聚乳酸泡沫塑料：基础、加工及应用

　　本书首先介绍一般泡沫塑料和发泡的概念，聚乳酸（PLA）的基本原理及性能。然后讨论了PLA/气体混合物的基本特性，即在以溶解的气体作为发泡剂的情况下，各种不同类型的PLA及其混合物的压力-温度-体积（PVT）、溶解度、界面张力行为以及结晶动力学。通过三种主要的发泡技术，即挤出发泡法、注射发泡法和珠粒发泡法，对各种类型的聚乳酸及其化合物的发泡行为和机理进行了广泛的分析和讨论。随后介绍了通过不同机理得到的聚乳酸泡沫的研究进展，及低密度优质泡孔、微孔和纳米孔聚乳酸泡沫的研究成果。 本书适用于高分子材料相关专业的师生、从事聚乳酸塑料发泡产品开发、生产的科研人员及企业的技术人员。

　　朱文利，湖北文理学院汽车与交通工程学院，副教授，自2000年以来一直从事聚合物发泡的技术开发及理论研究，2005年在华南理工大学获得工学博士学位；2005-2007年在华南理工大学从事博士后研究，主持中国博士后科学基金面上资助项目“聚合物纳米复合泡沫泡孔形态控制方法及机理研究”；2006年获“副研究员”技术职称；2007- 2010年在加拿大多伦多大学从事博士后研究，与日本JSP公司合作开发EPP珠粒挤出生产技术，与美国Naturalworks公司合作开发长支链PLA的挤出发泡技术，与荷兰Synbra Technology公司合作开发EPLA珠粒的釜压发泡技术；2011年8月被湖北省襄阳市政府引进回国进入湖北文理学院从事教师工作，先后主持襄阳市科技计划研究与开发项目“提高聚乳酸泡沫耐热性能的方法研究”、湖北省自然科学基金面上项目“聚乳酸在高压CO2下的冷结晶及对发泡的影响”和国家自然科学基金青年基金项目“长支链聚乳酸在挤出发泡过程中的晶致异相成核机理研究”；2014年被聘为武汉科技大学硕士生导师，现已指导两名全程培养硕士研究生；2016年获湖北省科技成果登记两项，2017年获“湖北文理学院十佳女职工”。

第1章泡沫塑料及发泡概述1
1.1背景2
1.2发泡概念及分类3
1.3发泡剂7
1.4塑料发泡机理8
1.4.1聚合物/气体溶液的形成8
1.4.2气泡成核10
1.4.3气泡生长12
1.5热塑性泡沫的生产13
1.5.1挤出发泡13
1.5.2注射发泡15
1.5.3珠粒发泡15

第2章聚乳酸和聚乳酸发泡概述17
2.1背景18
2.2聚乳酸结构19
2.3聚乳酸的结晶行为21
2.3.1D-丙交酯含量对聚乳酸结晶的影响22
2.3.2分子量对聚乳酸结晶的影响24
2.3.3分子链支化对聚乳酸结晶的影响26
2.4聚乳酸的玻璃化转变温度27
2.5聚乳酸的流变行为28
2.6聚乳酸/气体混合物性能31
2.7聚乳酸泡沫的生产技术32
2.7.1聚乳酸挤出发泡33
2.7.2聚乳酸注射发泡33
2.7.3聚乳酸珠粒发泡34

第3章聚乳酸在溶解的二氧化碳中的PVT、溶解度和界面张力行为35
3.1聚乳酸的溶解度和压力-体积-温度行为38
3.1.1压力-体积-温度测量39
3.1.2气体溶解度的测量43
3.1.3D-丙交酯含量对溶解度的影响47
3.1.4小结48
3.2聚乳酸的界面张力行为48
3.2.1密度定义48
3.2.2界面张力50
3.2.3小结54

第4章聚乳酸在溶解有气体时的结晶动力学56
4.1分子链结构的影响58
4.1.1等温差示扫描量热图谱及Avrami分析60
4.1.2支化对等温处理的聚乳酸最终结晶度的影响63
4.1.3CO2压力对等温处理的聚乳酸最终结晶度的影响64
4.1.4等温处理聚乳酸的偏光显微技术67
4.1.5非等温差示扫描量热图谱及Avrami分析67
4.1.6支化、CO2压力和冷却速率对最终结晶度的影响69
4.1.7支化、CO2压力和冷却速率对Tc和Tg的影响74
4.1.8小结77
4.2溶解气体类型的影响77
4.2.1聚乳酸在高压气体下的晶体熔融行为79
4.2.2非等温熔融结晶83
4.2.3聚乳酸在1bar和45bar压力的CO2、N2和氦气作用下的等温熔融结晶87
4.2.4小结88
4.3分子构型的影响90
4.3.1非等温熔融结晶行为90
4.3.2等温熔融结晶行为94
4.3.3小结97
4.4微米/纳米添加剂的影响98
4.4.1等温熔融结晶分析100
4.4.2不同压力下聚乳酸纳米/微米复合材料的非等温熔融结晶104
4.4.3纳米/微米尺寸的添加剂和溶解的CO2对聚乳酸最终结晶度的耦合作用106
4.4.4纳米/微米尺寸的添加剂和溶解的CO2对Tc和Tg变化的耦合作用109
4.4.5小结111

第5章聚乳酸及其复合材料的挤出发泡112
5.1线型和支化聚乳酸的挤出发泡115
5.1.1挤出泡沫的表征118
5.1.2聚乳酸的剪切诱导结晶122
5.1.3加工过程中的结晶控制123
5.1.4小结126
5.2聚乳酸/黏土纳米复合材料的挤出发泡126
5.2.1聚乳酸/黏土纳米复合材料的结晶行为128
5.2.2剪切作用对聚乳酸和聚乳酸/黏土纳米复合材料结晶行为的影响130
5.2.3以超临界CO2作为发泡剂的挤出发泡聚乳酸和聚乳酸/黏土纳米复合材料的泡孔形态131
5.2.4纳米黏土的分散对聚乳酸/黏土纳米复合材料发泡行为的影响134
5.2.5溶解的CO2气体含量对聚乳酸/黏土纳米复合材料发泡行为的影响137
5.2.6结晶对聚乳酸发泡行为影响的研究138
5.2.7发泡对泡沫样品最终结晶度的影响140
5.2.8小结141
5.3聚乳酸复合材料的挤出发泡：纳米黏土、纳米硅和滑石粉的比较141
5.3.1聚乳酸纳米/微米复合材料的挤出发泡行为142
5.3.2添加剂对气泡成核行为的单一影响148
5.3.3小结149

第6章聚乳酸及其复合材料的注射发泡151
6.1聚乳酸/滑石粉复合材料的注射发泡153
6.1.1滑石粉的混合和添加对泡孔形态的影响154
6.1.2注射流动速率对泡孔形态的影响157
6.1.3混炼和添加滑石粉对泡沫均匀性的影响158
6.1.4注射流动速率对泡沫均匀性的影响161
6.1.5结晶行为164
6.1.6力学性能165
6.1.7小结168
6.2聚乳酸/黏土纳米复合物的注射发泡170
6.2.1结晶行为171
6.2.2发泡行为和泡孔结构173
6.2.3弯曲性能180
6.2.4抗冲击性能183
6.2.5导热性能184
6.2.6小结186
6.3线型和支化聚乳酸的注射发泡186
6.3.1热分析187
6.3.2泡沫形态187
6.3.3力学性能190
6.3.4小结193

第7章PLA珠粒泡沫的生产—— 一种新型的发泡技术194
7.1聚乳酸的珠粒发泡机理196
7.1.1双结晶熔融峰表征198
7.1.2具有双结晶熔融峰的聚乳酸珠粒泡沫201
7.1.3小结212
7.2生产实验室规模的聚乳酸珠粒泡沫214
7.2.1发泡聚乳酸珠粒泡沫的结晶行为215
7.2.2发泡聚乳酸珠粒泡沫的分子量变化217
7.2.3发泡聚乳酸珠粒泡沫的发泡行为220
7.2.4小结223
7.3蒸汽模塑验证224
7.3.1蒸汽模塑成型过程225
7.3.2蒸汽模塑和机械测试227
7.3.3小结232

第8章总结和展望233

参考文献236