超临界发泡技术凭借高效、绿色、环保的特点，在制备轻量化高性能生物可降解材料方面显示出巨大优势。超临界发泡制备的生物可降解发泡材料具有多孔结构、密度低、比强度高、良好的冲击吸收能力以及隔热隔音性能，可应用于绝热、隔音消噪、防震缓冲及包装等领域。超临界流体发泡工艺主要包括间歇发泡、挤出发泡、注塑发泡和珠粒发泡四种方法。
目前常用于超临界发泡的主要生物降解材料包括PLA、PBAT、PBS、PCL等。生物降解聚合物普遍存在相对分子质量小、支化度低、熔体强度差等缺陷，发泡过程中容易产生泡孔破裂、泡孔塌陷等问题，可发性较差，可通过改性或工艺调整来改善发泡性能。
目前，改善生物降解材料发泡性能的常见改性策略包括聚合物共混、交联及无机填料复合等。然而，这些方法在实际应用中均面临显著挑战：
- 共混改性是最常见的一种改性方式，但若组分不相容会发生相分离，同时若引入非可降解组分，还会削弱制品的整体生物降解性；
- 交联改性虽能有效提升熔体强度，但交联网络的形成可能阻碍生物降解材料的酶解或水解过程，进而影响发泡产品的降解性能；
- 无机填料复合则普遍存在填料分散不均、团聚严重的问题，难以稳定发挥增强效果。
1、PLA（聚乳酸）
PLA具有良好的刚性、高强度/模量、透明性、生物相容性和生物降解性，是目前替代市场最具潜力的生物降解材料之一，在降解、缓冲、隔音、隔热等方面应用潜力巨大。但该材料成本较高、韧性差、耐热性差，熔体强度低，结晶速率慢，导致其发泡性能受限。
PLA分子结构
目前，国内外对于PLA与PBAT共混改性研究较多，两者有良好的互补性，可充分发挥各自优点。通过在体系中加入扩链剂与成核剂，可提高界面相容性、熔体强度和结晶度，共混材料的应用领域包括包装材料、生物医疗等。
近年来，在PLLA（左旋聚乳酸）中引入适量PDLA（右旋聚乳酸），诱导形成PLA立构复合晶（Sc晶）引起了越来越多的关注，该方法可改善聚乳酸的熔体强度/结晶性能，
研究表面，与普通的同质结晶（Hc）相比，Sc晶具有更紧密的体积堆积和较强的分子间作用力，如氢键、范德华力和静电作用等。
2、 PBAT（聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯）
PBAT是一种生物降解脂肪族-芳香族线形共聚酯，价格低、延展性好、韧性高、冲击性能好、加工温度低，其发泡材料重量轻、孔隙率高、柔韧性好、高效吸能、隔热，且具有优异生物降解性和生物相容性。但PBAT也存在熔体强度低、加工温度窗口窄的突出问题。
PBAT分子结构
目前，针对PBAT的改性方法有扩链、交联、填充、共混等，可单一或复配使用。
PBAT改性发泡示意图
扩链改性指的是通过缩聚或自由基聚合将扩链剂接枝到PBAT，生成支化或微交联结构，提高分子量、拓宽分子量分布、提高熔体粘弹性。常用扩链剂有EGMA、EMA、SAG、CE以及环氧扩链剂等。
交联改性是指PBAT高分子链间以共价键连接成二维或三维网状高分子的过程。交联改性不仅能提高PBAT的力学性能和热学性能等，还能增加PBAT的特性粘度和交联度。且由于支化点的异相成核效应和交联结构的产生，PBAT的结晶行为和发泡性能能得到改善。
共混改性是将PBAT与一种或多种性能上能够互补的聚合物进行混合,改善PBAT可发性和功能性的加工方法。如PBAT/PBS共混超临界固态发泡，能显著提升压缩强度与降解性能；与PLA共混还可用于形状记忆发泡材料。
3、 PBS（聚丁二酸丁二醇酯）
PBS是一种脂肪族聚酯，具有具有优良的力学性能、生物相容性、加工性能、可完全生物降解。但PBS的线性分子链结构导致发泡性能差，需要交联、扩链等方法改善。
PBS分子结构
PBS可通过原位微纤化技术构建微观纤维网络，从根本上解决PBS熔体强度低的问题，结合超临界微孔发泡，可制备出质轻、减震、隔热、降噪以及兼具高强度和功能化的新型泡沫材料。
如PLA纤维可改善PBS的可发性并维持连通的开孔结构，开孔结构使纤维网络得以暴露，能更好地与基体协同承受载荷，实现增强、增韧的效果。
来源：艾邦鞋业论坛综合整理
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