【摘 要】
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随着人们对环境保护意识的提升及对可持续发展的急切需求,可生物降解的微孔发泡材料的研发,意义重大。其中,聚3-羟基丁酸酯-co-3-羟基戊酸酯(PHBV)不仅具有优良的力学性能、氧气阻隔性和耐水蒸气性,而且废弃后能在生态系统中被细菌和真菌完全降解,因此有望成为可生物降解塑料群体中的后起之秀。然而由于PHBV的结晶及熔融特性,导致其微孔发泡材料的制备难度较大。为了实现绿色制备,本文以超临界二氧化碳为发
【基金项目】
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国家自然科学基金项目(51403110); 浙江省自然科学基金项目(LY19E030003);
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随着人们对环境保护意识的提升及对可持续发展的急切需求,可生物降解的微孔发泡材料的研发,意义重大。其中,聚3-羟基丁酸酯-co-3-羟基戊酸酯(PHBV)不仅具有优良的力学性能、氧气阻隔性和耐水蒸气性,而且废弃后能在生态系统中被细菌和真菌完全降解,因此有望成为可生物降解塑料群体中的后起之秀。然而由于PHBV的结晶及熔融特性,导致其微孔发泡材料的制备难度较大。为了实现绿色制备,本文以超临界二氧化碳为发泡剂,确定合理的间歇发泡策略,通过控制工艺参数,实现PHBV微孔发泡材料的绿色可控制备,探索其结晶行为和发泡机理。更进一步,本文通过调控PHBV的孔径有效提升PHBV的韧性,并揭示其增韧机理。采用超临界二氧化碳作为物理发泡剂,通过二步法间歇发泡工艺成功制备PHBV发泡样品。首先将PHBV样品在175?C饱和,以完全熔融晶区,消除晶区对scCO2渗透和泡孔生长的限制,随后冷却至发泡温度(145-165?C),以通过降温来提高基体熔体强度,防止熔体强度过低导致大量CO2逸出和并孔现象。此外,通过差示扫描量热仪(DSC),广角X射线衍射仪(WAXD)和小角X射线散射仪(SAXS)对发泡材料进行表征,研究了发泡过程中的结晶行为。研究结果发现泡孔生长阶段可能会增加晶体成核速率,并且生成的晶体核会加快结晶速率并使PHBV晶片增厚。进一步,本文采用超临界二氧化碳辅助退火,通过调控微孔孔径来对PHBV进行增韧处理。改变不同的饱和温度(60至100°C)和饱和压力(10至20MPa)对PHBV样品成功增韧,较纯PHBV,增韧后PHBV断裂伸长率提高近30倍,拉伸韧性提高了约26倍,冲击强度增加约2倍。通过差示扫描量热法(DSC)、广角X射线衍射仪(WAXD)和动态力学分析仪(DMA)研究其增韧机理。结果发现,由于退火过程和超临界二氧化碳的增塑,不仅使基体中非晶相的链密度降低、晶相的链密度增加,促成纳米孔在非晶相中的生长,而且改变了PHBV的结晶行为。这使得材料在经历拉伸时,能有效抵消外加的拉应力,产生明显增韧。
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