关键词：
微孔发泡
扩链/支化
成核剂
聚乳酸
摘要：
由于具有良好的生物相容性和生物降解性能,聚乳酸的研究成为目前的一大热点,聚乳酸(PLA)发泡材料能够取代石油基发泡塑料应用于包装和生活消费品领域。PLA属于结晶型聚合物,结晶速率较慢,耐热性不好,熔体强度不高,在发泡过程中,无法维持泡孔形态,容易出现泡孔塌陷合并,并且由于其加工的不稳定性(如热降解、氧化、水解等),容易造成分子链断裂,使熔体强度进一步降低,这些都是不利于发泡的。针对PLA的分子结构特点,可以从两个方面提高其熔体强度:一是提高PLA的平均分子量,二是在PLA分子中引入长支链结构。高分子量PLA的生产会造成聚合反应时间延长,生产效率低,并且有较长的热历史使PLA容易变色及降解等问题,因此,实际工业生产中的PLA相对分子质量上限往往到50万左右。所以,在PLA分子中引入长支链结构是提高PLA熔体强度的主要方式。 本文首先研究了影响PLA微孔发泡的工艺条件,结果表明,发泡温度、饱和压力和剪切速率均对PLA微孔发泡成型有着重要的影响。温度对泡孔形态影响很大,温度降低,熔体强度增加,泡孔塌陷和合并减少,发泡材料的泡孔密度增大,泡孔尺寸减小,但温度太低时,熔体粘度和表面张力增加,发泡样品泡孔密度较低,泡孔壁较厚;压力对发泡形态的影响也是很显著的,压力太低,CO的溶解度小,泡孔壁厚,泡孔分布不均匀。随着压力升高,CO的溶解度增加,发泡样品的泡孔密度增加,泡孔更加均匀;随着转子转速增加,泡孔尺寸减小,气泡成核密度增大。但是转子转速过快,泡孔沿剪切的方向被拉长,孔取向严重,泡体质量变差。 在实验中对PLA进行了扩链/支化改性研究,以改善其发泡性能。剪切流变数据表明:加入一定量扩链剂能够增加熔体的表观粘度。同时对改性后的PLA进行了发泡实验,结果证明,改性后的聚乳酸发泡性能更好,得到了泡孔密度较大、膨胀率较高、泡孔均匀的微孔发泡材料;同时也研究了扩链剂含量对PLA发泡材料泡孔形态的影响,结果表明,随着扩链剂的加入发泡样品的膨胀率和泡孔密度都有所提高,泡孔变得更加均匀,但是当扩链剂的加入量持续增大时,发泡材料的膨胀率和泡孔密度均有所下降。 本文的最后以碳酸钙作为成核剂,研究了成核剂系统对PLA微孔发泡成型的影响,结果表明成核剂的加入量和成核剂粒子的尺寸对PLA微孔发泡均有明显的影响。成核剂的加入可以改善PLA的发泡性能,得到的泡孔密度更大,泡孔分布更加均匀,但是当加入较多的碳酸钙时,发泡材料的膨胀率变得很低,泡孔分布也变得不均匀;同时成核剂粒子尺寸越小,得到的发泡材料的泡孔密度更大,但是碳酸钙粒子在PLA基体中很难达到均匀分散,从而当碳酸钙加入量较大时,很多一部分碳酸钙粒子根本无法起到成核剂的作用
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