多途徑調(diào)控聚乳酸發(fā)泡研究進展

王市偉，宋彤，梁超博，蔣晶，李倩

(1. 鄭州大學力學與安全工程學院, 微納成型技術國際聯(lián)合研究中心，河南 鄭州450001；2. 鄭州大學機械與動力工程學院，河南 鄭州 450001)

0 引言

聚乳酸(PLA)是一種典型的可降解高分子材料.其單體來源廣泛，可通過丙交酯和乳酸單體的開環(huán)聚合反應制備而成.PLA可以在一定條件下，諸如堆肥180 d，降解為二氧化碳(CO2)和水[1].基于PLA的易加工性能和良好的機械性能，其發(fā)泡制品可用于替代緩振、建筑、隔熱和隔音等石油基高分子發(fā)泡材料產(chǎn)品.同時由于其具有良好的生物相容性，使得發(fā)泡后可用于組織工程和生物醫(yī)學等領域.

發(fā)泡技術基于其環(huán)保、高效、經(jīng)濟等特性在高分子成型加工領域得到了廣泛應用.發(fā)泡過程通常需要發(fā)泡介質(zhì)和工藝輔助.通過將發(fā)泡介質(zhì)溶解在高分子基質(zhì)中并飽和一定時間形成均相體系，發(fā)泡介質(zhì)在過飽和時產(chǎn)生的熱力學不穩(wěn)定會誘發(fā)泡孔成核和生長，隨后溶解的氣體從高分子和氣體混合物中逸出形成泡孔結構，當溫度冷卻到高分子的玻璃化溫度以下時發(fā)泡制品的結構趨于穩(wěn)定[2].發(fā)泡劑作為一種較為有效的發(fā)泡輔助介質(zhì)，主要包括物理和化學兩種類型.由于化學發(fā)泡劑存在影響環(huán)境的問題，物理發(fā)泡劑較多地應用于高分子的發(fā)泡，而其中超臨界二氧化碳(sc-CO2)作為一種良好的發(fā)泡介質(zhì)，具有化學穩(wěn)定性，無毒不易燃、適度的臨界點以及在聚合物中相對較大的溶解度等特點，基于它的超臨界流體發(fā)泡技術是近年來PLA及其復合材料發(fā)泡領域的研究熱點.但是PLA固有的較低的熔體強度和較緩慢的結晶速率，導致其發(fā)泡過程中產(chǎn)生具有均勻微孔形態(tài)的低密度泡沫變得困難[3].近年來學者們圍繞PLA結晶和發(fā)泡的關系，從其發(fā)泡機理、共混工藝改性、填料影響等方面開展了研究[4].研究表明，從結晶調(diào)控角度入手可以提高PLA熔體強度，從而改善發(fā)泡和機械性能[5].目前擴鏈支化、改變分子量、添加填料等技術已被證實可以在熔體強度和發(fā)泡性能方面優(yōu)化和拓展PLA的應用[6].綜上，本文中以PLA的結晶調(diào)控為核心，以調(diào)控PLA的流變性質(zhì)和微觀結構為出發(fā)點，分別從填料、結晶行為調(diào)控、加工工藝和基體改性等方面討論了sc-CO2發(fā)泡PLA的研究進展.

1 填料對sc-CO2發(fā)泡PLA的影響

填料與高分子晶體形成與生長過程密切相關.由于填料具有較大的比表面積和微納米級別的尺度，可在較低添加量的情況下提高基體的力學性能、熔體強度，抑制泡孔的破裂和坍塌，還能在發(fā)泡過程中減小泡孔尺寸、提高泡孔密度[7].如粘土和碳納米填料可以作為成核劑加速結晶動力學、縮短誘導時間和改變PLA的結晶形態(tài).本部分從晶核、微晶、泡孔、熔體強度以及填料改性等角度，探討填料對PLA發(fā)泡的影響.

1.1 填料對發(fā)泡PLA晶核形成的影響填料由于其小尺寸和大比表面積的特性，可與PLA結晶域在發(fā)泡過程中共同誘導泡孔成核，降低成核所需的活化能，從而極大提高PLA的成核速率和泡孔密度.

Nofar[8]對比研究了粘土、二氧化硅(SiO2)和滑石3種填料對PLA的影響，發(fā)現(xiàn)具有長二維形狀的納米粘土在PLA中誘導產(chǎn)生更為封閉的泡孔結構，添加納米粘土通過在其周圍產(chǎn)生局部壓力變化從而提供了更多的異質(zhì)成核位點，同時提高了熔體強度和儲能模量.Rokkonen等[9]使用漂白的硬木牛皮紙漿纖維作為填料，在PLA中引入更多異質(zhì)成核位點，通過擠出發(fā)泡獲得具有良好泡孔結構的低密度PLA發(fā)泡材料.

1.2 填料對發(fā)泡PLA晶體尺寸的影響填料作為一種異質(zhì)成核劑，可以影響PLA晶體尺寸和晶體密度.根據(jù)異相成核理論，納米粒子加入后能夠極大地降低氣泡成核能壘，提高成核速度，增大泡孔密度.當泡孔密度增加時，氣泡核周圍的氣體就會更傾向于擴散進入氣泡核中引發(fā)氣泡長大，而相對用于成核的氣體量減少，這樣就會得到尺寸小、泡孔密度大且泡孔尺寸分布更均勻的發(fā)泡材料.

Ji等[10]將納米SiO2引入PLA發(fā)泡體系，增加了PLA的平均泡孔尺寸，改善了泡孔密度.分散良好的SiO2誘導均勻成核的發(fā)生，降低了PLA的晶粒尺寸，促進微孔變大.Li等[11]將碳納米管(CNTs)作為填料進行sc-CO2發(fā)泡，發(fā)現(xiàn)PLA 球晶的數(shù)量隨著CNTs濃度的升高而顯著增加，同時球晶的尺寸逐漸減小，從而制備出了超低密度PLA 復合發(fā)泡材料.Chen等[12]開發(fā)了一種使用苯基膦酸鋅鹽 (PPZn)結晶成核劑和多功能環(huán)氧基擴鏈劑制備高膨脹率PLA發(fā)泡材料的方法，PPZn的加入顯著提高了PLA的結晶溫度和結晶度，擴鏈劑的加入提高了PLA的熔體彈性和球晶密度并減小了球晶尺寸.

1.3 填料對發(fā)泡PLA泡孔結構的影響填料的加入為PLA發(fā)泡過程提供了大量的異相成核位點，減少了單個泡孔生長所需的超臨界氣體使用量，同時可以提供氣體吸附的新表面，降低泡孔成核的能壘，進而實現(xiàn)調(diào)控PLA發(fā)泡材料的泡孔結構，制備出具有微孔結構的PLA發(fā)泡材料.

氧化石墨烯(GO) 已被廣泛用作添加劑改善聚合物的性能.Kuang等[13]制備了具有定向和高度伸長微孔結構的PLA/GO納米復合發(fā)泡材料，純PLA表現(xiàn)出近似圓形的微孔結構，而PLA / GO納米復合材料泡孔呈現(xiàn)橢圓形狀.GO的添加導致形成高膨脹率和垂直拉長的微孔結構.Wang等[14]研究了不同溫度下擴鏈劑和多功能聚合石墨烯(HG)作為添加劑對PLA發(fā)泡行為的影響.發(fā)泡溫度為135 ℃時，擴鏈PLA(CPLA)發(fā)泡材料和CPLA/HG發(fā)泡材料的泡孔尺寸為微米級別.當發(fā)泡溫度從135 ℃降低到130 ℃時，發(fā)泡材料中發(fā)生了從微米孔到納米孔的轉變，制備了具有均勻微納孔結構的PLA復合發(fā)泡材料.

1.4 填料對發(fā)泡PLA熔體強度和黏度的影響熔體的強度和黏度對聚合物發(fā)泡有重要影響，熔體強度過高會導致泡孔生長變得困難，熔體強度過低則會使泡孔發(fā)生塌陷.熔體黏度過高會導致擠出發(fā)泡過程中產(chǎn)生高壓并且對泡孔生長產(chǎn)生較高的抵抗，而熔體黏度過低則會使得粘彈性變差，難以制得高倍率的微孔材料.

Matuana等[15]制備了PLA /木粉復合發(fā)泡材料，發(fā)現(xiàn)PLA熔體的拉伸黏度隨著木粉含量的增加而增加，同時拉伸黏度對木粉含量有很強的依賴性.通過引入低分子量流變改性劑，使復合材料的熔體黏度與純PLA相匹配，同時微孔結構的出現(xiàn)并沒有降低木粉和PLA基體熱穩(wěn)定性.Wu等[16]采用炭黑(CB)和CNTs兩種填料通過sc-CO2發(fā)泡制備了PLA復合發(fā)泡材料.CB和CNTs顯示出明顯的協(xié)同作用，提高了PLA的熔體強度，同時在PLA復合發(fā)泡材料中形成了導電網(wǎng)絡.Tiwary等[17]使用氮化硼(BN)作為填料改性PLA，由于BN對PLA鏈的潤滑作用導致其熔體黏度降低，促進了泡孔生長.

1.5 填料改性對PLA發(fā)泡的影響填料在PLA中的分散形態(tài)能夠顯著影響發(fā)泡行為，通過對填料進行改性，能夠提高填料的分散性，增強與PLA的相容性，從而提高發(fā)泡性能.

Jeong等[18]用不同添加量的十二烷基三氯硅烷改性SiO2納米顆粒作為填料引入PLA發(fā)泡材料中，發(fā)現(xiàn)改性PLA發(fā)泡材料表現(xiàn)出更高的拉伸強度和壓縮強度.Wang等[19]以10 wt%硅烷改性的玻璃纖維(GF)為填料加入PLA，在不同壓力和溫度下進行發(fā)泡實驗，發(fā)現(xiàn)在14.5 MPa和123 ℃下PLA復合材料的膨脹比達到24倍.Zong等[20]研究發(fā)現(xiàn)改性木質(zhì)素能提高PLA的結晶速率和結晶度，改善PLA發(fā)泡材料形態(tài)，優(yōu)化泡孔結構，提高發(fā)泡性能.Yang等[21]通過典型的浸漬-汽化方法制備了離子液體改性的介孔分子篩(SBA-15)顆粒， 隨后用sc-CO2對PLA/SBA-15材料進行發(fā)泡，發(fā)現(xiàn)其泡孔平均孔徑顯著減小，泡孔密度增加，發(fā)泡條件窗口得到擴展.Guan等[22]研究了PLA/乙?；矸鄣臄D出發(fā)泡行為.實驗發(fā)現(xiàn)乙?；矸鄣募尤朐赑LA發(fā)泡復合材料中形成了有序的非晶和結晶區(qū)域，從而導致相分離趨勢減小，材料耐熱性提高，同時機械性能也得到增強.

2 結晶行為對sc-CO2發(fā)泡PLA影響

PLA緩慢的結晶速率影響了其后期加工和應用.在發(fā)泡過程中形成的晶體網(wǎng)絡能夠最大限度地減少氣體逸出和泡孔聚結進而增加膨脹率，然而由于晶區(qū)形成會導致氣體擴散減弱和基體剛度增加，過度結晶可能會阻止甚至完全抑制發(fā)泡材料膨脹進而難以形成微孔結構.因此，PLA結晶行為是對其發(fā)泡產(chǎn)生影響的重要因素，同時其調(diào)控也顯得尤為重要.

2.1 結晶度和結晶速率調(diào)控對PLA發(fā)泡的影響由于氣體的增塑作用，在超臨界發(fā)泡過程中溶解的氣體增強了PLA分子鏈的運動能力，CO2在分子鏈間被吸收，自由體積增加，鏈纏結減少，促進PLA的結晶行為.晶區(qū)在PLA基體中可視為異相成核點，增加泡孔密度，同時結晶結構提高熔體強度還可以有效抑制泡孔成核后的生長過程，得到尺寸小，泡孔密度大的發(fā)泡材料.因此調(diào)控結晶度結晶速率可以顯著改善PLA的熔體強度和力學性能.

Zhai等[23]研究了處理時間、溫度和氣壓等參數(shù)對PLA發(fā)泡的影響.在100 ℃下sc-CO2處理1 min可以獲得結晶度為27.4%的PLA.此外，結晶平衡時間可以縮短至20 min.Li等[24]利用高壓DSC對PLA熔體在sc-CO2作用下的非等溫結晶行為進行了研究，發(fā)現(xiàn)sc-CO2的存在降低了結晶的活化能并提高了PLA熔體的結晶速率.

2.2 晶體結構調(diào)控對PLA發(fā)泡的影響在發(fā)泡過程中，不熔化的晶體可以作為泡孔成核點.由于PLA分子鏈內(nèi)原子以共價鍵連接，結晶時分子鏈自由運動受阻，妨礙其規(guī)整堆砌排列，使得PLA只能部分結晶并且產(chǎn)生不完善結晶.PLA在超臨界氣體飽和過程中形成的晶核隨著飽和溫度的增加而不斷完善，較低完善度的晶體因其粗糙表面可以提供更高的泡孔成核效率，從而誘導產(chǎn)生微孔結構.隨著飽和溫度升高，一部分晶核在氣體飽和過程中熔化，其余的晶核發(fā)生重結晶，形成具有更高完善度的晶體，進一步影響發(fā)泡性能.因此通過調(diào)控晶型和晶體結構，可以獲得特定泡孔結構的PLA發(fā)泡材料.

本課題組[25]研究了聚己內(nèi)酯(PCL)/PLA共混物發(fā)泡行為，發(fā)現(xiàn)隨著結晶時間增加，球晶數(shù)目明顯增多并發(fā)生堆積，尺寸不斷增大.sc-CO2可以誘導PCL /PLA共混物二次結晶，進一步提高結晶度，同時增大泡孔密度并改善發(fā)泡性能.Ni等[26]通過調(diào)節(jié)冷結晶過程在PLA中誘導的晶體類型，研究了PLA和擴鏈PLA的結晶行為對發(fā)泡的影響，結果表明，α′晶體在115 ℃ -117 ℃下變?yōu)棣辆w.與結晶良好的α晶體相比，α′晶體提供了更有效的泡孔成核效率，高結晶度和粗糙的晶體表面誘導了泡孔生成.

研究人員利用PLA在sc-CO2作用下形成的晶體結構來提高熔體強度和發(fā)泡性能.通過誘導形成堆積緊密的立構晶體(SC)網(wǎng)絡作為物理交聯(lián)點可以提高PLA的儲能模量，限制PLA鏈段的運動，增加鏈段的弛豫時間.提高PLA基體的熔體強度，進而提供足夠的支撐力避免產(chǎn)生泡孔塌陷與合并[27].Yan等[28]通過誘導PLA中形成SC微晶研究其對發(fā)泡行為的影響，發(fā)現(xiàn)引入SC微晶可以改善PLA的黏彈性，減少高溫高壓下泡孔生長過程中的泡孔聚結和破裂.拓寬了PLA發(fā)泡材料的加工窗口.Li等[29]通過sc-CO2發(fā)泡制備了具有增強微孔結構的PLA-酰肼成核劑(HNA)發(fā)泡材料，HNA的摻入不僅明顯提高了PLA的結晶度，而且可以在PLA結晶之前沉淀并自組裝成纖維狀網(wǎng)絡，促進增強型串晶結構的形成，有利于提高PLA的黏彈性，減少發(fā)泡材料的泡孔聚結.

3 加工工藝對sc-CO2發(fā)泡PLA影響

發(fā)泡過程中溫度、減壓速率、擠出壓力、剪切拉伸等工藝條件都是影響PLA發(fā)泡材料性能的關鍵因素.

3.1 溫度對PLA發(fā)泡的影響氣體在PLA中的溶解度隨著溫度升高而降低，對聚合物的塑化作用減弱，成核速率相對減少；另一方面，如果增加發(fā)泡溫度，聚合物體系的熔體強度和粘度也會降低，削弱了對泡孔成核生長的阻力，泡孔尺寸較大.在CO2的塑化作用下，PLA的自由體積增加，鏈纏結減少，聚合物體系的玻璃化轉變溫度比常態(tài)低，因此PLA可以在低于初始玻璃化轉變溫度的條件下發(fā)泡[30].本課題組[31]在低發(fā)泡溫度下制備了PLA/PCL發(fā)泡支架，并借助刻蝕技術在發(fā)泡支架表面獲得了開孔結構，發(fā)泡材料的伸長率得到顯著提升，抗拉強度滿足人腦靜脈的要求.

3.2 減壓速率對PLA發(fā)泡的影響減壓速率過慢時，CO2呈現(xiàn)非常緩慢的流速逸出，不利于微孔結構的形成，導致孔隙率偏低.減壓速率過快時，CO2氣流對材料沖擊過大會導致泡孔破裂，同時高壓釜內(nèi)由超臨界狀態(tài)迅速轉變?yōu)榉浅R界狀態(tài)，氣體對材料的塑化作用消失，不利于形成規(guī)則的泡孔結構.

White等[32]通過改變sc-CO2發(fā)泡中的減壓速率來制造具有不同結構和機械性能的PLA發(fā)泡材料，研究發(fā)現(xiàn)降低減壓速率可以產(chǎn)生具有更寬分布的孔尺寸和連通性更好的泡孔結構，從而制備了適用于骨組織工程領域的具有與松質(zhì)骨類似抗壓強度的發(fā)泡材料.動態(tài)成型加工技術已被用于實現(xiàn)聚合物基體的自增強和高結晶速率.

3.3 擠出壓力對PLA發(fā)泡的影響在高壓和強剪切力的作用下，半結晶聚合物中的晶體結構如球晶會發(fā)生變形，強烈的剪切力導致PLA長鏈的取向并沿流動方向生成串晶，使得PLA 基質(zhì)的剛度急劇增加，有效抑制了泡孔的塌陷和合并[33].

Geng等[34]利用環(huán)形振蕩推拉產(chǎn)生強烈剪切力誘導PLA晶體的排列變化，同時輔助sc-CO2低溫發(fā)泡工藝，獲得了具有優(yōu)異沖擊強度和高儲能模量的PLA發(fā)泡材料.Peng等[35]通過自行開發(fā)的葉片擠出機結合顆粒浸出和sc-CO2發(fā)泡技術制備了可以精確控制孔徑大小的PLA多孔支架，從而為精確定制發(fā)泡材料的孔徑提出了新方法.Kuang等[36]通過在模具頂部施加足夠的壓力迫使樣品流動誘導PLLA球晶形成細長扁平狀晶體結構，從而有效地減緩CO2氣體擴散，在100 ℃至140 ℃的發(fā)泡溫度范圍內(nèi)成功制備了具有均勻微孔形態(tài)的高強度PLA發(fā)泡支架.Wang等[37]提出一種使用超聲波輻射(UI)輔助PLA發(fā)泡的新方法，通過在發(fā)泡開始時引入UI，降低了成核能壘，促進了均勻的泡孔成核，提高了 PLA 發(fā)泡材料的泡孔密度、膨脹率和斷裂伸長率.

4 基體改性對sc-CO2發(fā)泡PLA影響

經(jīng)擴鏈、共混等方式進行改性后的PLA結晶性能得到有效調(diào)控，制備的發(fā)泡材料機械和使用性能提高，廣泛應用于包裝、農(nóng)業(yè)、交通運輸、醫(yī)學工程和紡織業(yè)等領域.

4.1 擴鏈改性對PLA發(fā)泡的影響長支鏈結構的引入對PLA的拉伸流變行為有較好的改善作用，可以顯著提高PLA基體的熔體強度，減少發(fā)泡過程中的泡孔合并和塌陷等現(xiàn)象，有助于產(chǎn)生閉孔結構，進一步擴大PLA發(fā)泡產(chǎn)品的應用領域.由于具有更多的支化結構，半結晶時間顯著縮短，結晶速率隨著支化結構提供大量的晶核位置而增加.然而，具有更多線性結構的PLA的最終結晶度高于具有更多分支結構的PLA.這是因為線性PLA具有更高的鏈規(guī)整性，在等溫條件下產(chǎn)生了更高的結晶度.對于支化結構，由于分支而產(chǎn)生的大量晶核必然會導致更多的鏈纏結，分子運動阻力增大，晶體生長后期必然受到阻礙.這些晶體間的相互作用阻礙了晶體生長的分子運動，導致晶體不太緊密，這是支鏈聚乳酸最終結晶度降低的主要原因[38].

趙中國等[39]通過在PLA中添加季戊四醇三丙烯酸酯、過氧化二異丙苯和二硫化四乙基秋蘭姆得到長支鏈支化的PLA，從而顯著改善了PLA結晶性能，增強了熔體強度，提高了發(fā)泡性能.Ren等[40]使用線性結構的PLA(L-PLA)和長支鏈PLA(B-PLA)進行發(fā)泡，發(fā)現(xiàn)具有長支鏈結構的B-PLA黏彈性得到改善，晶體尺寸減小.制備的 B-PLA發(fā)泡材料相對于 L-PLA具有更高的膨脹比、更高的泡孔密度和更寬的發(fā)泡溫度窗口.

4.2 共混改性對PLA發(fā)泡的影響利用兩種或多種聚合物進行共混改性是一種簡捷有效且經(jīng)濟的制備高性能聚合物發(fā)泡材料方法.通過共混，將多種聚合物材料的特性集合于一體，使所得發(fā)泡材料的性能得到明顯改善.

本課題組[41]使用sc-CO2間歇發(fā)泡制備了PCL/PLA共混物發(fā)泡材料，發(fā)現(xiàn)通過熱拉伸能夠形成PLA納米纖維，從而在材料內(nèi)部形成更小的微孔尺寸和更高的泡孔密度.在另一項研究中[42]使用不同比例的 PCL/PLA共混物制備開孔組織工程支架，通過調(diào)節(jié)溫度、壓力和CO2含量等發(fā)泡參數(shù)優(yōu)化了支架的多孔結構和機械強度.Ahmed等[43]制備了PLA/聚氨酯(TPU)共混發(fā)泡材料，發(fā)現(xiàn)發(fā)泡材料的尺寸穩(wěn)定性和形狀固定性較單一材料得到顯著改善.Wang等[44]使用sc-CO2發(fā)泡制備了 TPU/PLA發(fā)泡材料，有效地將形狀恢復率提高到90%以上，在形狀記憶性能、輕量化和抗收縮性以及機械性能之間取得良好的平衡.Liu等[45]制備了PLA /大豆?jié)饪s蛋白(SPC)共混物發(fā)泡材料，發(fā)現(xiàn)在發(fā)泡過程中SPC結構域充當異質(zhì)形核位點，提高孔密度并減小了孔尺寸.Chai等[46]采用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)共混來提高PLA的熔體強度和結晶度，制備出具有出色形狀記憶能力的PLA / PMMA發(fā)泡材料.Ren等[47]采用sc-CO2作為物理發(fā)泡劑制備了PLA/聚乙二醇(PEG)共混物，發(fā)現(xiàn)加入PEG增強了共混物中PLA的結晶能力，富含PEG的結構域表現(xiàn)出較低的基質(zhì)剛度和較高的CO2擴散性.Yu等[48]對PLA/聚丁二酸丁二酯(PBS)混合物進行了兩步減壓分批發(fā)泡制備具有高度開放孔道的發(fā)泡材料，發(fā)現(xiàn)PLA和PBS之間的界面具有較低的氣泡成核活化能，提供了良好的異質(zhì)成核位點.Li等[49]將PLA/聚丁二酸丁二酯(PBS)共混開孔發(fā)泡材料用于可控的油水分離，發(fā)現(xiàn)在較高發(fā)泡溫度下可獲得高膨脹率均勻孔發(fā)泡材料.Chen等[50]結合sc-CO2發(fā)泡和成孔劑浸出將PLA與聚乙烯吡咯烷酮共混，獲得的共混發(fā)泡材料孔徑可控且具有高度的互連性.

4.3 復合改性對PLA發(fā)泡的影響通過復合改性可以在保留PLA優(yōu)良性能的同時賦予其他性能，進而拓寬PLA復合發(fā)泡材料的應用領域.

Dirlam等[51]使用sc-CO2發(fā)泡制備了PLA/聚山梨醇酯/泊洛沙姆復合物發(fā)泡材料，實驗發(fā)現(xiàn)該復合發(fā)泡材料具有顯著的親水性，在保持原有機械性能的同時獲得均勻孔結構的低密度發(fā)泡材料.Zhang等[52]制備了PLA及棉纖維填充復合發(fā)料材料，棉纖維的加入提高了PLA的結晶度和缺口沖擊強度.Ding等[53]采用溶液澆鑄法制備了無定形PLA/纖維素納米纖維(CNF)復合材料并研究了其發(fā)泡行為，發(fā)現(xiàn)CNF能夠很好地分散在PLA基質(zhì)中并誘導大量密集的微晶，從而抑制泡孔聚結，提高泡孔密度并減小泡孔尺寸.

5 sc-CO2發(fā)泡PLA材料的應用

伴隨高分子成型加工技術的發(fā)展，PLA發(fā)泡材料的應用領域不斷拓寬，在諸如生物醫(yī)用、阻燃、吸附、導電等領域都有廣泛應用.

本課題組[54]通過熔融共混結合sc-CO2固態(tài)間歇發(fā)泡獲得用于組織工程的PLA/PCL發(fā)泡材料，研究發(fā)現(xiàn)隨著PLA含量的增加，發(fā)泡材料具有較好的細胞活性.在另一項相關研究中[55]用相似的工藝獲得了表面開孔的PLA /PCL共混發(fā)泡材料，支架表面的開孔不僅可以促進細胞黏附和遷移，還可以支持在互連通道中大量運輸細胞營養(yǎng)物質(zhì)和廢物.在其他領域，本課題組[56]將PCL/PLA熔融共混，利用sc-CO2發(fā)泡制備多孔材料用于吸油應用，研究發(fā)現(xiàn)共混材料泡孔尺寸減小且分布更加均勻，具有明顯的親油疏水性，10次循環(huán)吸油測試后樣品吸油率僅降低約8.5%.與大多數(shù)有機材料一樣，發(fā)泡材料通常被歸類為高度易燃的物質(zhì).Vadas等[57]通過纖維素與聚磷酸銨基阻燃劑結合改性PLA，獲得的發(fā)泡材料具有高表面積和優(yōu)異的阻燃性.Wang等[58]通過加入含磷阻燃劑和淀粉改性PLA，制備出膨脹率和阻燃性顯著提高的發(fā)泡材料.發(fā)泡材料應用于導電尤其是電磁屏蔽領域時要求發(fā)泡基體中具有較高的導電填料含量，而實際加工應用中通常填料團聚嚴重且填料與PLA的結合較差.Wang等[59]通過sc-CO2珠粒發(fā)泡工藝獲得膨脹的PLA(EPLA)珠粒，將EPLA珠粒浸入CNTs溶液中，實現(xiàn)了其高性能隔熱和電磁干擾屏蔽應用.

6 結語

通過添加填料、調(diào)控結晶行為、調(diào)節(jié)加工工藝和對PLA進行改性都可以顯著提高PLA的發(fā)泡性能.隨著人們對輕量化、高強度、綠色環(huán)保的PLA發(fā)泡材料需求的增加，高膨脹率及更多功能化發(fā)泡材料的研究與開發(fā)將吸引更多關注.然而，目前該領域還要面對許多挑戰(zhàn).在未來的研究中，基于超臨界流體發(fā)泡技術，應圍繞發(fā)泡過程中填料與結晶的相互影響和作用，探究如何使成核劑或填料在基質(zhì)中分散均勻并且解釋分散性對起泡行為的影響，建立填料/結晶相互作用理論，賦予PLA發(fā)泡材料更多功能性，為PLA發(fā)泡材料產(chǎn)業(yè)化提供理論支持.