲击性能,吸热,隔热,降噪性能都得到了提高,不适合制备结构复杂的发泡制件。

④珠粒发泡技术

珠粒发泡技术核心组成部分是通过添加剂提高发泡性,以及研究成型部件生产过程中的焊接机制。PLA的颗粒生产,是通过高压釜、挤出工艺、甚至是成型机提高加工性能和能耗。

通过使用珠粒发泡技术可实现发泡聚乳酸从纳米细胞到微孔的细胞形态,同时产生双晶熔融峰结构。气体饱和过程中产生的高熔点峰晶体对控制泡沫珠的泡孔尺寸和膨胀率起着重要作用。




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