梯度结构聚合物微孔发泡材料的制备及其性能

摘要

泡孔尺寸梯度变化的聚合物发泡材料因其在众多领域具有巨大的潜在应用价值从而受到了越来越多的关注，然而，制备具有这种特殊结构的聚合物发泡材料却非常困难。现如今，通过调控发泡剂气体在聚合物中不同区域的溶解度或者控制聚合物发泡时不同区域的温度等方法，可以制备得到泡孔尺寸梯度变化的聚合物发泡材料。然而，这些方法对设备及工艺的要求都特别高。
　　本论文以阳极氧化铝(AAO)膜作为基底与聚合物熔融复合，采用间歇发泡的方式成功制备得到了泡孔尺寸梯度分布的聚合物发泡材料。首先将AAO膜用氟硅烷进行表面亲CO2修饰，然后与PS熔融复合，最后采用超临界二氧化碳作为发泡剂，使用间歇发泡法得到聚合物发泡材料。通过发泡材料断面SEM图可知，发泡材料的泡孔尺寸随着离AAO膜距离的增加呈现从小到大梯度变化的规律。并且，通过探究发泡条件对泡孔形态的影响，发现使用大孔径(150nm)的 AAO膜和在13.8MPa，100℃及泄压耗时为0.3s时具有最完美的梯度结构。随后，在对AAO膜进行不同改性方式实验中可知AAO膜在发泡过程中对PS基体的异相成核效应是产生梯度孔结构的重要因素，使用PS-G纳米复合材料和AAO膜复合发泡得到均一的孔结构的现象也很好的验证了这一点。而AAO膜与PS不同复合程度的实验中可知AAO膜在发泡过程中对PS基体的纳米限制效应也是产生梯度孔结构的决定性因素。
　　然而，市售AAO膜较脆，无法进行重复利用或大尺寸发泡样品制备，因此，本文通过阳极氧化法电解铝箔，自制AAO膜用于发泡研究。结果发现使用自制的AAO膜与聚合物复合发泡后也能得到较为工整的梯度泡孔结构，并且发现发泡之后AAO膜表面的孔结构被聚合物基体覆盖，当重复使用两次之后，原本工整的梯度泡孔结构变得不明显，甚至出现两级孔结构。随后，通过测量大尺寸发泡样品力学性能，发现使用AAO膜增加了聚合物发泡材料本体密度，提高了其拉伸强度。
　　为了验证该方法在不同聚合物中的通用性，采用PMMA、PLA作为聚合物基体进行发泡研究。结果发现使用不同聚合物均可得到梯度泡孔结构，其中PMMA的梯度结构较差，而值得一提的是，PLA发泡材料具有完美的梯度泡孔结构并且其梯度范围超过1mm，鉴于PLA具有良好的生物相容性，因此对泡孔尺寸梯度变化的PLA发泡材料进行体外细胞培养实验。结果显示PLA发泡材料对小鼠成纤维细胞具有良好的粘附效果，并且细胞趋向于生长在泡孔尺寸较大的区域。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 超临界二氧化碳简介

1.3 聚合物微孔泡沫

1.4 微孔发泡机理的研究

1.5 功能梯度多孔发泡材料研究进展

1.6 课题提出及研究内容

第二章 梯度结构PS发泡材料的制备及其性能

2.1 前言

2.2 实验部分

2.3 测试与表征

2.4 结果与讨论

2.5 本章小结

第三章 PMMA、PLA梯度泡孔结构的制备

3.1 前言

3.2 实验部分

3.3测试与表征

3.4 结果与讨论

3.5 本章小结

第四章 结论、创新点和展望

4.1 结论

4.2 创新点

4.3 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的论文及专利