采用紫外线诱导链延长策略制备的高弹性、抗收缩聚(丁二醇酸-对苯二甲酸乙二醇酯)泡沫

《Reactive and Functional Polymers》：High-elastic, anti-shrinkage poly(butylene adipate- co-terephthalate) foams prepared by ultraviolet-induced chain extension strategy

超临界CO?发泡PBAT泡沫存在严重收缩问题，本研究通过UV诱导GMA/TMPTA改性制备长链支化PBAT，有效提升熔体强度和热力学性能，在15MPa、100℃条件下获得膨胀比10.4且无收缩的均匀微孔泡沫。

　　PBAT泡沫因其独特的性能在多个领域受到广泛关注。随着环境和能源问题的日益严重，研究者们正在积极寻找更加环保的材料解决方案。PBAT作为一种可生物降解的聚酯材料，具有良好的机械性能、生物相容性和降解性，因此被视为传统塑料泡沫的潜在替代品。然而，在实际应用中，PBAT泡沫常常面临严重的收缩问题，这限制了其在包装、医疗和汽车等领域的广泛应用。为了解决这一问题，研究团队提出了一种创新的方法，通过紫外光诱导的反应挤出工艺制造长链支化的PBAT材料，从而有效改善其泡沫收缩现象。

在PBAT的加工过程中，引入了甘油基甲基丙烯酸酯（GMA）和三羟甲基丙烷三丙烯酸酯（TMPTA）两种链延伸剂。GMA含有环氧基团，而TMPTA则具有碳-碳双键，这两种官能团能够在PBAT的加工过程中引发支化反应。通过这种方法，研究团队成功构建了长链支化的PBAT结构。这种结构的形成不仅增强了PBAT的熔融强度和流变性能，还显著提升了泡沫的尺寸稳定性。在优化的工艺条件下（15?MPa，100?°C），长链支化的PBAT泡沫展现出高达10.4倍的膨胀率，同时保持了均匀的细胞结构，平均细胞尺寸小于40?μm。这一成果表明，通过紫外光诱导的链延伸策略，能够显著提高PBAT泡沫的可膨胀性，并有效减少泡沫收缩现象，为可生物降解聚合物的抗收缩策略提供了新的思路。

PBAT泡沫的收缩问题主要源于发泡剂在泡沫基质中的扩散速度大于空气进入细胞结构的速度。当发泡剂迅速从泡沫中逸出时，泡沫内部会形成负压，导致细胞塌陷和整体尺寸的缩小。为了解决这一问题，研究团队探索了多种策略，包括使用混合气体作为发泡剂、优化泡沫的蜂窝结构以及引入链延伸剂。其中，使用混合气体如CO?/i-C?H??可以提高发泡剂的溶解度和稳定性，但同时也增加了燃烧和爆炸的风险。相比之下，CO?/N?混合系统能够在平衡气体渗透率的同时实现较高的膨胀率和较低的收缩率。此外，通过调整泡沫的蜂窝结构，例如促进开放式细胞的形成，也能提高泡沫的尺寸稳定性。这些策略在不同的研究中被验证，但其应用范围和效果仍存在一定的局限性。

在本研究中，研究团队采用了一种新的方法，即通过紫外光诱导的反应挤出工艺引入链延伸剂，从而构建长链支化的PBAT材料。这一策略的核心在于利用紫外光引发的自由基反应，使PBAT分子链发生延伸和支化。具体来说，GMA的环氧基团与PBAT的末端羧基和羟基发生反应，形成更长的分子链，而TMPTA的丙烯酸酯双键则通过自由基反应在分子链之间形成支化结构。这种链延伸和支化策略不仅提高了PBAT的熔融强度和流变性能，还增强了其对发泡过程中收缩现象的抵抗能力。通过这种方法，研究团队成功制备了具有优异膨胀率和结构稳定性的PBAT泡沫，为可生物降解材料的开发提供了重要的参考价值。

PBAT作为一种半结晶性材料，其分子结构的特性使得在发泡过程中容易出现收缩和变形的问题。这种现象不仅影响泡沫的物理性能，还可能导致其在实际应用中无法满足特定的使用需求。为了解决这一问题，研究团队在PBAT的加工过程中引入了链延伸剂，并通过紫外光诱导的自由基反应实现分子链的延伸和支化。这种方法能够有效提高PBAT的熔融强度和流变性能，从而减少泡沫在发泡过程中的收缩现象。在实验中，研究团队通过调整紫外光照射的时间、温度和压力等参数，优化了PBAT泡沫的制备条件，使其在保持均匀细胞结构的同时，实现了更高的膨胀率和更好的尺寸稳定性。

此外，研究团队还对PBAT泡沫的流变性能和结晶特性进行了系统分析。通过流变测试，研究团队发现长链支化的PBAT材料在熔融状态下表现出更高的粘度和模量，这表明其分子链的结构变化显著提升了材料的力学性能。在结晶特性方面，研究团队利用红外光谱（FTIR）分析了PBAT材料的化学结构变化，确认了GMA和TMPTA在PBAT加工过程中的反应情况。结果表明，GMA的引入有效降低了PBAT末端羧基和羟基的含量，而TMPTA则在PBAT分子链之间形成了稳定的支化结构。这种结构的形成不仅提高了PBAT的熔融强度，还增强了其在发泡过程中的稳定性，从而减少了泡沫收缩的可能性。

在实际应用中，PBAT泡沫的性能受到多种因素的影响，包括发泡剂的种类、发泡压力、温度以及材料的分子结构。为了进一步优化PBAT泡沫的性能，研究团队在实验中对不同的工艺参数进行了系统研究。通过调整发泡压力和温度，研究团队发现适当的条件能够有效促进泡沫的均匀形成，同时减少泡沫收缩的现象。在优化的条件下，PBAT泡沫的膨胀率达到了10.4倍，而细胞结构的均匀性也得到了显著改善。这一结果表明，通过引入链延伸剂并采用紫外光诱导的反应挤出工艺，能够有效提高PBAT泡沫的性能，使其在包装、医疗和汽车等领域具有更广泛的应用前景。

在可生物降解材料的研究中，PBAT因其良好的机械性能和生物相容性而受到特别关注。然而，PBAT泡沫的收缩问题仍然是制约其应用的重要因素。为了解决这一问题，研究团队提出了一种新的策略，即通过紫外光诱导的反应挤出工艺引入链延伸剂，从而构建长链支化的PBAT材料。这种方法不仅能够提高PBAT的熔融强度和流变性能，还能显著增强其在发泡过程中的稳定性，从而减少泡沫收缩的现象。实验结果表明，在优化的工艺条件下，长链支化的PBAT泡沫展现出优异的膨胀率和均匀的细胞结构，这为其在实际应用中的可行性提供了有力支持。

在可生物降解材料的开发过程中，研究者们不断探索新的加工技术和材料改性方法，以提高其性能和应用范围。PBAT作为一种重要的可生物降解材料，其泡沫的性能提升对于推动环保材料的发展具有重要意义。通过引入链延伸剂并采用紫外光诱导的反应挤出工艺，研究团队成功构建了长链支化的PBAT材料，这一策略不仅提高了PBAT的熔融强度和流变性能，还有效解决了泡沫收缩的问题。这种新的加工方法为可生物降解材料的开发提供了新的思路，同时也为解决传统塑料泡沫带来的环境问题提供了有效的解决方案。

此外，研究团队还对长链支化PBAT材料的制备过程进行了深入探讨。在挤出过程中，紫外光的照射不仅能够引发链延伸剂的反应，还能控制反应的程度和方向。通过调整紫外光的照射时间和强度，研究团队能够优化PBAT的分子结构，使其在发泡过程中表现出更好的稳定性。实验结果表明，GMA和TMPTA的协同作用能够显著提高PBAT的流变性能，使其在发泡过程中能够更好地保持结构的完整性。这种协同效应不仅提高了PBAT的加工性能，还增强了其在实际应用中的适应性。

在材料改性方面，研究团队还发现，链延伸剂的引入能够显著改善PBAT的结晶特性。通过红外光谱分析，研究团队确认了GMA和TMPTA在PBAT加工过程中的反应情况，并进一步分析了这些反应对PBAT结晶行为的影响。结果表明，链延伸剂的引入能够有效调控PBAT的结晶度，使其在发泡过程中保持更好的结构稳定性。这种调控机制不仅提高了PBAT的加工性能，还为其在不同应用场景中的适应性提供了保障。

综上所述，通过紫外光诱导的反应挤出工艺引入链延伸剂，能够有效解决PBAT泡沫的收缩问题，同时提升其熔融强度和流变性能。这一策略为可生物降解材料的开发提供了新的方向，也为解决传统塑料泡沫带来的环境问题提供了可行的解决方案。未来，研究团队将继续探索这一策略在不同材料体系中的应用，并进一步优化加工条件，以提高PBAT泡沫的性能和应用范围。