Research Progress in Modified Poly（lactic acid） Foaming Technology

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2021.07.021

Abstract

Abstract:

This paper introduced the research progress in the modified poly（lactic acid）（PLA） foaming technology at home and abroad in recent years. In view of the insufficient melt strength and crystalline properties of PLA in foaming， the paper also discussed the methods， effects and mechanism for improving the foaming properties of PLA through the addition of various additives such as chain extenders， crosslinkers， nucleating agents， fibers and other polymers. Finally， the future development of modified PLA foaming technology was prospected.

Key words: poly（lactic acid）, modification, foaming, property

CLC Number:

TQ321

DUAN Xuyuan, ZHENG Hongjuan. Research Progress in Modified Poly（lactic acid） Foaming Technology[J]. China Plastics, 2021, 35(7): 134-139.

References 38

1	任杰，李建波. 聚乳酸［M］. 北京：化学工业出版社， 2014：2⁃12.
2	张京珍. 泡沫塑料成型加工［M］. 北京：化学工业出版社， 2005：6⁃15.
3	韩志忠，张有忱，杨卫民，等. 不同熔体强度对聚乳酸微发泡行为的影响［J］. 塑料， 2016， 45（5）： 49⁃52，63.
	HAN Z Z， ZHANG Y Z， YANG W M， et al. Effect of Microcellular Foams from Polylactic Acid of Different Melt Strength［J］. Plastic， 2016， 45（5）： 49⁃52，63.
4	CORRE Y M， MAAZOUZ A， DUCHET J， et al. Batch Foaming of Chain Extended PLA with Supercritical CO₂： Influence of the Rheological Properties and the Process Parameters on the Cellular Structure［J］. The Journal of Supercritical Fluids， 2011， 58（1）： 177⁃188.
5	ZHOU Z， HUANG G， XU W， et al. Chain Extension and Branching of Poly （L⁃lactic acid） Produced by Reaction with a DGEBA⁃based Epoxy Resin［J］. eXPRESS Polymer Letters， 2007， 1（11）： 734⁃739.
6	李珊珊，何继敏，颜克福，等.聚乳酸扩链改性及其挤出发泡的研究［J］. 中国塑料， 2015， 29（4）： 24⁃29.
	LI S S， HE J M， YAN K F， et al. Influence of Chain Extentions on Cell Structures of Extrusion Forming of Poly （L⁃lactic acid）［J］. China Plastics， 2015， 29（4）： 24⁃29.
7	郝明洋，王昌银，蒋团辉，等.支化改性聚乳酸及其对发泡行为的影响［J］. 高校化学工程学报， 2016， 30（1）： 156⁃161.
	HAO M Y， WANG C Y， JIANG T H， et al. Preparation of Branched Poly（Lactic Acid） and its Foaming Behaviors［J］. Journal of Chemical Engineering of Chinese Universities， 2016， 30（1）： 156⁃161.
8	吴东森，李坤茂，刘鹏波. 聚乳酸扩链及其超临界二氧化碳微孔发泡［J］. 高分子材料科学与工程， 2015， 31（4）： 137⁃141.
	WU D S， LI K M， LIU P B. Chain Extended Polylactic Acid and Its Microcellular Foaming with Supercritical CO₂［J］. Polymer Materials Science and Engineering， 2015， 31（4）： 137⁃141.
9	余智，吴东森，邹华维，等.扩链聚乳酸的超临界CO₂发泡与结晶［J］. 高分子材料科学与工程， 2019， 35（3）： 131⁃135.
	YU Z， WU D S， ZOU H W， et al. Supercritical CO₂ Foaming and Crystallization of Chain Extended Polylactic Acid［J］. Polymer Materials Science and Engineering， 2019， 35（3）： 131⁃135.
10	ZHOU M， ZHOU P， XIONG P， et al. Crystallization， Rheology and Foam Morphology of Branched PLA Prepared by Novel Type of Chain Extender［J］. Macromolecu⁃lar Research， 2015， 23（3）： 231⁃236.
11	PILLA S， KRAMSCHUSTER A， YANG L， et al. Microcellular Injection⁃molding of Polylactide with Chain⁃extender［J］. Materials Science and Engineering： C， 2009， 29（4）： 1 258⁃1 265.
12	MIHAI M， HUNEAULT M A， FAVIS B D. Rheology and Extrusion Foaming of Chain‐branched Poly （lactic acid）［J］. Polymer Engineering & Science， 2010， 50（3）： 629⁃642.
13	JULIEN J， QUANTIN J C， BÉNÉZET J C， et al. Chemical Foaming Extrusion of Poly （lactic acid） with Chain⁃extenders： Physical and Morphological Characteri⁃zations［J］. European Polymer Journal， 2015， 67：40⁃49.
14	李金伟，何继敏，程丽，等. 扩链改性对聚乳酸注塑发泡成型的影响［J］. 中国塑料， 2016， 30（4）： 114⁃118.
	LI J W， HE J M， CHENG L， et al. The Influence of Chain Extenders on Foam Injection Molding of Poly （Lactic acid）［J］. China Plastics， 2016， 30（4）： 114⁃118.
15	YANG S L， WU Z H， YANG W， et al. Thermal and Mechanical Properties of Chemical Crosslinked Polylactide （PLA）［J］. Polymer Testing， 2008， 27（8）： 957⁃963.
16	徐志娟，林雪春，罗超云，等. 三官能环氧树脂在聚乳酸交联挤出发泡中的应用［J］. 中国塑料， 2018， 32（5）： 109⁃115.
	XU Z J， LIN X C， LUO C Y， et al. Applications of Trifunctional Epoxy Resin as Crosslinking Agent for PLA Extrusion Foaming［J］. China Plastics， 2018， 32（5）： 109⁃115.
17	金飞，林强，王迎雪，等. 交联结构聚乳酸生物降解材料的研究进展［J］. 机械工程材料， 2015， 39（7）： 11⁃16.
	JIN F， LIN Q， WANG Y X， et al. Research Progress of Crosslinked Polylactic Acid Biodegradable Materials［J］.Materials for Mechanical Engineering， 2015， 39（7）： 11⁃16.
18	蔡畅，胡圣飞，晏翎，等.聚乳酸挤出发泡特性研究［J］. 塑料工业， 2013， 41（9）： 68⁃71.
	CAI C， HU S F， YAN L， et al. Study on the Extrusion Foaming Properties of PLA［J］. China Plastics Industry， 2013， 41（9）： 68⁃71.
19	张婧婧，黄汉雄，黄耿群. 交联剂对聚乳酸流变性能及其发泡材料泡孔结构的影响［J］. 化工学报， 2015， 66（10）： 4 252⁃4 257.
	ZHANG J J， HUANG H X， HUANG G Q. Effects of Crosslinking Agent on Rheological Properties of Poly（lactic acid） and Cellular Structure of Its Microcellular Foams［J］. Ciesc Journal， 2015， 66（10）： 4 252⁃4 257.
20	ZHANG R， CAI C， LIU Q， et al. Enhancing the Melt Strength of Poly （lactic acid） Via Micro⁃crosslinking and Blending with Poly （butylene Adipate⁃co⁃butylene terephthalate） for the Preparation of Foams［J］. Journal of Polymers and the Environment， 2017， 25（4）： 1 335⁃1 341.
21	任杰，杨军，任天斌. 生物可降解材料聚乳酸结晶行为研究进展［J］. 高分子通报， 2006（12）： 51⁃56.
	REN J， YANG J， REN T B. Review of the Crystallization Behavior of Biodegradable PLA［J］. Polymer Bulletin， 2006（12）： 51⁃56.
22	李金伟，何继敏，王苏炜，等. 成核改性对聚乳酸注塑发泡成型的影响［J］. 塑料工业， 2016， 44（3）： 135⁃138.
	LI J W， HE J M， WANG S W， et al. Influence on Foam Injection Molding of PLA with Nucleating Agent［J］. China Plastics Industry， 2016， 44（3）： 135⁃138.
23	CHEN P， WANG W， WANG Y， et al. Crystallization⁃induced Microcellular Foaming of Poly （lactic acid） with High Volume Expansion Ratio［J］. Polymer Degradation and Stability， 2017， 144：231⁃240.
24	林梦霞，邹萍萍，张萍，等.PLA/NCC微孔泡沫材料发泡性能研究［J］. 工程塑料应用， 2013， 41（10）： 90⁃95.
	LIN M X， ZOU P P， ZHANG P， et al. Study on Foaming Properties of PLA／NCC Microcellular Foam Materials［J］. Engineering Plastics Application， 2013， 41（10）： 90⁃95.
25	KESHTKAR M， NOFAR M， PARK C B， et al. Extruded PLA/Clay Nanocomposite Foams Blown with Supercritical CO₂［J］. Polymer， 2014， 55（16）： 4 077⁃4 090.
26	梁丽金，钟旭飘，谢德明. PLA/HNTs纳米复合材料的制备、性能及其发泡行为［J］. 材料科学与工程学报， 2015， 33（5）： 743⁃747，758.
	LANG L J， ZHONG X P， XIE D M. Preparation and Properties of PLA/ HNTs Nanocomposites and Its Foaming［J］. Journal of Materials Science & Engineering， 2015， 33（5）： 743⁃747，758.
27	ZAFAR M T， KUMAR S， SINGLA R K， et al. Surface Treated Jute Fiber Induced Foam Microstructure Development in Poly （lactic acid）/Jute Fiber Biocomposites and Their Biodegradation Behavior［J］. Fibers and Polymers， 2018， 19（3）： 648⁃659.
28	DING W， JAHANI D， CHANG E， et al. Development of PLA/Cellulosic Fiber Composite Foams Using Injection Molding： Crystallization and Foaming Behaviors［J］. Composites Part A： Applied Science and Manufacturing， 2016， 83：130⁃139.
29	王瑜，张萍，高德，等. 植物纤维含量对聚乳酸/玉米秸秆纤维发泡材料（PFFM）性能的影响研究［J］. 化工新型材料， 2012， 40（6）： 79⁃81.
	WANG Y， ZHANG P， GAO D， et al. Effects of Fiber Content on the Properties of PLA/Corn Straw Fiber Composite Foamed Material［J］. New Chemical Materials， 2012， 40（6）： 79⁃81.
30	陈美玉，来侃，孙润军，等.大麻/聚乳酸复合发泡材料的力学性能［J］. 纺织学报， 2016， 37（1）： 28⁃34.
	CHEN M Y， LAI K， SUN R J， et al. Mechanical Properties of Hemp/Polylactic Acid Composite Foamed Material［J］. Journal of Textile Research， 2016， 37（1）： 28⁃34.
31	王友勇，李浩，宋永明，等.木粉对聚乳酸流变、结晶及发泡行为的影响［J］. 高分子材料科学与工程， 2017， 33（8）： 108⁃113.
	WANG Y Y， LI H， SONG Y M， et al. Effect of Wood Flour on the Rheology， Crystallization and Foaming Behavior of Polylactide［J］. Polymer Materials Science and Engineering， 2017， 33（8）： 108⁃113.
32	WANG J， CHAI J， WANG G， et al. Strong and Thermally Insulating Polylactic Acid/Glass Fiber Composite Foam Fabricated by Supercritical Carbon Dioxide Foaming［J］. International Journal of Biological Macromolecules， 2019， 138：144⁃155.
33	WANG G， ZHANG D， WAN G， et al. Glass Fiber Reinforced PLA Composite with Enhanced Mechanical Pro⁃perties， Thermal Behavior， and Foaming Ability［J］. Polymer， 2019， 181：121803.
34	ZHAO M， DING X， MI J， et al. Role of High⁃density Polyethylene in the Crystallization Behaviors， Rheological Property， and Supercritical CO₂ Foaming of Poly （lactic acid）［J］. Polymer Degradation and Stability， 2017， 146：277⁃286.
35	王杜鹃，张纯，王黎明，等. ABS高胶粉对发泡聚乳酸复合材料发泡质量及性能的影响［J］. 高分子材料科学与工程， 2018， 34（12）： 45⁃51.
	WANG D J， ZHANG C，WANG L M， et al. Effects of ABS High Glue Powder on Foamed Properties and Performance of Foamed Polylactic Acid Composites［J］. Polymer Materials Science and Engineering， 2018， 34（12）： 45⁃51.
36	陈鹏，王文博，王亚桥，等.聚乳酸与聚丁二酸丁二醇酯共混体系发泡行为的研究［J］. 中国塑料， 2017， 31（3）： 69⁃75.
	CHEN P， WANG W B，WANG Y Q， et al.Study on Forming Behavior of Poly （lactic acid） and Poly（butylene succinate） Blends［J］. China Plastics， 2017， 31（3）： 69⁃75.
37	张春梅，翟天亮，曹恩忠，等. 微孔发泡制备聚乳酸/天然橡胶多孔材料［J］. 塑料， 2018， 47（2）： 50⁃52.
	ZHANG C M，ZHAI T L，CAO E Z， et al. Microcellular Foaming of Polylactide/Natural Rubber Porous Material［J］. Plastics， 2018， 47（2）： 50⁃52.
38	孔颖，姚正军，周金堂，等. 聚乳酸/聚己内酯复合发泡材料的制备及性能表征［J］. 高分子材料科学与工程， 2015， 31（3）： 94⁃99.
	KONG Y， YAO Z J， ZHOU J T， et al. Preparation and Characterization of Polylactic Acid/Polycaprolactone Foamed Composites［J］. Polymer Materials Science and Engineering， 2015， 31（3）： 94⁃99.

[1]	YU Changyong, XIN Zhong. Effect of α/β complex nucleating agent based on hexahydrophthalate on properties of polypropylene [J]. China Plastics, 2022, 36(7): 121-128.
[2]	FENG Kai, LI Yongqing, MA Xiuqing, HAN Ying. Research progress and application in toughening modification of polyoxymethylene [J]. China Plastics, 2022, 36(7): 157-164.
[3]	TAN Liqin, LIU Weiqu, LIANG Liyan, WANG Shuo, FENG Zhiqiang, LIN Jiaming. Preparation and performance of epoxy resin modified with mercaptan polysiloxane [J]. China Plastics, 2022, 36(7): 21-29.
[4]	XU Jie, ZHONG Jinfu, TONG Xiaoqian, LI Guangfu, FU Dongliang, LI Chengcheng. Preparation and performance of carboxyl⁃terminated tannic acid/gallic acid⁃based epoxy composite [J]. China Plastics, 2022, 36(7): 44-50.
[5]	SHEN Xuemei, ZHU Xiaolong, HU Yanchao, SONG Renyuan, ZHANG Xianfeng, LI Xi. Fabrication and properties of poly（lactic acid））/ibuprofen microspheres through electrostatic spray method [J]. China Plastics, 2022, 36(7): 61-67.
[6]	LI Kaize, XIN Yong. Properties of thermoplastic polyurethane composites modified with carbon nanotubes [J]. China Plastics, 2022, 36(6): 1-5.
[7]	WU Xiongjie, ZHU Dongbo, SUN Jiangbo, GAO Longmei, CHU Yu, CHENG Jinsong, XIE Aidi. Study on application performance of polyethylene/CaSO₄ nanoparticle composite flexible packaging [J]. China Plastics, 2022, 36(6): 10-15.
[8]	LEI Yujie, CHEN Minghuan, WANG Jieyao, CHEN Wangzhi, LI Lei. Cross⁃linked foaming process and performance of recycled polyethylene [J]. China Plastics, 2022, 36(6): 124-129.
[9]	CHEN Ke, LIU Mingfei, ZHAO Biao, PAN Kai. Research progress in flame retardancy and ablation resistance of silicone⁃modified polymeric materials [J]. China Plastics, 2022, 36(6): 149-154.
[10]	SHAO Linying, XI Yuewei, WENG Yunxuan. Research progress in degradation characteristics of poly（lactic acid） composites [J]. China Plastics, 2022, 36(6): 155-164.
[11]	ZHANG Wencai, HAO Xiaogang, LI Ping, LIN Hao, PEI Qiang, FENG Gongji, FU Zhaohua, YU Xiaofang. Effect of maleic⁃anhydride⁃grafted polyethylene content on performance of recycled polyethylene⁃modified asphalt [J]. China Plastics, 2022, 36(6): 24-31.
[12]	ZHANG Yunfeng, ZHONG Wei, ZHANG Lu, LAN Zhixing, DONG Zhibo. Preparation and performance of liquid paraffin/polysulfone resin/nano⁃SiO₂composite phase change materials [J]. China Plastics, 2022, 36(6): 32-38.
[13]	WANG Shuai, ZHANG Yudi, YANG Fukai, XU Xinyu. Preparation and properties of polyimide/multi⁃walled carbon nanotubes composite foams [J]. China Plastics, 2022, 36(6): 39-45.
[14]	WANG Jinye, TANG Bohu, YANG Lining, XIE Meng, GUO Zechao, YANG Guang. Study on multi⁃jet⁃fusion forming process of PA12 parts [J]. China Plastics, 2022, 36(6): 81-86.
[15]	SUN Wenbo, XIN Chunling, HE Yadong, ZHAI Yujiao, YAN Baorui. Influence of micro⁃foaming injection molding process on cell structure of glass⁃fiber⁃reinforced PBT products [J]. China Plastics, 2022, 36(5): 1-7.