生物可降解聚酯PBAT三维泡沫的一步法颗粒发泡工艺开发与界面融合机制研究

为解决传统聚合物发泡工艺难以高效制备高膨胀比、均匀泡孔结构的复杂三维泡沫的难题，广东工业大学材料与能源学院团队创新性提出"一步法颗粒发泡(OSGF)"工艺。该研究通过顺序控温-约束发泡技术，成功制备出体积膨胀比达6.5、界面强度1.5 MPa的PBAT泡沫，揭示了"温度-压缩应力"协同作用机制，为环保材料工程提供了高效制备方案。

　　

在追求可持续发展的时代背景下，生物可降解聚合物材料正成为替代传统塑料的重要选择。其中，聚己二酸-对苯二甲酸丁二酯(PBAT)因其优异的可降解性和力学性能备受关注，但如何高效制备具有复杂三维结构的高性能PBAT泡沫仍是行业难题。传统物理发泡技术存在泡孔不均匀、界面融合差等问题，严重制约着这类材料在风电叶片、汽车部件等领域的应用。

针对这一挑战，广东工业大学材料与能源学院的研究团队在《Polymer》发表创新成果，开发出名为"一步法颗粒发泡"(One-Step Granules Foaming, OSGF)的新工艺。该技术通过顺序热控-约束发泡的三步法（加热-冷却-模腔约束发泡），成功实现了PBAT泡沫的界面强化和结构调控，其最大界面强度达1.5 MPa，平均体积膨胀比达到6.5，为生物可降解泡沫的工业化应用提供了新思路。

研究主要采用动态流变分析、结晶度测试和超临界CO₂(scCO₂)饱和溶解度测定等技术手段。团队选用PBAT-C1200和PBAT-801T两种商业颗粒，通过调控初始温度（高于熔点Tm）、冷却速率等参数，系统研究了结晶行为对发泡性能的影响。

【Rheological behavior of PBAT】部分显示，PBAT-C1200在160°C下表现出更高的储能模量，表明其分子链缠结程度更高。这种流变特性差异直接影响后续发泡过程中泡孔的稳定性，为解释两种材料发泡性能差异提供了理论基础。

【CONCLUSION】部分阐明，OSGF工艺的核心优势在于"温度-压缩应力"协同机制：初始加热阶段消除颗粒间空隙，控制冷却阶段调节结晶度（X_c），而模腔约束则促进颗粒界面分子链相互扩散。当初始温度超过熔点时，延长结晶时间可显著提高CO₂溶解度，这是获得高膨胀比泡沫的关键。

这项研究的突破性在于：首次将颗粒直接成型与物理发泡相结合，避免了传统工艺中预成型件的加工步骤；提出的界面融合机制为多孔材料制备提供了新范式；开发的OSGF工艺与现有工业设备兼容，具有显著的产业化潜力。正如作者团队所述，该技术符合生态友好材料工程的发展趋势，为生物可降解聚合物在风电、交通等领域的应用开辟了新途径。