通过调整链组成和使用超临界二氧化碳发泡技术，提高聚（丁酸丁二醇酯-共-丁酸己二酸酯）泡沫的耐低温性能和生物降解性

《Polymer Degradation and Stability》：Enhancing low-temperature resistant and biodegradation of poly(butylene succinate -co-butylene adipate) foams via chain composition modulation and supercritical CO 2 foaming

可生物降解聚酯PBSA通过调节丁二酸（AA）含量实现分子结构调控，显著降低结晶度（26.73%→11.52%）和玻璃化转变温度（-37.0℃→-51.2℃），拓宽其低温应用窗口至-45℃。研究证实AA含量与发泡性能（最大初始膨胀比55.3）、降解速率（8周内43.9%重量损失）及低温压缩性能呈正相关，为开发环境适应性可调的可持续缓冲材料提供新策略。

　　本研究聚焦于通过原位聚合技术合成不同链段组成的生物可降解聚（己二酸-己二酸）（PBSA），以系统地探讨链段组成对分子结构、机械性能、发泡行为以及降解特性的影响。研究结果显示，随着己二酸（AA）含量的增加，PBSA分子链的柔韧性显著提升，同时其结晶度从26.73%降低至11.52%，玻璃化转变温度（Tg）也从?37.0 ℃降至?51.2 ℃。这一变化使得PBSA在低温环境中的应用范围得到了拓展，为开发适用于低温条件的新型材料提供了重要依据。此外，AA的引入还扩展了超临界CO?发泡的温度窗口，提高了材料的韧性与CO?溶解能力，同时降低了材料的强度。因此，适当地引入柔性链段能够优化PBSA的发泡性能，使其在特定的环境和功能需求下表现出更好的适应性。

在实验中，研究者特别关注了40% AA含量的PBSA泡沫（A40）的表现。A40泡沫实现了高达55.3的初始膨胀率，并保持了21.7的稳定膨胀率。这表明，随着AA含量的增加，PBSA泡沫的降解速率也有所提升，同时在低温条件下的适用性进一步扩大。例如，A40泡沫在?45 ℃下展现出优异的压缩性能，并在土壤中仅需8周即可实现43.9%的重量损失，这说明其降解速度明显加快。研究还指出，通过调节单体比例，可以有效调控生物基聚酯材料的性能，为开发具有可调温度适用性的可持续缓冲材料提供了关键的理论支持。

随着低温存储和冷链运输技术的发展，社会对能够在极端低温环境下工作的高性能聚合材料的需求日益增长。这类材料在低温应用中展现出显著的重量减轻优势，通常可减少25%至35%的重量。其高比强度、优异的抗疲劳性能以及其他特性使其成为低温领域的重要研究对象。发泡产品在此基础上进一步提升了材料的缓冲性能、低温压缩性能和热绝缘性能。目前，低温泡沫材料的研究主要集中在刚性聚氨酯（PU）泡沫上，但这类材料在可持续性和对低温环境下动态机械应力的适应性方面仍存在局限。因此，开发新型的、环保的、具有良好低温性能的发泡材料成为当前研究的热点。

生物可降解聚酯材料因其可降解性、无毒性和生物相容性，被视为低温环境下轻质、环保、安全且具备抗低温性能的基材。PBSA作为一种常见的脂肪族生物可降解聚酯，可通过生物质来源的琥珀酸酐（SA）、己二酸（AA）和1,4-丁二醇（BDO）进行合成。相比传统的聚（己二酸）（PBS），PBSA具有更低的熔点、更低的结晶度以及更高的可降解性，同时保留了良好的加工性能和机械性能，与广泛使用的低密度聚乙烯（LDPE）相当，显示出显著的轻量化潜力。近年来，超临界二氧化碳（Sc-CO?）作为一种环境友好的发泡剂被广泛应用于聚合物泡沫的制备，其具有完全替代传统发泡剂的潜力。使用Sc-CO?发泡得到的材料具有均匀的微孔结构、高机械强度和良好的柔韧性，可广泛应用于缓冲材料、热绝缘材料以及吸油材料等领域。

尽管已有研究探索了PBSA作为增韧剂对其他生物可降解聚酯发泡行为的改善作用，但对PBSA基材料自身发泡性能的研究仍显不足。因此，本研究通过原位聚合技术结合超临界CO?发泡方法，制备了具有可降解性和低温抗性特性的超低密度泡沫塑料。首先，通过调节AA的添加量，合成了不同链段比例的PBSA材料，并利用核磁共振（NMR）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）和凝胶渗透色谱（GPC）等手段对聚合物的结构和分子量进行了表征。接着，利用差示扫描量热法（DSC）、X射线衍射（XRD）和拉伸性能测试等方法，系统分析了柔性链段含量对PBSA材料热力学性能和机械性能的影响。同时，研究者还对不同PBSA材料中CO?的溶解和扩散行为进行了深入探讨。

随后，研究者评估了不同AA含量的PBSA泡沫的发泡性能，特别关注了发泡后的收缩行为。通过实验数据的分析，可以得出AA含量的增加对泡沫的性能具有显著影响。此外，研究还探讨了PBSA中柔性链段比例与材料降解性能以及在不同温度下的压缩性能之间的关系。结果表明，随着AA含量的增加，材料的降解速率提高，同时其在低温条件下的适用性也得到了增强。这些发现不仅有助于理解生物基聚酯材料的性能调控机制，也为开发具有更广温度适用范围的可持续缓冲材料提供了理论依据。

研究进一步指出，通过调节单体比例，可以有效优化生物基聚酯材料的性能。在实验过程中，研究者发现，AA的引入不仅改变了材料的分子结构，还显著影响了其热力学和机械性能。具体而言，AA含量的增加导致材料的结晶度降低，熔点下降，同时玻璃化转变温度也有所降低，这些变化使得材料在低温环境下的柔韧性和缓冲性能得到了显著提升。此外，AA的引入还提高了材料的韧性，降低了其强度，从而优化了发泡性能。这种通过调节链段比例来改善材料性能的方法，为开发具有特定功能需求的材料提供了新的思路。

在实验中，研究者还探讨了不同AA含量的PBSA泡沫在低温条件下的压缩性能。结果表明，随着AA含量的增加，泡沫材料在低温下的压缩性能显著提高，同时其降解速率也有所加快。例如，A40泡沫在?45 ℃下表现出优异的压缩性能，并在土壤中仅需8周即可实现43.9%的重量损失。这一结果表明，通过引入适量的柔性链段，可以有效提升材料的低温适用性和降解性能。此外，研究还发现，随着AA含量的增加，材料的发泡性能得到了优化，其初始膨胀率和稳定膨胀率均有所提高，这进一步验证了柔性链段在调控材料性能中的关键作用。

在实验过程中，研究者对材料的合成方法进行了详细描述。所有PBSA样品均通过熔融缩聚反应进行合成，这一过程包括开环和酯化反应。在实验中，研究者调节了AA的添加比例，以获得不同链段组成的PBSA材料。通过对不同样品的表征，研究者发现，高分子量的PBSA材料在后续实验中表现出更一致的性能，而分子量分布的广度则影响了材料的物理性能。这些发现表明，通过精确控制单体比例，可以有效调控材料的分子结构和性能，为开发具有特定功能需求的材料提供了理论依据。

本研究还强调了柔性链段在生物基聚酯材料中的重要作用。通过引入适量的柔性链段，不仅可以改善材料的机械性能，还能提高其在低温环境下的适用性。此外，柔性链段的引入还能够优化材料的发泡性能，使其在特定的环境和功能需求下表现出更好的适应性。这些发现表明，生物基聚酯材料的性能调控不仅仅依赖于单体的种类，更取决于链段比例的合理调整。因此，通过原位聚合技术结合超临界CO?发泡方法，可以有效提升材料的综合性能，为开发新型的、环保的、可持续的缓冲材料提供了重要支持。

研究还指出，当前在低温环境下使用的缓冲材料主要依赖于传统聚合物，如聚氨酯泡沫，但这些材料在可持续性和对动态机械应力的适应性方面存在一定的局限。因此，开发新型的、环保的、具有良好低温性能的缓冲材料成为当前研究的重要方向。通过引入柔性链段，不仅可以改善材料的机械性能，还能提高其在低温环境下的适用性。此外，柔性链段的引入还能够优化材料的发泡性能，使其在特定的环境和功能需求下表现出更好的适应性。这些发现表明，生物基聚酯材料的性能调控不仅仅依赖于单体的种类，更取决于链段比例的合理调整。因此，通过原位聚合技术结合超临界CO?发泡方法，可以有效提升材料的综合性能，为开发新型的、环保的、可持续的缓冲材料提供了重要支持。

在实验中，研究者还对不同PBSA样品的物理性能进行了详细分析。通过调节AA的添加量，可以得到不同链段比例的PBSA材料。这些材料在后续实验中表现出不同的物理特性，如热力学性能、机械性能和发泡性能。通过实验数据的分析，研究者发现，AA含量的增加对材料的性能具有显著影响，特别是在低温环境下的适用性方面。此外，AA的引入还能够优化材料的降解性能，使其在自然环境中更快地分解。这些发现表明，通过调节单体比例，可以有效调控材料的性能，为开发具有特定功能需求的材料提供了理论依据。

本研究还探讨了不同AA含量的PBSA泡沫在低温条件下的压缩性能。结果表明，随着AA含量的增加，泡沫材料在低温下的压缩性能显著提高，同时其降解速率也有所加快。例如，A40泡沫在?45 ℃下表现出优异的压缩性能，并在土壤中仅需8周即可实现43.9%的重量损失。这一结果表明，通过引入适量的柔性链段，可以有效提升材料的低温适用性和降解性能。此外，研究还发现，随着AA含量的增加，材料的发泡性能得到了优化，其初始膨胀率和稳定膨胀率均有所提高，这进一步验证了柔性链段在调控材料性能中的关键作用。

综上所述，本研究通过原位聚合技术结合超临界CO?发泡方法，成功制备了具有可降解性和低温抗性特性的PBSA泡沫材料。实验结果表明，AA含量的增加对材料的性能具有显著影响，特别是在低温环境下的适用性方面。通过调节单体比例，可以有效优化材料的性能，使其在特定的环境和功能需求下表现出更好的适应性。这些发现不仅有助于理解生物基聚酯材料的性能调控机制，也为开发新型的、环保的、可持续的缓冲材料提供了重要支持。此外，本研究还强调了柔性链段在材料性能优化中的关键作用，为未来相关材料的研发提供了新的思路和方向。