技术变革｜生物降解材料聚丁二酸丁二醇酯的改性、发泡及应用

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2023-10-19 / 行业新闻

近日，华东理工大学赵玲教授团队和北京工商大学王向东教授团队合作在Sustainable Materials and Technologies（JCR Q1区， IF=9.6）上联合发表综述文章“Review on poly (butylene succinate) foams: Modifications, foaming behaviors and applications”。

目前，生物降解聚合物已成为传统石油基聚合物的潜在替代品，是解决微塑料引发的环保与健康问题的重要途径之一。在众多生物降解聚合物中，聚丁二酸丁二醇酯（PBS）作为一种生物降解脂肪族聚酯，具有优良的生物相容性、韧性和熔融加工性能；同时具有良好的隔热性能和缓冲性能，在包装和缓冲材料等领域具有潜在的应用前景。

文章对PBS的基本性能、发泡原理、改性方法、发泡技术进行了全面的总结。阐述了PBS的结晶、流变、发泡剂的溶解度和扩散速率等关键参数对其发泡行为的影响；深入探讨PBS泡沫中泡孔形态演变、潜在应用和未来面临的挑战。综述了PBS共混、扩链、交联、共聚等改性及其对发泡过程的影响；对釜压发泡、注塑发泡、挤出发泡制备PBS发泡材料的进展进行了详细的介绍和总结。文章还概述了细孔、微孔和纳米孔等不同尺度泡孔结构，双峰泡孔、开孔结构等特殊泡孔结构PBS发泡材料的制备策略。同时关注了不同的泡孔结构导致的力学性能、隔热隔音性能等方面的差异，作为PBS发泡材料广泛应用于不用领域的前提。

图1 文章内容概述图

图2 典型的PBS发泡材料泡孔成核过程示意图

尽管PBS泡沫具有优异的综合性能以及生物可降解的优势，但PBS的高成本限制了其广泛应用。此外，PBS具有柔性的线形分子链、较低的玻璃化转变温度和结晶度，导致高发泡倍率的PBS往往会存在严重的收缩问题。针对上述问题，文章提出了可能的解决思路和方案：（1）改变PBS的分子链结构；（2）调整PBS的结晶度；（3）开发合适的发泡剂和发泡工艺；（4）添加泡沫稳定剂。此外，通过向PBS中加入功能填料，也具有提高发泡性和功能性的双重优点，可将其应用领域拓展到绿色功能材料。

图3 不同类型PBS泡沫断面的SEM照片：（a）细孔PBS泡沫，（b）微孔PBS泡沫，（c）纳孔PBS泡沫

图4 双峰泡孔PBS泡沫断面的SEM照片

北京工商大学周洪福教授与华东理工大学胡冬冬副教授为论文共同第一作者，北京工商大学王向东教授与华东理工大学赵玲教授为论文共同通讯作者，并得到多伦多大学Chul B. Park教授的指导和帮助。本工作得到了北京市教委-市自然基金委联合资助项目、国家自然科学基金项目、上海市自然科学基金和中央高校基本科研业务费的资助和支持。

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