Depressurization-Induced Nucleation in the “Polylactide-Carbon Dioxide” System: Self-Similarity of the Bubble Embryos Expansion

Abstract

Self-similar expansion of bubble embryos in a plasticized polymer under quasi-isothermal depressurization is examined using the experimental data on expansion rates of embryos in the CO2-plasticized d,l-polylactide and modeling the results. The CO2 initial pressure varied from 5 to 14 MPa, and the depressurization rate was 5 × 10−3 MPa/s. The constant temperature in experiments was in a range from 310 to 338 K. The initial rate of embryos expansion varied from ≈0.1 to ≈10 µm/s, with a decrease in the current external pressure. While modeling, a non-linear behavior of CO2 isotherms near the critical point was taken into account. The modeled data agree satisfactorily with the experimental results. The effect of a remarkable increase in the expansion rate at a decreasing external pressure is interpreted in terms of competing effects, including a decrease in the internal pressure, an increase in the polymer viscosity, and an increase in the embryo radius at the time of embryo formation. The vanishing probability of finding the steadily expanding embryos for external pressures around the CO2 critical pressure is interpreted in terms of a joint influence of the quasi-adiabatic cooling and high compressibility of CO2 in the embryos.

Оптическая Диффузионная Диагностика Эволюционирующих Полимерных Пен

“…Вспенивание полилактида марки PURASORB DL 04 (производитель Corbion Purac, Нидерланды, # 26680-10-4) производилось в многооконном сверхкритическом реакторе из нержавеющей стали в соответствии с методикой, описанной ранее в [20]. Лазерное зондирование эволюционирующей пены (рис.…”

“…Отметим, что при СКФ вспенивании полимеров на стадии интенсивного расширения формируемой пены в процессе сброса давления имеет место значительное увеличение объема формируемой пены V f по отношению к исходному объему пластифицированного полимера V p ; фактор расширения пены = V f /V p может достигать 8−10 и более [20]. Используя приближенную оценку для объема пены V l ≈ N b π D 3 /6 (здесь N b -число газовых пузырей в расширяющейся пене; можно предположить, что N b в процессе интенсивного расширения изменяется незначительно) и учитывая, что f ≈ V p /V f , можно сделать вывод, что при интенсивном расширении в процессе формирования пены l * ∝ ( ) 5 6 (т. е. транспортная длина распространения зондирующего излучения в эволюционирующей пене в рамках используемых допущений возрастает приблизительно пропорционально фактору расширения пены).…”

Optical diffusion diagnostics of evolving polymer foams

“…Foaming of polylactide PURASORB DL 04 (Corbion Purac, Netherlands, # 26680-10-4) was carried out in a multiwindow supercritical stainless steel reactor in accordance with the procedure described earlier in Ref. [20]. Laser probing of the evolving foam (Fig.…”

“…Note that during SCF foaming of polymers at the stage of intensive expansion of the formed foam in the process of pressure relief, there is a significant increase in the volume of the formed foam V f with respect to the initial volume of the plasticized polymer V p ; foam expansion factor = V f /V p can reach 8−10 or more [20]. Using an approximate estimate for the foam volume…”