可降解聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯三维泡沫的一步颗粒发泡工艺：结晶调控与界面融合机制

为解决传统聚合物微孔泡沫制备工艺复杂、结构均匀性差的问题，广东工业大学材料与能源学院团队开发了"一步颗粒发泡"(OSGF)新工艺。该研究以PBAT(聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯)为模型材料，通过顺序加热-控温冷却-三维约束发泡的协同作用，实现了体积膨胀比达6.5、界面强度1.5 MPa的可降解泡沫制备，揭示了"温度-压应力"协同作用机制，为环保材料工程提供了高效制备方案。

　　

在追求碳中和的时代背景下，可降解聚合物泡沫材料因其环境友好特性成为研究热点。传统物理发泡技术虽避免化学发泡剂污染，但面临工艺复杂、泡孔结构不均、难以直接成型三维构件等挑战。特别是对于聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯(PBAT)这类生物可降解材料，其结晶行为与CO₂溶解度的动态平衡直接影响发泡质量。广东工业大学材料与能源学院的研究团队创新性地提出"一步颗粒发泡"(One-Step Granules Foaming, OSGF)工艺，相关成果发表在《Polymer》期刊。

研究采用动态流变测试、差示扫描量热法(DSC)和显微CT等技术，对比分析了PBAT-C1200和PBAT-801T两种材料的流变特性与结晶行为。通过自主设计的模具系统实现温度-压力协同调控，结合超临界CO₂发泡与三维约束成型，建立了完整的工艺参数数据库。

Rheological behavior of PBAT
流变学分析显示PBAT-C1200具有更高的储能模量(反映熔体弹性)，其分子链缠结密度比PBAT-801T高18.7%，这种特性在发泡过程中更有利于气泡核的稳定。

INTRODUCTION
研究突破传统"先饱和后发泡"的分步工艺，创新性地将颗粒预处理、气体饱和和发泡成型集成于单一模具系统。通过精确控制加热-冷却曲线(160°C→90°C梯度变化)，使材料结晶度从初始12.4%提升至28.6%，同时CO₂溶解度提高2.3倍。

Materials
实验选用上海洋化PBAT-C1200(熔指3.2g/10min)和苏州能誉PBAT-801T(熔指4.3g/10min)进行对比，发现较低熔指材料更易获得均匀泡孔结构，平均孔径分布控制在50-150μm范围。

CONCLUSION
OSGF工艺成功制备出体积膨胀比6.5、压缩强度1.5MPa的三维泡沫构件。研究发现当初始温度超过熔点(>125°C)时，延长结晶时间至30min可使泡孔密度提升至3.2×10⁶ cells/cm³。提出的"温度-压应力"协同机制阐明：模具约束产生的0.8-1.2MPa压应力能促进颗粒界面分子链扩散，使界面融合强度达到基材的85%。

该研究为可降解聚合物泡沫的工业化应用提供了新思路，特别在风电叶片、汽车部件等大型构件的直接成型方面具有显著优势。工艺省略了传统预成型环节，能耗降低40%，且全过程无需有机溶剂，符合绿色制造发展趋势。Zhangyuan Peng等通过多尺度结构调控，证实了结晶度与界面融合的定量关系，为其他半结晶聚合物的发泡加工提供了普适性指导。