一種聚乳酸發泡材料及其製備方法
2023-11-10 02:29:17
一種聚乳酸發泡材料及其製備方法
【專利摘要】本發明涉及聚乳酸發泡材料及其製備方法，屬於高分子材料加工領域。本發明以生物降解聚合物聚乳酸為基體材料，將聚乳酸(PLA)，聚烯烴類聚合物聚乙烯(PE)或聚丙烯(PP)，乙烯-丁烯-苯乙烯(SEBS)嵌段共聚物或馬來酸酐接枝的SEBS(SEBS-g-MAH)共混，利用螺杆擠出機共混造粒或擠出片材、條狀材料等，然後採用物理髮泡劑，利用連續擠出發泡、注射發泡或間歇釜壓發泡方法進行發泡或直接將上述材料的混合物在螺杆擠出機中連續擠出發泡，可製備片材、條狀、結構件、發泡珠粒等形式的發泡材料，具有質量輕、環保、良好的機械性能和耐熱性，可二次加工等優點，可用於包裝、結構件、緩衝、吸附材料等。
【專利說明】一種聚乳酸發泡材料及其製備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及聚合物發泡材料及其加工方法，屬於高分子材料加工領域。
【背景技術】
[0002]隨著高分子材料的迅速發展，人類面臨著環境汙染和資源短缺的嚴重問題。為了減少塑料對環境的汙染問題，一方面對廢舊塑料進行回收再利用，另一方面研究開發可自然降解的新材料。因此研究開發可降解的高分子材料成為20世紀70年代以來的重要課題，受到世界範圍內的關注。
[0003]聚乳酸(PLA)與一般的合成高分子材料不同，具有可生物降解性和植物來源性兩大特點，是一種新型的、對環境友好且性能優良的高分子材料，能夠在減少環境汙染、節省石油資源以及減輕地球溫室效應方面展開很多頗具意義的應用。同時，聚乳酸發泡材料具有取代石油基發泡塑料用作包裝和生活消費品的巨大潛力。
[0004]但是PLA是結晶型聚合物，熔體強度低，可加工的工藝窗口窄，加工過程不穩定(如熱降解、氧化、水解等)，易造成分子鏈斷裂，熔體強度進一步降低。針對以上PLA難於發泡的技術難點，國內外研究者進行了廣泛研究，採取多種措施來改善PLA的發泡性能。如加入納米粒子改善其發泡性能、採用擴鏈劑增大分子量、通過改變工藝條件的發泡等。這些方法在一定程度上改善了 PLA的發泡性能，但是大多還是處於實驗研究階段，其中的一些方法應用到連續擠出過程或注射過程，在泡孔結構的調控上還存在很大的難度。
[0005]中國專利CN101151310、CN101362833、CN101619158、CN101880404A 等公開了聚乳酸發泡材料組成或制 備方法。在CN101151310中涉及聚乳酸和聚乳酸與聚烯烴樹脂共混材料，通過加入異丁烯作為發泡劑得到發泡材料；CN101362833和CN101619158均採用在材料中加入成核劑、發泡劑、發泡助劑後再利用模壓發泡方法來製備發泡材料，是化學發泡方法；CN101880404A涉及一種聚乳酸發泡方法，將聚乳酸與聚己二酸對苯二甲酸丁二酯(PBAT)共混然後在超臨界CO2中飽和發泡的方法進行發泡，未涉及到連續擠出或注射發泡方法。
【發明內容】
[0006]本發明的目的在於針對聚乳酸發泡成型的難點和現有技術的一些不足，提供一種基於生物降解聚乳酸的發泡材料及其製備方法。本發明是通過以下技術方案實現的，發泡材料以生物降解聚合物聚乳酸為基體材料，包括質量百分含量在50% -90%聚乳酸(PLA)，質量百分含量在5% -30%聚烯烴類聚合物聚乙烯或聚丙烯，質量百分含量在5% -20%的乙烯-丁烯-苯乙烯(SEBS)嵌段共聚物或馬來酸酐接枝的SEBS (SEBS-g-MAH)，利用螺杆擠出機對上述材料進行共混造粒或擠出片材、條狀材料等，然後採用物理髮泡劑進行發泡，利用連續擠出發泡、注射發泡或間歇釜壓發泡方法進行發泡或直接將上述材料的混合物在螺杆擠出機中連續擠出發泡。本發明包括如下步驟:
[0007]第一步，將經過烘乾處理的質量百分含量為50~90%的聚乳酸(PLA)、質量百分含量為5-30%的聚烯烴類聚合物聚乙烯或聚丙烯、質量百分含量在5% -20%的乙烯-丁烯-苯乙烯(SEBS)嵌段共聚物或馬來酸酐接枝的SEBS(SEBS-g-MAH)，在螺杆擠出機中共混，擠出粒狀、片狀或細絲狀共混材料或將至少含有上述質量百分含量的材料在連續擠出發泡設備中直接連續擠出發泡，得到發泡材料；
[0008]第二步，將製備的共混粒料採用物理髮泡劑連續擠出發泡、注射發泡方法製備發泡材料或將粒狀、片狀、細絲狀共混材料利用間歇釜壓發泡方法進行發泡。
[0009]一種聚乳酸發泡材料，所述發泡材料是以生物降解聚合物聚乳酸為基體材料的共混發泡材料，共混發泡材料的聚合物基體包括質量百分含量在50% -90%聚乳酸(PLA)，質量百分含量在5% -30%聚烯烴類聚合物聚乙烯或聚丙烯，質量百分含量在5% -20%的乙烯-丁烯-苯乙烯(SEBS)嵌段共聚物或馬來酸酐接枝的SEBS (SEBS-g-MAH)，所述發泡材料採用物理髮泡劑進行發泡。
[0010]所述聚乳酸發發泡材料具有部分開孔或完全開孔的泡孔結構，材料密度在
0.1-0.8g/cm3 之間。
[0011]所述物理髮泡劑為戊烷、丁烷及超臨界狀態的C02、N2，超臨界CO2壓力在
7.38-30MPA 之間。
[0012]所述聚乳酸發發泡材料可為板材、片材、棒材、條狀、細絲、結構件、發泡珠粒形式。
[0013]所述聚乳酸發泡材料的製備方法，所述方法是以生物降解聚合物聚乳酸為基體的共混材料的發泡，包括如下步驟:`[0014]第一步，將經過烘乾處理的質量百分含量為50~90%的聚乳酸(PLA)、質量百分含量為5-30%的聚烯烴類聚合物聚乙烯或聚丙烯、質量百分含量在5% -20%的乙烯-丁烯-苯乙烯(SEBS)嵌段共聚物或馬來酸酐接枝的SEBS (SEBS-g-MAH)，在螺杆擠出機中共混，擠出粒狀、片狀或細絲狀共混材料或將至少含有上述質量百分含量的材料在連續擠出發泡設備中直接連續擠出發泡，得到發泡材料；
[0015]第二步，將製備的共混粒料採用物理髮泡劑連續擠出發泡、注射發泡方法製備發泡材料或將粒狀、片狀、細絲狀共混材料利用間歇釜壓發泡方法進行發泡。
[0016]所述聚乳酸發泡材料的製備方法中螺杆擠出機的溫度範圍為151°C _220°C，連續擠出發泡擠出機溫度範圍為151°C _220°C，間歇釜壓發泡溫度範圍為135°C _200°C。
[0017]所述聚乳酸發泡材料的製備方法得到的發泡材料具有部分開孔或完全開孔的泡孔結構，材料密度在0.1-0.8g/cm3之間。
[0018]所述聚乳酸發泡材料製備方法的物理髮泡劑為戊烷、丁烷及超臨界狀態的C02、N2，超臨界CO2壓力在7.38-30MPA之間。
[0019]所述聚乳酸發泡材料的製備方法可製備板材、片材、棒材、條狀、細絲、結構件、發泡珠粒形式的發泡材料。
[0020]其優點在於:
[0021](I)這種新型的共混發泡材料具有質量輕、環保、可二次加工、具有良好的機械性能和耐熱性等優點，可用於包裝、結構件、緩衝材料、吸附材料等。
[0022](2)根據材料比例和工藝條件便於調控發泡材料泡孔結構。
[0023](3)發泡材料除了包括三種基本的聚合物基體外，還可根據需要添加相應的助劑，如相容劑、成核劑、發泡助劑、填充劑、納米填料、阻燃劑、著色劑、抗氧劑、光、熱穩定劑及其他加工助劑和功能性填料或助劑等。
[0024](4)材料的成型方法多樣，可根據需要採用連續擠出發泡成型、注射發泡成型或間歇釜壓發泡等，所用發泡劑可以是超臨界CO2和超臨界N2,也可是低沸點液體如戊烷、丁烷等，所得發泡材料形式多樣，可以是片材、薄板材、棒材、條狀材料、細絲、結構件、或發泡珠粒等形式。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]圖1為採用間歇釜壓發泡方法所得發泡材料的切斷面圖；
[0026]圖2為發泡材料脆斷面的掃描電鏡圖。
【具體實施方式】
[0027]下面通過一實施例，對本技術發明的技術方案進一步具體的說明，但本發明並不限於此實施例。
[0028]具體實施例
[0029]將聚乳酸於烘箱內進行烘乾，溫度80°C，時間6-10小時，將質量百分含量為50-90%的聚乳酸(美國NatureWorks 4032D)和質量百分含量為5-30%的線性低密度聚乙烯(LLDPE中國石油化工股份有限公司齊魯分公司)與質量百分含量為5-20%的馬來酸酐接枝的苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS-g-MA, Kraton? FG-1901X,熔體流動速率22g/10min(230°C，5Kg)，馬來酸酐接枝率1.4-2.0wt % )，混合均勻，採用雙螺杆擠出機擠出直徑為2-5mm的條狀共混材料，將此條狀材料截成長度為5_15mm的短條，將此條狀材料用超臨界CO2間歇釜壓發泡方法進 行發泡，釜內溫度為140-170°C，採用的超臨界CO2壓力為8-25MPa，在此溫度和壓力條件下滲透30-120分鐘，然後快速釋放釜內壓力，得到以聚乳酸為基體的發泡材料，所得發泡材料密度在0.1-0.6g/cm3間，表面光滑，切斷面呈均勻的白色，如附圖1所示。泡孔尺寸及泡孔分布均勻，泡孔結構為開孔結構，如附圖2所示，放大倍數為50倍。
【權利要求】
1.一種聚乳酸發泡材料，所述發泡材料是以生物降解聚合物聚乳酸為基體材料的共混發泡材料，其特徵在於共混發泡材料的聚合物基體包括質量百分含量在50% -90%聚乳酸(PLA)，質量百分含量在5% -30%聚烯烴類聚合物聚乙烯或聚丙烯，質量百分含量在5%-20%的乙烯-丁烯-苯乙烯(SEBS)嵌段共聚物或馬來酸酐接枝的SEBS(SEBS-g-MAH)，所述發泡材料採用物理髮泡劑進行發泡。
2.根據權利要求1所述的聚乳酸發泡材料，其特徵在於發泡材料具有部分開孔或完全開孔的泡孔結構，材料密度在0.1-0.8g/cm3之間。
3.根據權利要求1所述的聚乳酸發泡材料，其特徵在於所述物理髮泡劑為戊烷、丁烷及超臨界狀態的C02、N2，超臨界CO2壓力在7.38-30MPA之間。
4.根據權利要求1所述的聚乳酸發泡材料,其特徵在於發泡材料可為板材、片材、棒材、條狀、細絲、結構件、發泡珠粒形式。
5.權利要求1所述聚乳酸發泡材料的製備方法，所述方法是以生物降解聚合物聚乳酸為基體的共混材料的發泡，其特徵在於包括如下步驟: 第一步，將經過烘乾處理的質量百分含量為50~90%的聚乳酸(PLA)、質量百分含量為5-30 %的聚烯烴類聚合物聚乙烯或聚丙烯、質量百分含量在5 % -20 %的乙烯-丁烯-苯乙烯(SEBS)嵌段共聚物或馬來酸酐接枝的SEBS(SEBS-g-MAH)，在螺杆擠出機中共混，擠出粒狀、片狀或細絲狀共混材料或將含有上述質量百分含量的材料在連續擠出發泡設備中直接連續擠出發泡，得到發泡材料； 第二步，將製備的共混粒料採用物理髮泡劑，利用連續擠出發泡、注射發泡方法製備發泡材料或將粒狀、片狀、細絲狀共混材料利用間歇釜壓發泡方法進行發泡。
6.根據權利要求5所述聚乳酸發泡材料的製備方法，其特徵在於所述螺杆擠出機的溫度範圍為151°C _220°C，連續擠出發泡擠出機溫度範圍為151°C _220°C，間歇釜壓發泡的溫度範圍為135°C-200°C .
7.根據權利要求5所述聚乳酸發泡材料的製備方法，其特徵在於所得發泡材料具有部分開孔或完全開孔的泡孔結構，材料密度在0.1-0.8g/cm3之間。
8.根據權利要求5所述聚乳酸發泡材料的製備方法，其特徵在於所述物理髮泡劑為戊烷、丁烷及超臨界狀態的C02、N2，超臨界CO2壓力在7.38-30MPA之間。
9.根據權利要求5所述聚乳酸發泡材料的製備方法，其特徵在於該方法可製備板材、片材、棒材、條狀、細絲、結構件、發泡珠粒形式的發泡材料。
【文檔編號】B29C44/50GK103819885SQ201210494699
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2012年11月19日 優先權日:2012年11月19日
【發明者】高長雲, 辛振祥, 冷秀江 申請人:青島科技大學