Vật liệu phân hủy sinh học (như polylactate PLA, polyhydroxyfate PHA) được sử dụng rộng rãi trong bao bì, phim nông nghiệp và các lĩnh vực khác do đặc tính bảo vệ môi trường. Việc sử dụng thực tế của nó thường phải chịu đựng những thách thức như thẩm thấu khí, biến dạng cơ học, và hành vi vỡ bong bóng trở thành chỉ số chính để đánh giá độ dẻo dai của vật liệu. Là một công cụ phát hiện lưu biến động, máy thổi bong bóng có thể tiết lộ cơ chế liên kết giữa cấu trúc vi mô của vật liệu và độ bền vĩ mô bằng cách mô phỏng quá trình tạo bong bóng và vỡ.

I. Nguyên tắc phát hiện máy thổi bọt và đặc tính vật liệu phân hủy sinh học

　　Máy thổi bong bóngCác bong bóng có thể kiểm soát được hình thành bên trong vật liệu thông qua khí, chẳng hạn như không khí hoặc nitơ, ghi lại các đường cong áp suất-khối lượng-thời gian (PVT) trong quá trình giãn nở, ổn định và vỡ bong bóng trong thời gian thực. Vật liệu phân hủy sinh học thường có mô đun đàn hồi cao với độ giãn dài gãy thấp và hành vi vỡ bong bóng của nó bị ảnh hưởng bởi:

Mật độ rối chuỗi phân tử: PLA và các chuỗi phân tử polymer bán tinh thể khác được sắp xếp chặt chẽ, độ bền kéo của thành bong bóng cao và năng lượng cần thiết để phá vỡ lớn;

Hàm lượng chất làm dẻo: thêm chất làm dẻo loại citrate có thể làm giảm nhiệt độ chuyển đổi thủy tinh hóa vật liệu và nâng cao độ dẻo của bong bóng;

Độ tinh thể: Các bức tường bong bóng ở các khu vực có độ tinh thể cao, chẳng hạn như dạng tinh thể alpha của PLA, cứng hơn, nhưng sự tập trung căng thẳng dễ gây ra dẫn đến vỡ sớm.

B5-05=giá trị thông số Kd, (cài 2)

Các thí nghiệm đã phát hiện ra rằng hành vi vỡ bong bóng của vật liệu phân hủy sinh học có thể định lượng mối liên hệ của nó với độ dẻo dai bằng ba thông số cốt lõi:

Tỷ lệ giãn nở bong bóng lớn hơn (MBR): phản ánh độ dẻo tối đa của vật liệu dưới biến dạng kéo dài. Do cấu trúc chuỗi phân tử linh hoạt, MBR có thể đạt trên 4,5, cao hơn đáng kể so với PLA (khoảng 3,0);

Năng lượng vỡ (W): tức là giá trị tiêu hao năng lượng tại thời điểm bong bóng vỡ, được tính bằng tích phân đường cong PVT. Việc bổ sung một màng PLA được tăng cường nanocellulose cho thấy sự phá vỡ tăng khoảng 60%, cho thấy nó có khả năng hấp thụ năng lượng cao hơn bằng cách hy sinh một phần độ dẻo của nó;

Hình thức vỡ: Các quan sát camera tốc độ cao cho thấy bong bóng của các vật liệu có độ dẻo dai tuyệt vời, chẳng hạn như vật liệu composite dựa trên tinh bột, bị vỡ dần, tạo thành nhiều vết nứt vi mô; Trong khi đó, vật liệu dễ vỡ (PLA không biến đổi) biểu hiện như một vụ nổ tức thời, với đường dẫn mở rộng vết nứt ngắn và tập trung.

B5-03=giá trị thông số Ki, (cài 3)

Dựa trên dữ liệu phát hiện của nó, công thức vật liệu và quy trình chế biến có thể được tối ưu hóa nhắm mục tiêu:

1. Sửa đổi độ bền: Trộn PLA với chất đàn hồi (chẳng hạn như polyhexylactone PCL), có thể làm cho bong bóng vỡ có thể tăng 2~3 lần để đáp ứng nhu cầu chống rách của màng đất nông nghiệp;

2. Điều chỉnh độ tinh thể: giảm độ tinh thể PLA bằng cách xử lý ủ, MBR tăng 15%~20%, cải thiện tính linh hoạt của bộ phim đóng gói;

3. Kết hợp các thông số kỹ thuật: Trong quá trình thổi màng, tỷ lệ thổi phồng (đường kính bong bóng/đường kính miệng chết) cần được điều chỉnh động theo giá trị MBR của vật liệu, tránh căng quá mức dẫn đến khuyết tật vi mô.

　　Máy thổi bong bóngCung cấp một phương tiện phát hiện trực quan, hiệu quả cao để đánh giá độ dẻo dai của vật liệu phân hủy sinh học. Bằng cách định lượng các thông số chính của hành vi vỡ bong bóng, hướng sửa đổi vật liệu có thể được hướng dẫn chính xác và thúc đẩy ứng dụng quy mô của nó trong các tình huống đòi hỏi cao như bao bì thực phẩm, màng nông nghiệp phân hủy. Tương lai, kết hợp với các thuật toán học máy, hứa hẹn sẽ cho phép phân tích toàn bộ chuỗi từ hành vi vỡ bong bóng đến dự đoán tuổi thọ vật liệu.