CN104910596A - 一种聚乳酸微发泡材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种聚乳酸微发泡材料及其制备方法。针对聚乳酸应用成本较高，韧性差，分子支链数量少，加工不稳定，易造成分子链断裂，熔体粘度和熔体强度低，不利于发泡成型。本发明先通过熔融共混方法制备了过氧化二苯甲酰增粘改性聚乳酸/聚丁二酸丁二醇酯复合材料，采用模压成型制备试样，然后以超临界二氧化碳为发泡剂将试样溶胀，最后采用快速卸压得到聚乳酸微发泡材料。本发明的优势在于：低温发泡，高速卸压，发泡工艺简单，用时少，制备的聚乳酸微发泡材料，泡孔尺寸均匀，泡孔密度大，材料密度小。

Description

一种聚乳酸微发泡材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种聚乳酸微发泡材料及其制备方法。

背景技术

聚乳酸(PLA)拥有可生物降解和植物来源两大优势，且同其他普通石油基聚合物一样可进行各种成型加工，其发泡材料可应用在缓冲包装、绝热、农林园艺等许多领域，应用前景广阔，因此，研究PLA发泡材料具有很重要的意义。目前，在聚乳酸的发泡过程中仍存在较大的问题，PLA的分子支链数量少，熔体粘度和熔体强度低，熔体粘弹性差，而且单纯的PLA熔体对温度较敏感，熔体粘度随温度的升高而降低较快，所有这些因素均导致发泡时气泡壁膜强度不足，气泡易破裂，发泡成型困难，难以得到高倍率的发泡成型体。为提高聚合物的熔体强度，人们做了许多尝试，结果证明，获得改性支化结构是解决此问题的一种有效途径。长链支化结构对聚合物的物理性能存在显著的影响，甚至很小量的支化结构就会导致聚合物的熔体和溶液流变性特、热性能、力学性能以及生物降解性能的巨大变化。考虑到聚丁二酸丁二醇酯(PBS)具有良好的生物降解性、机械性能及耐热性，特别是良好的柔韧性；而过氧化二苯甲酰(BPO)热稳定性好，作为一种自由基引发剂，高温下可引发PLA与PBS自身或互相发生支化/交联反应，反应生成的支化/交联结构可对PLA分子链的运动造成较大的空间阻碍，从而提高复合材料的熔体粘度，另一方面改善PLA/PBS共混体系的相容性。在上述基础上制备改性PLA发泡材料。根据发泡剂分解产生气体的原理，可将发泡方法分为物理发泡法和化学发泡法。化学发泡法工艺复杂，生产的泡沫材料成本相对较高，然而，物理发泡法工艺简单，比如，超临界二氧化碳作为一种特殊的物理发泡剂，具有廉价、无毒、不燃、环境友好，比常温高压二氧化碳发泡所用时间少等优势。

发明内容

本发明中采用超临界二氧化碳发泡法制备了改性聚乳酸的发泡材料，将过氧化二苯甲酰增黏改性聚乳酸颗粒与发泡剂、泡孔成核剂混合均匀，然后发泡成型。通过改变溶胀温度、溶胀压力和溶胀时间来研究发泡材料的性能，可以得到具有较小表观密度、较大泡孔密度以及泡孔形态均匀的聚乳酸微发泡材料。

本发明的技术方案如下：

一种聚乳酸微发泡材料，所用原料按质量份数组成为：

一种聚乳酸微发泡材料的制备方法，采用上述的原料，其方法的步骤如下：

(1)、将聚乳酸、抗氧剂1010于80℃下真空干燥12h，并真空冷却，聚丁二酸丁二醇酯颗粒在普通鼓风干燥箱中60℃下干燥12h，按照上述的比例将聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯、过氧化二苯甲酰及抗氧剂1010在高速共混机中混合均匀，然后利用同向双螺杆挤出机挤出造粒，挤出机螺杆温度为120℃-190℃，螺杆转速为150-200rpm，将制得的改性聚乳酸颗粒于50℃下真空干燥12h；

(2)、将步骤(1)所得改性聚乳酸颗粒在平板硫化仪中模压成型，得到成型样品；

(3)、将步骤(2)所得样品至于超临界二氧化碳发泡釜体中进行溶胀，控制溶胀温度为70-110℃，溶胀压力15-35Mpa，溶胀时间80-150min，快速卸压，卸压速率在8MPa以上；自然冷却至常温即可得到所述的聚乳酸微发泡材料。

上述步骤(2)中模压成型温度为160-180℃。压力5-15MPa，保压时间5-10min。

本发明所达到的有益效果：

本发明低温发泡，高速卸压，发泡工艺简单，用时少，制备的聚乳酸微发泡材料，泡孔尺寸均匀，泡孔密度大，材料密度小。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例1

原料组分为：

将PLA、抗氧剂1010于80℃下真空干燥12h，并真空冷却，PBS颗粒在普通鼓风干燥箱中60℃下干燥12h。将PLA、PBS、BPO及抗氧剂1010在高速共混机中混合均匀。然后利用同向双螺杆挤出机挤出造粒，挤出机螺杆各段温度分别为：120℃、155℃、160℃、165℃、175℃、165℃、160℃，螺杆转速为160rpm。将制得的改性聚乳酸颗粒于50℃下真空干燥12h。将所得粒料在平板硫化仪中模压成型，得到成型样品，模压成型温度为160℃。压力5MPa，保压时间5min。所得样品至于超临界二氧化碳发泡釜体中进行溶胀，控制溶胀温度为70℃，溶胀压力15Mpa，溶胀时间80min，快速卸压，卸压速率为8MPa；自然冷却至常温即可得到所述的聚乳酸微发泡材料。

实施例2

原料组分为：

将PLA、抗氧剂1010于80℃下真空干燥12h，并真空冷却，PBS颗粒在普通鼓风干燥箱中60℃下干燥12h。将PLA、PBS、BPO及抗氧剂1010在高速共混机中混合均匀。然后利用同向双螺杆挤出机挤出造粒，挤出机螺杆各段温度分别为：125℃、160℃、165℃、170℃、180℃、170℃、165℃，螺杆转速为170rpm。将制得的改性聚乳酸颗粒于50℃下真空干燥12h。将所得粒料在平板硫化仪中模压成型，得到成型样品，所述模压成型温度为165℃。压力8MPa，保压时间6min。将所得样品至于超临界二氧化碳发泡釜体中进行溶胀，控制溶胀温度为80℃，溶胀压力20Mpa，溶胀时间100min，快速卸压，卸压速率为9MPa；自然冷却至常温即可得到所述的聚乳酸微发泡材料。

实施例3

原料组分为：

将PLA、抗氧剂1010于80℃下真空干燥12h，并真空冷却，PBS颗粒在普通鼓风干燥箱中60℃下干燥12h。将PLA、PBS、BPO及抗氧剂1010在高速共混机中混合均匀。然后利用同向双螺杆挤出机挤出造粒，挤出机螺杆各段温度分别为：120℃、165℃、170℃、175℃、185℃、175℃、170℃，螺杆转速为180rpm。将制得的改性聚乳酸颗粒于50℃下真空干燥12h。将所得粒料在平板硫化仪中模压成型，得到成型样品，所述模压成型温度为170℃。压力10MPa，保压时间7min。将所得样品至于超临界二氧化碳发泡釜体中进行溶胀，控制溶胀温度为90℃，溶胀压力25Mpa，溶胀时间120min，快速卸压，卸压速率为10MPa；自然冷却至常温即可得到所述的聚乳酸微发泡材料。

实施例4

原料组分为：

将PLA、抗氧剂1010于80℃下真空干燥12h，并真空冷却，PBS颗粒在普通鼓风干燥箱中60℃下干燥12h。将PLA、PBS、BPO及抗氧剂1010在高速共混机中混合均匀。然后利用同向双螺杆挤出机挤出造粒，挤出机螺杆各段温度分别为：125℃、170℃、175℃、180℃、185℃、180℃、175℃，螺杆转速为190rpm。将制得的改性聚乳酸颗粒于50℃下真空干燥12h。将所得粒料在平板硫化仪中模压成型，得到成型样品，所述模压成型温度为180℃。压力12MPa，保压时间8min。将所得样品至于超临界二氧化碳发泡釜体中进行溶胀，控制溶胀温度为100℃，溶胀压力30Mpa，溶胀时间140min，快速卸压，卸压速率为12MPa；自然冷却至常温即可得到所述的聚乳酸微发泡材料。

试验一

发泡制品的表观密度：泡沫塑料的密度及相对密度对泡沫塑料的制品的性能有着较大的影响，一方面希望能够通过降低泡沫塑料的密度来节约材料，另一方面，须保证其机械性能。测量发制品的密度可以通过浮力法测定。根据密度公式ρ＝m/V，欲测固体的密度，需要知道它的质量和体积。物体的质量可以直接测量，而不规则形状物体的体积就难直接测出，本实验借助于阿基米德原理来解决。将盛有蒸馏水的烧杯放于电子天平托盘上，并带有防止待测试样浮出水面或沉于杯底的金属支架。首先测出试样的实际质量m，将试样放入水中测出视重m'。则试样的密度可通过下面的公式求出：

测量三次，取平均值来减少误差。

试验二

泡孔密度：发泡制品的泡孔密度通常用单位体积(1立方厘米)内的泡孔数量来表示，通过将二维平面内的泡孔个数转换成三维立体空间内的泡孔密度，采用下面的公式来计算泡孔密度Nf：

$N_f=\left(\frac{{\mathrm{nM}}^2}{A}\right)\left(\frac{1}{{1-V}_f}\right)$

$V_f=1-\frac{{\mathrm{\ρ}}_f}{\mathrm{\ρ}}$

式中，A为SEM照片中所测量的面积；n为测量面积A中的泡孔个数；M为放大倍数；Vf为空隙率(泡孔所占体积)；ρ，ρf分别为未发泡塑料和泡沫塑料的密度。

溶胀时间(min)	表观密度(g/cm3)	泡孔密度(个/cm3)
			80	0.593	1.3×107

100	0.586	1.7×107
			120	0.572	2.3×107
140	0.578	2.1×107

试验三

冲击性能：冲击试验是在电子冲击试验机上进行，冲击方式是悬臂梁无缺口冲击。样品尺寸为80mm×10mm×4mm。

溶胀时间(min)	冲击强度(KJ/m2)
		0	53.5
80	47.5
		100	32.3
120	22.1
		140	14.9

通过对聚乳酸复合材料进行发泡试验发现：随着溶胀时间的增加，材料的表观密度呈现出先减小再增加的趋势，而泡孔密度则是先增大后减小，与未发泡的材料相比较，经发泡后的材料冲击强度降低，且溶胀时间越长，冲击强度越小。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种聚乳酸微发泡材料，其特征在于：所用原料按质量份数组成为：

2.一种聚乳酸微发泡材料的制备方法，其特征在于：采用权利要求1所述的原料，其方法的步骤如下：

(1)、将聚乳酸、抗氧剂1010于80℃下真空干燥12h，并真空冷却，聚丁二酸丁二醇酯颗粒在普通鼓风干燥箱中60℃下干燥12h，按照权利要求1所述的比例将聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯、过氧化二苯甲酰及抗氧剂1010在高速共混机中混合均匀，然后利用同向双螺杆挤出机挤出造粒，挤出机螺杆温度为120℃-190℃，螺杆转速为150-200rpm，将制得的改性聚乳酸颗粒于50℃下真空干燥12h；

(2)、将步骤(1)所得改性聚乳酸颗粒在平板硫化仪中模压成型，得到成型样品；

(3)、将步骤(2)所得样品至于超临界二氧化碳发泡釜体中进行溶胀，控制溶胀温度为70-110℃，溶胀压力15-35Mpa，溶胀时间80-150min，快速卸压，卸压速率在8MPa以上；自然冷却至常温即可得到所述的聚乳酸微发泡材料。

3.根据权利要求2所述一种聚乳酸微发泡材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中模压成型温度为160-180℃。压力5-15MPa，保压时间5-10min。