Динамическое рассеяние лазерного излучения полилактидными пенами в процессе синтеза методом сверкритического флюидного вспенивания: анализ подвижности межфазных границ
Authors: Д.А. Зимняков , М.В. Алонова 
Published: November 2024

Многократное рассеяние лазерного излучения на структуре формирующихся пористых матриц приводит к возникновению пространственно-временных флуктуаций интенсивности в поле рассеянного излучения (динамической спеклмодуляции). С использованием эффекта динамического рассеяния лазерного излучения в объеме эволюционирующих пен анализируется процесс формирования высоко-пористых полилактидных матриц в процессе их синтеза методом сверхкритического (СК) флюидного вспенивания в среде диоксида углерода. В качестве параметра, несущего информацию об усредненной по ансамблю подвижности рассеивающих центров (границ развивающихся пор), рассмотрено среднее время жизни динамических спеклов τlt, которые регистрируются с использованием быстродействующей КМОП-камеры. Разработана феноменологическая модель, устанавливающая взаимосвязь между текущими значениями τlt, макроскопическими параметрами пены (объема и скорости его изменения) и усредненной по ансамблю пор микроскопической подвижностью межфазных границ (первая производная от среднего размера пор по времени). Представлены результаты интерпретации экспериментальных данных с использованием разработанной модели о динамике расширения полилактидных пен при быстром (0,03 МПа/с) и медленном (0,006 МПа/с) сбросе давления СК-CO2 в реакторе. Установлено, что в случае быстрого сброса давления структурные перестройки в объеме пены продолжаются даже после достижения ею максимального значения фактора расширения. Дана качественная интерпретация этой особенности на основе представлений о термодинамической неравновесности пористых матриц в процессе их образования.

Multiple scattering of laser radiation on the structure of forming porous matrices results in spatiotemporal fluctuations of intensity in the scattered radiation field (dynamic speckle modulation). Using the effect of dynamic scattering of laser radiation in the volume of evolving foams, the process of formation of highly porous polylactide matrices during their synthesis by the supercritical (SC) fluid foaming method in a carbon dioxide medium is analyzed. The average lifetime of dynamic speckles, τlt, which are recorded using a high-speed CMOS camera, is considered as a parameter carrying information on the ensemble-averaged mobility of scattering centers (boundaries of developing pores). A phenomenological model has been developed that establishes the relationship between the current values of τlt, macroscopic parameters of the foam (volume and rate of its change) and the ensemble-averaged microscopic mobility of interphase boundaries (the first derivative of the average pore size over time). The experimental data interpretation using the developed model on the dynamics of polylactide foam expansion during rapid (0.03 MPa/s) and slow (0.006 MPa/s) pressure release of SC-CO2 in the reactor are presented. It is established that in the case of rapid pressure release, structural rearrangements in the foam volume continue even after it reaches the maximum value of the expansion factor. A qualitative interpretation of this feature is given based on the concepts of thermodynamic nonequilibrium of porous matrices during their formation.