来自西班牙的科学家们研究了在冷冻和解冻过程中阻止聚乳酸 (PLA) 老化的不同策略，以及随之而来的对材料性能的影响。他们的研究结果已发表在《 聚合物》杂志上的一篇新论文中。

印刷聚乳酸

聚乳酸 (PLA) 是一种聚合物材料，广泛用于增材制造，也称为 3D 打印。材料挤压工艺用于打印这种材料以生产定制的结构和设备。挤压过程分为三个主要部分，即熔化、挤压和冷却阶段。

在熔化过程中，PLA 被液化，从而消除了材料先前的热历史，尽管可能会发生热降解。在挤出过程中，PLA 细丝流过打印机的喷嘴并打印出所需的尺寸。然后这些挤出的长丝经历冷却，其中它们逐层固化以构建所需的产品。

冷却过程和印刷 PLA 的问题

在冷却过程中可能会出现严重问题，这会严重影响最终印刷产品的机械性能、质量和耐用性。这是由于在印刷材料内产生了不平衡的微观结构。无定形链中的聚合物链固定在非平衡位置。

与材料的稳定状态相比，该状态下聚合物链的位置具有较高的焓值。然后，由于聚合物链恢复到较低能量的构型，老化会导致过多的焓损失。

在印刷和冷却的 PLA 中观察到了几种老化机制，包括水解和光降解。物理老化（也称为自然老化）是由于材料的大分子变化而发生的。PLA 中的聚合物链在冷却过程后随着时间的推移缓慢地重新排列成更稳定的构型。

物理老化会影响材料的特性，例如屈服强度、玻璃化转变和焓弛豫。老化发生在低于材料的玻璃化转变温度的温度下，但当材料的温度接近其玻璃化转变温度时，它们发生得更快。PLA 的玻璃化转变温度在 50 至 63  o C之间。

由于其玻璃化转变温度与正常环境温度范围和室温相当接近，因此了解自然老化对印刷和冷却 PLA 的影响至关重要。此外，了解如何停止或减缓老化过程以确保印刷产品的质量和耐用性至关重要。

研究

作者试图了解导致身体衰老的机制，并研究冷冻 PLA 以阻止这一过程的潜力。在流行病等外部因素的情况下，冷冻和储存 PLA 有利于研究，否则会减慢研究的步伐，因此会看到医疗材料和设备因老化而浪费。

由于主要的老化机制之一是水解，作者评估了在抗老化过程中加入干燥剂的情况。虽然实验是在 50  o C 以下和干燥条件下进行的（从而消除了湿度对样品的影响），但作者表示，其目的是分析冷冻过程中湿度对材料特性的影响，这将有助于减轻或减少停止衰老。

在研究中评估了四种不同的冷冻和解冻方法，在不同的温度下进行冷冻或用干燥剂解冻。使用差示扫描量热法进行热分析。在样品在室温下解冻一小时后，使用万能试验机进行机械测试，以获得机械特性和断口数据。

研究结论

研究表明，PLA 老化可以通过将材料在 24  o C 以下冷冻长达 9 个月来停止。可以在不确定的时间段内继续此过程并获得相同的结果。

重要的是，在此温度下冷冻材料不会对材料造成损坏。此外，将材料存储在拉链袋中无需干燥剂，从而可以简化抗老化过程并降低成本。结果表明，无论添加或不添加干燥剂，PLA 的最终状态、行为和性能都没有可测量的差异。

总体而言，这项研究证明了一种简单、经济、高效的方法来储存 PLA，并通过停止物理老化过程来保持材料的机械性能，从而保持最终产品的质量。这将改善使用这种材料的领域，尤其是生物医学领域，该领域将 PLA 用于医疗假肢等应用。