一種聚乳酸－澱粉發泡材料及其製備方法
2023-11-10 02:40:52
專利名稱：一種聚乳酸－澱粉發泡材料及其製備方法
技術領域：
本發明涉及發泡性材料領域，具體地說，涉及一種聚乳酸-澱粉發泡材料及其製備方法。
背景技術：
隨著社會的發展，人們使用的一次性的包裝、裝飾材料、餐具等一次性材料越來越多，早期開發的發泡性包裝材料都是基於石油化工產品，它們雖然價格低廉，但是降解性很差，造成所謂的白色汙染。為了消除白色汙染，人們在石油基高分子材料的基礎上開發了光降解的包裝材料。光降解材料在光的作用下，可以降解成細小的碎塊，消除視覺汙染，但是此碎塊要為微生物降解，仍然需要數十年甚至上百年，而且由光降解造成的難降解高分子碎塊汙染空氣、水體和土壤，嚴重影響了動植物的生長，直接和間接影響人類的健康，因此有必要開發完全生物降解的一次性使用材料。
為了取代不能降解的基於石油的合成高分子材料，人們採用生物方法和化學方法合成了一些完全生物降解的高分子材料，雖然這些材料在力學性質和耐環境性比基於石油的高分子材料有很大的差距，但是，用於可降解包裝材料還是很合適的，但是這些材料基本上都是在澱粉水解、發酵、聚合的基礎上合成，因而成本很高，目前其主要應用還是限於醫學和特殊應用場合。此外，合成高分子材料的熔融強度一般比較低，往往不能加工成市場需求旺盛的泡沫材料。
很多天然高分子材料有很好的生物降解性，價格非常低廉，可以採用一般合成高分子塑料的加工方法成型，但是水溶性大，材料耐熱性不足，難以滿足包裝材料對力學和防護性的要求。為了改進天然高分子材料的不足，人們嘗試對天然高分子進行化學改性，實踐表明，如果改性程度太小，改性對天然高分子的影響不大，但是如果改性程度大，雖然天然高分子的性能可以得到很大的改善，但是最終產品的成本也會大幅度增加，而且材料的生物降解性也會大幅度下降甚至消失。
基於前面的原因，人們致力於研究合成可降解材料與天然高分子共混，以期解決成本-綜合性能的問題，目前研究比較多的是採用澱粉與合成高分子複合。聚乳酸是一種綜合性能良好的可生物降解高分子，但其價格偏高，直接用作實體型的一次性用具成本較高，若能將其製成發泡製品，則可以降低成本，改善機械性能，但是其自身的發泡性很差。而且聚乳酸在高溫下耐水性較差，在以前的聚乳酸-澱粉複合發泡技術中，由於聚乳酸的降解，所得發泡材料發泡率低，機械性能差，沒有得到實質性的應用。
發明內容
本發明的目的在於克服現有聚乳酸-澱粉發泡材料存在的問題，提供一種聚乳酸-澱粉發泡材料的製備方法，以提高發泡材料的發泡率，製備具有良好的機械強度和耐水性的聚乳酸-澱粉發泡材料。
為了實現上述目的，本發明採用如下技術方案本發明的聚乳酸-澱粉發泡材料的製備方法，如下步驟先將聚乳酸和澱粉分別熔融後再混和，發泡。
在上述製備方法中，澱粉加入一定量的水後採用高壓裝置加熱糊化，最好採用螺杆擠出機擠壓糊化，糊化溫度和水分含量根據最終的膨化度和所選用的設備決定。所用的螺杆擠可以是單螺杆擠出機，也可以是雙螺杆擠出機，為了使澱粉更好地糊化，最好採用雙螺杆擠出機。擠山溫度範圍在90℃-180℃，最好在120℃-150℃之間。澱粉的水分含量在10％-30％之間，比較合適的範圍在12％-27％之間，最好在16％-25％之間。水分可以之間加入澱粉中，也可以通過計量泵或者其他加料裝置在澱粉加熱輸送過程中加入。
在上述製備方法中，聚乳酸先用一個裝置熔融，在聚乳酸完全熔融後，將其與澱粉糊化物在耐壓設備內混和，然後用公知的方法發泡膨化。聚乳酸可以用一般的加熱裝置加熱溶化，但較好的熔化聚乳酸的裝置是螺杆擠出機，可以同時完成溶化和輸送。
溶化後的聚乳酸和澱粉可以用一般的加壓混合裝置混合，比較好的方式是用螺杆擠出機混合，混合中最好同時有剪切和拉伸作用，混合的效率要高，速度要快，儘量較少聚乳酸和澱粉的接觸時間。
聚乳酸和澱粉混合後，可以直接擠出發泡，也可以引入其他發泡設備中進行發泡。
發泡劑可以採用化學發泡劑和/或物理髮泡劑，可以採用一種發泡劑也可以採用兩種或兩種以上的複合發泡劑。發泡劑可以事先加入聚乳酸中，也可以直接加入澱粉中，也可以直接用澱粉中的水分作發泡劑。
在上述製備方法中，聚乳酸5～97重量％，澱粉3～95重量％。
在上述製備方法中，所述聚乳酸為L-聚乳酸、D-聚乳酸、DL聚乳酸或其混合物或其複合物，或是乳酸與羥基酸、二元酸、二元醇的共聚物。
在上述製備方法中，所述澱粉包括玉米澱粉、木薯澱粉、小麥澱粉、紅薯澱粉等各種天然植物和轉基因植物來源的澱粉或者它們的混合物，和植物來源的澱粉的不同程度的分離產物如支鏈澱粉，直鏈澱粉和它們的混合物以及他們與植物澱粉的混合物，和前述澱粉的物理和化學變性產物和變性產物與直接來源於植物的澱粉的混和物。
與現有技術相比，本發明具有如下有益效果本發明的製備方法先將聚乳酸和澱粉分開熔融，再混合發泡，可以降低聚乳酸的降解，改進澱粉和聚乳酸的混和效果，提高聚乳酸-澱粉的發泡率，使得複合製品有良好的機械強度和耐水性。
具體實施例方式
實施例1L-聚乳酸2千克，採用同向轉動的雙螺杆擠出機在180℃-180℃-180℃-160℃-140℃溫度分布，螺杆長度700mm，轉速120rpm條件下，充分熔融並冷卻到140℃。2千克澱粉中加入20％的水分(以澱粉幹基計)在另外一個雙螺杆擠出機中在80℃-120℃-140℃-140℃溫度分布，螺杆長度700mm，轉速120rpm條件下，充分糊化後，於前述的熔融聚乳酸引入另一雙螺杆擠出機中，擠出機的各個溫度區控制在140℃，擠出機中設一高效混合元件，物料混合後，通過一個直徑為4mm的圓形模口，直接膨化，膨化物用旋轉刀片切割成長度50mm左右的長度，在60℃溫度烘乾後測定其膨化倍率，吸水性。
實施例2L-聚乳酸2千克，採用同向轉動的雙螺杆擠出機在180℃-180℃-180℃-160℃-140℃溫度分布，螺杆長度700mm，轉速120rpm條件下，充分熔融並適度冷卻到140℃。1千克澱粉中加入20％的水分(以澱粉幹基計)在另外一個類似的雙螺杆擠山機中在80℃-120℃-140℃-140℃溫度分布，螺杆長度700mm，轉速120rpm條件下，充分糊化後，於前述的熔融聚乳酸引入另一雙螺杆擠山機中，擠出機的各個溫度區控制在140℃，擠山機中設一高效混合元件，物料混合後，通過一個直徑為4mm的圓形模口，直接膨化，膨化物用旋轉刀片切割成長度50mm左右的長度，在60℃溫度烘乾後測定其膨化倍率，吸水性。
對比例1L-聚乳酸2千克，2千克澱粉中加入20％的水分(以澱粉幹基計)，採用同向轉動的雙螺杆擠山機在80℃-120℃-140℃-140℃-140℃溫度分布，螺杆長度900mm，擠出機中設一高效混合元件，轉速120rpm條件下，物料混合後，通過一個直徑為4mm的圓形模口，直接膨化，膨化物用旋轉刀片切割成長度50mm左右的長度，在60℃溫度烘乾後測定其膨化倍率，吸水性。
對比例2L-聚乳酸2千克，1千克澱粉中加入20％的水分(以澱粉幹基計)，採用同向轉動的雙螺杆擠山機在80℃-120℃-140℃-140℃-140℃溫度分布，螺杆長度900mm，擠出機中設一高效混合元件，轉速120rpm條件下，物料混合後，通過一個直徑為4mm的圓形模口，直接膨化，膨化物用旋轉刀片切割成長度50mm左右的長度，在60℃溫度烘乾後測定其膨化倍率，吸水性。
利用本發明的製備方法所得到的聚乳酸澱粉發泡材料與現有製備方法得到的聚乳酸-澱粉發泡材料相比，具有更高的發泡率和耐水性，見表1。
表1
權利要求
1.一種聚乳酸-澱粉發泡材料的製備方法，其特徵在於包括如下步驟先將聚乳酸和澱粉分別熔融後再混和，發泡。
2.如權利要求1所述的製備方法，其特徵在於所述聚乳酸或澱粉採用螺杆擠出機熔融。
3.如權利要求1或2所述的製備方法，其特徵在於所述澱粉還加入水，澱粉的含水量為10％-30％。
4.如權利要求2所述的製備方法，其特徵在於所述澱粉採用螺杆擠出機熔融的擠出溫度為90℃-180℃。
5.如權利要求3所述的製備方法，其特徵在於所述澱粉的含水量為12％-27％。
6.如權利要求4所述的製備方法，其特徵在於所述擠出溫度為120℃-150℃。
7.如權利要求1所述的製備方法，其特徵在於，聚乳酸5～97重量％，澱粉3～95重量％。
8.如權利要求1所述的聚乳酸-澱粉發泡材料，其特徵在於所述聚乳酸為L-聚乳酸、D-聚乳酸、DL聚乳酸或其混合物或其複合物，或是乳酸與羥基酸、二元酸、二元醇的共聚物。
9.權利要求1所述的聚乳酸-澱粉發泡材料，其特徵在於所述澱粉包括玉米澱粉、木薯澱粉、小麥澱粉或紅薯澱粉或其混合物。
10.利用權利要求1所述製備方法得到的聚乳酸-澱粉發泡材料。
全文摘要
本發明公開了一種聚乳酸－澱粉發泡材料及其製備方法，包括先將聚乳酸和澱粉分別熔融後，再混合發泡，形成耐水性、發泡率高的泡沫製品。本發明的製備方法可以降低聚乳酸的降解，改進澱粉和聚乳酸的混和效果，提高聚乳酸－澱粉的發泡率，使得複合製品有良好的機械強度和耐水性。
文檔編號C08L3/02GK1919926SQ20061012208
公開日2007年2月28日 申請日期2006年9月12日 優先權日2006年9月12日
發明者周家華 申請人:華南農業大學