对纤维素增强聚乳酸泡中异质表面诱导的泡核化机制的洞察

科学领域:

• 材料科学 材料科学 材料科学
• 聚合物科学 聚合物科学
• 生物材料工程 生物材料工程

背景情况:

• 纤维素是最丰富的天然聚合物,具有提高聚合物性能和降低成本的潜力.
• 聚乳酸 (PLA) 是一种具有越来越多应用的可生物降解聚合物,但其性能可以进一步改进.
• 纳米纤维修饰为定制聚合物泡特性提供了一个可行的策略.

研究的目的:

• 研究碳酸盐纤维素纳米纤维 (CNF-C) 对聚乳酸 (PLA) 发泡机制和特性的影响.
• 通过密度函数理论 (DFT) 和实验验证,对泡机制进行定量分析.
• 制造具有增强机械性能的高性能,可生物降解的PLA/CNF-C泡.

主要方法:

• 密度函数理论 (DFT) 的计算被用来建模二氧化碳吸附和泡核化在CNF-C和PLA的界面.
• 在试验中,对PLA进行了泡,并添加了不同量的CNF-C.
• 对PLA/CNF-C泡的表征包括风湿学分析,结晶行为评估和微结构分析 (细胞大小,密度).
• 在准备好的泡上进行了机械测试,特别是压力强度测量.

主要成果:

• DFT预测,CNF-C的有序结构,基和基增强了泡核化的二氧化碳吸附,导致更小的临界泡大小和细胞密度增加.
• 实验结果证实,CNF-C的添加改善了PLA的风湿性质和结晶.
• PLA/CNF-C泡表现出均的结构,平均细胞大小显著减少 (从21.39微米减少到0.19微米),细胞数密度大幅增加 (从2.65×10^10增加到2.30×10^14细胞/cm3).
• 与未经修改的PLA泡相比,PLA/CNF-C泡的压力强度增加了394.0%.

结论:

• 成功制造出高性能PLA/CNF-C泡,表现出增强的机械性能,同时保持生物降解性.
• 该研究成功地结合了理论DFT计算和实验数据,以阐明PLA/CNF-C.的发泡机制.
• 这些发现提供了有价值的见解,并为利用基于纤维素的纳米纤维来加强可生物降解的聚合物提供了潜在的指南.