利用二氧化碳辅助发泡技术制备PLA-醋酸纤维素混合物，用于无泥炭的园艺基质

《Polymer Engineering & Science》：CO2-Assisted Foaming of PLA–Cellulose Acetate Blends for Peat-Free Horticultural Substrates

本研究利用二氧化碳辅助发泡技术制备PLA-纤维素醋酸共混物园艺介质，探究不同发泡压力（800-1200 psi）对材料孔隙结构、水分保持及生物降解性的影响。结果表明，PLA80-Ca20在800 psi下实现最高持水率（77.33%）、孔隙率（59.46%）及最佳降解性能（80天达50%矿化），同时保持pH和EC稳定，支持种子发芽，证实其作为可持续园艺材料的可行性。

　　

摘要

本研究探讨了利用二氧化碳（CO₂）辅助发泡聚乳酸（PLA）-醋酸纤维素（CA）混合物的方法，以开发可用于园艺应用的生物降解基材。随着对泥炭基栽培介质限制的日益增加，PLA作为一种生物基替代品受到了关注，但其有限的保水能力和孔隙结构需要进一步改进。通过热熔挤出工艺将PLA与不同比例的CA混合，并在800、1000和1200 psi的压力下利用CO₂进行发泡处理。所制备的泡沫材料在保水能力（WHC）、孔隙率（AFP）、发泡膨胀性、密度、生物降解性、孔结构、pH值、电导率（EC）以及种子发芽性能等方面进行了评估。在所有配方中，PLA80–CA20混合物在发泡性、结构稳定性和园艺适用性方面表现最佳。在800 psi压力下发泡的样品具有最高的保水能力（77.33%）、较高的孔隙率（59.46%）以及良好的发泡膨胀性（5.51%），这表明其孔结构发育良好且相互连通。随着发泡压力的增加，基材密度增加、孔隙率降低、保水能力下降。扫描电子显微镜观察发现，孔径从800 psi下的171.77 μm减小到1200 psi下的47.25 μm。生物降解测试显示，PLA80–CA20混合物的降解速度明显快于原始PLA，在80天内实现了约50%的矿化。所有发泡基材的pH值和电导率均保持在适合植物生长的范围内，并且所有样品中的种子均成功发芽。这些结果表明，利用CO₂辅助发泡的PLA–CA混合物，尤其是在800 psi压力下处理的样品，是可行的泥炭基替代品，为可持续园艺提供了可扩展的生物降解聚合物泡沫制备途径。

亮点

• 开发出了具有优异加工性能、保水能力和可堆肥性的PLA–醋酸纤维素混合物。
• 通过在不同压力（800–1200 psi）下使用CO₂进行发泡，以调节孔隙率和发泡膨胀性。
• 确定800 psi为最佳压力，可获得最高的保水能力（77.3%）和孔隙率（59.5%）。
• 与原始PLA相比，该混合物的生物降解速率显著加快（80天内矿化率约为50%）。
• 证实该基材具有生物相容性，pH值和电导率稳定，适合园艺应用中的种子发芽。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

数据可用性声明

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