CN111825968A - 一种聚乳酸发泡材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种聚乳酸发泡材料及其制备方法,包括组分:聚乳酸树脂100份;可发性含聚乳酸颗粒4~12份,交联剂0.5~4份;交联助剂0.1~1份;成核剂0.5~3份。本发明通过将发泡剂负载于无机粉体上,先制备得到可发性含聚乳酸颗粒;再通过挤出发泡制得聚乳酸发泡材料。本发明的聚乳酸发泡材料能够实现均匀成泡,形成直径小于10μm的闭孔微发泡结构,泡孔尺寸均匀,且具有良好的力学性能。
Description
技术领域
本发明属于可降解材料技术领域,具体涉及一种聚乳酸发泡材料及其制备方法。
背景技术
聚乳酸是目前物理机械性能最接近聚烯烃的可降解塑料,但由于其结晶速度慢、玻璃化转变温度高、密度大、价格昂贵在代替聚烯烃材料的应用方面仍存在较大不足。发泡是一种轻量化的有效手段,通过有效的泡孔结构控制,可以实现材料的增强增韧,同时能有效节约运输、装载等成本,可以大幅提高产品市场竞争力。但聚乳酸的熔体强度极低,简单发泡很难实现均匀成泡,制品的强度和力学性能均不能得到保证。
目前对于聚乳酸发泡,最常见的是采用物理发泡法,使用气体进行直接发泡,如氮、二氧化碳、氩、空气,也包括使用超临界气体;但是采用气体发泡对设备要求较高,在口模处需要增设气体入口,炮筒设计上需要防止气体泄漏,工艺成本高。也可使用低沸点有机物作为发泡剂,常见的如丙烷、异丁烷、正丁烷、环丁烷、异戊烷、正戊烷、环戊烷、异己烷等,使用低沸点发泡剂需要注意贮存时间,长时间贮存会影响发泡效率。在使用物理发泡的时候通常需要伴随交联、支化等化学反应的预处理。
化学发泡法通常是在挤出时,先对聚乳酸树脂进行改性,或在挤出时加入一定的交联剂、扩链剂或者支化剂等,以增加聚乳酸的粘度,同时加入成核剂促进聚乳酸结晶,结晶过程也是强化熔体稳定性的重要技术手段。但是直接加入化学发泡剂对发泡的均匀性、稳定性等难以控制,发泡剂在螺杆中的分解也受局部浓度的影响,可能出现分解不均的问题。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的不足,本发明的首要目的在于提供一种聚乳酸发泡材料,泡孔尺寸均匀,且具有良好的力学性能。
本发明的另一目的在于提供上述聚乳酸发泡材料的制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现的:
一种聚乳酸发泡材料,其特征在于,按重量份数计,包括以下组分:
聚乳酸树脂 100份;
可发性含聚乳酸颗粒 4~12份,
交联剂 0.5~4份;
交联助剂 0.1~1份;
成核剂 0.5~3份。
其中,所述的聚乳酸树脂的MVR在230℃、2.16kg下为4.7 mL/10min ~23.7 mL/10min;D-乳酸的含量为0.6%~5%。具体可选自NatureWorks的2003D、4032D、4042D、4043D、3251D、3052D或8051D等。
本发明所述的可发性含聚乳酸颗粒,按重量份数计,包括以下组分:
基体树脂 100份;
负载型发泡剂 8~15份;
活化剂 0.04~0.45份;
其中,所述的活化剂质量为负载型发泡剂质量的0.5%~3%。
所述的基体树脂为端羧基聚乳酸、脂肪族聚酯和苯乙烯共聚物弹性体按照质量比(40~70):(30~60):(0~5)混合;其中,所述的端羧基聚乳酸的玻璃化转变温度为60~65℃,熔点为170~180℃,重均分子量为360000~1020000;本发明选用端羧基聚乳酸,具有较好的可发性;且对发泡剂的包裹性好,在后加工过程中容易分散在聚乳酸树脂中。
所述的脂肪族聚酯选自聚丁二酸丁二醇酯、聚丁二酸丁二醇酯-共-己二酸丁二醇酯或聚丁二酸丁二醇酯-共-癸二酸丁二醇酯中的任意一种或几种;所述的苯乙烯共聚物弹性体选自苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯、苯乙烯-戊二烯-苯乙烯、苯乙烯-乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯、苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯或苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯中的任意一种或几种。
本发明所述的负载型发泡剂为无机粉体上负载热分解温度在160℃以上的发泡剂构成的功能化无机粉体;使用负载型发泡剂有助于控制发泡,可以减小泡孔尺寸,使泡孔尺寸均匀化。其中,无机粉体选用多孔或多层的无机粉体。所述的无机粉体的D50为0.8μm~5μm。无机粉体粒径太小容易发生团聚,且对发泡剂的负载量不足,无法达到要求的发泡效果;粒径过大则会影响聚乳酸的结晶成核和发泡成核。
所述的发泡剂选自偶氮二甲酰胺、偶氮二甲酸钡、对甲苯磺酰氨基脲、4,4’-氧代双(苯磺酰氨基脲)或三肼基三嗪中的任意一种或几种。其中,偶氮二甲酰胺具体可选用AC-2000、AC-1600、AC-1601、AC-2001、AC-2002、AC-2300、AC-2300W或AC-4000等。
所述的负载型发泡剂的制备方法包括以下步骤:
(1)将发泡剂与溶剂混合,形成发泡剂溶液,混合温度为60~100℃;所述的溶剂为二甲基亚砜或二甲基甲酰胺中的至少一种;其中,发泡剂的质量与溶剂的体积比为(20~60)g:(300~500)mL;
(2)将无机粉体与步骤(1)得到的发泡剂溶液混合,过滤,得到负载型发泡剂,混合温度为60~100℃;其中,发泡剂与无机粉体的质量比为(0.2~2):1。
所述的活化剂选自氧化锌、硬脂酸锌、苯亚磺酸锌中的任意一种或几种。活化剂能够促进发泡剂分解,降低分解温度;用量过少会导致发泡剂的发泡效率低。
根据材料性能需求,所述的可发性含聚乳酸颗粒,按重量份数计,还包括滑润剂0.5~4份,增塑剂3~8份。
合适的润滑剂选自聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡或石蜡中的任意一种或几种;
合适的增塑剂选自乙酰基柠檬酸三丁酯、三乙酸甘油酯或聚乙二醇中的任意一种或几种。
所述的可发性含聚乳酸颗粒的制备方法包括以下步骤:先将各组分进行预烘干;按照配比,在高速搅拌下进行混合,加入双螺杆挤出机进行挤出造粒,得到可发性含聚乳酸塑料颗粒;其中,搅拌转速为500~800转/分钟;双螺杆挤出机的长径比不大于48,挤出温度为110~135℃。
本发明所述的交联剂的热分解温度为180℃~200℃;具体选自双叔丁基过氧化二异丙基苯BIBP、2,5-二叔丁基过氧化-2,5-二甲基己烷、二叔丁基过氧化物DTBP、叔丁基过氧化氢TBHP中的任意一种;
所述的交联助剂为三甲代烯丙基异氰酸酯TMAIC;
所述的成核剂为TMC-300或TMC-308;
根据材料性能需求,本发明的聚乳酸发泡材料,按重量份数计,还包括防老剂1~3份。所述的防老剂选自抗氧剂或光稳定剂中的任意一种或几种; 其中,抗氧剂包括主抗氧剂或辅助抗氧剂;
主抗氧剂选自抗氧剂1010、抗氧剂1076或抗氧剂T501中的任意一种或几种;辅助抗氧剂选自硫代二丙酸双月桂酯DLTP、硫代二丙酸双十八酯DSTDP或抗氧剂168中的任意一种或几种;
光稳定剂选自苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-2,2,6,6-四甲基哌啶醇酯共聚物PDS、双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯UV770、2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮UV-531、2-(2’-羟基-3’,5’,-二叔丁基)-5氯代苯并***UV-327和双(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基膦酸单乙酯)镍GW2002中的一种或几种。
本发明还提供了上述聚乳酸发泡材料的制备方法,包括以下步骤:
(1)先将聚乳酸树脂和可发性含聚乳酸颗粒在80~100℃下干燥12~24小时;再将其与其他组分搅拌混合,得到混合物料;搅拌温度为80~120℃;搅拌转速为800~1000r/min;混合时间为10~30min;
(2)将步骤(1)的到的混合物料加入双螺杆挤出机挤出成型后,进行真空冷却定型,得到聚乳酸发泡材料;其中,双螺杆挤出机的螺杆长径比不低于36,挤出温度为140~175℃;所述真空冷却定型的真空度为0.05~0.1MPa,温度为5~30℃。
根据材料需求,可通过选用不同类型的挤出口模,如片材口模、管材口模、棒材口模、薄膜口模等制备不同类型的聚乳酸发泡材料。
与现有技术相比,本发明具有如下有益效果:
本发明通过将发泡剂负载于无机粉体上,先制备得到可发性含聚乳酸颗粒;再通过挤出发泡制得聚乳酸发泡材料。本发明的聚乳酸发泡材料能够实现均匀成泡,形成直径小于10μm的闭孔微发泡结构,泡孔尺寸均匀,且具有良好的力学性能。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明,但不以任何形式限制本发明。应当指出的是,对本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明实施例及对比例所用的原材料均来源于市购,但不限于这些材料:
基础树脂:端羧基聚乳酸,DG-DH500;
聚丁二酸丁二醇酯-共-癸二酸丁二醇酯,日本三菱GS GZ95;
聚丁二酸丁二醇酯,新疆蓝山屯河TH803S;
苯乙烯-乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯,可乐丽SEPTON™ HG252;
苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯:可乐丽SEPTON™ 4003;
发泡剂1:对甲苯磺酰氨基脲;
发泡剂2:偶氮二甲酰胺,AC-2000;
发泡剂3:4,4’-氧代双(苯磺酰氨基脲);
溶剂:二甲基甲酰胺;
无机粉体1:多孔二氧化硅,D50为3μm;
无机粉体2:多孔二氧化硅,D50为1μm;
无机粉体3:氧化铝分子筛,D50为1μm;
无机粉体4:蒙脱土,D50为5μm;
无机粉体5:多孔二氧化硅,D50为0.4μm;
无机粉体6:多孔二氧化硅,D50为7μm;
活化剂:苯亚磺酸锌;
润滑剂:石蜡;
增塑剂:三乙酸甘油酯;
聚乳酸树脂1:NatureWorks,2003D;
聚乳酸树脂2:NatureWorks,4043D;
聚乳酸树脂3:NatureWorks,8051D;
聚乳酸树脂4:NatureWorks,8052D;
交联剂1:双叔丁基过氧化二异丙基苯BIBP;
交联剂2:2,5-二叔丁基过氧化-2,5-二甲基己烷;
交联剂3:二叔丁基过氧化物DTBP;
交联剂4:叔丁基过氧化氢TBHP;
交联助剂:三甲代烯丙基异氰酸酯TMAIC;
成核剂1:TMC300
成核剂2:TMC308
主抗氧剂1:抗氧剂1010;
主抗氧剂2:抗氧剂1076;
主抗氧剂3:抗氧剂T501
辅助抗氧剂1:硫代二丙酸双月桂酯DLTP;
辅助抗氧剂2:硫代二丙酸双十八酯DSTDP;
辅助抗氧剂3:抗氧剂168;
光稳定剂1:双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯UV770;
光稳定剂2:2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮UV-531;
光稳定剂3:2-(2’-羟基-3’,5’,-二叔丁基)-5氯代苯并***UV-327;
光稳定剂4:双(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基膦酸单乙酯)镍GW2002;
各项性能测试方法:
结构观察:利用扫描电镜观察所得聚乳酸发泡材料的冲击断面;
发泡倍率:使用阿基米德法测得发泡材料的表观密度,根据表观密度和初始密度的比值计算发泡倍率;
拉伸强度:测试标准为GB/T 1040-1992,要求材料的拉伸强度≥38.5MPa;
无缺口冲击强度:测试标准为GB/T 1842-1996,要求材料的冲击强度≥8 kJ/m2;
密度:测试标准为GB/T1463-2005。
负载型发泡剂的制备:
(1)按照表1配比称取各组分;将发泡剂与溶剂混合,形成发泡剂溶液,混合温度为60~100℃;
(2)将无机粉体与步骤(1)得到的发泡剂溶液混合,过滤,得到负载型发泡剂,混合温度为60~100℃。
表1:负载型发泡剂的各组分用量配比
可发性含聚乳酸颗粒的制备:
将各组分进行预烘干;按照表2配比,在高速搅拌下进行混合,加入双螺杆挤出机进行挤出造粒,得到可发性含聚乳酸塑料颗粒;其中,搅拌转速为500~800转/分钟;双螺杆挤出机的长径比不大于48,6段加热温度分别为110、115、120、120、135和130℃,模头温度为130℃。
可发性含聚乳酸颗粒B4的制备方法:
与A1的区别在于,先将对甲苯磺酰氨基脲与多孔二氧化硅混合得到混合的发泡剂,其余步骤相同。
表2:可发性含聚乳酸颗粒各组分配比(按重量份数计)
实施例1:
(1)先将乳酸2003D和可发性含聚乳酸颗粒A1在100℃下真空干燥24小时;再将100份聚乳酸2003D、4份可发性含聚乳酸颗粒A1、0.5份交联剂BIBP、0.1份交联助剂TMAIC、0.5份成核剂TMC300、0.2份抗氧剂1010、0.4份抗氧剂DLTP、0.4份UV770在温度100℃、转速1000r/min的条件下混合20min,得到混合物料;
(2)将步骤(1)的到的混合物料加入双螺杆挤出机,选用片材口模进行挤出,挤出成型后,进行真空冷却定型,得到聚乳酸发泡板;其中,双螺杆挤出机的螺杆长径比为36,6段加热温度为140、150、165、170、175、175℃,口模温度为175℃;真空冷却定型的真空度为0.05MPa,温度为5℃。
制得的聚乳酸发泡板外观平整不翘曲,表层致密光滑。发泡倍率为8倍。利用扫描电镜观察聚乳酸发泡板的冲击断面,结果显示,具有“皮-芯-皮”结构,其中,未发泡皮层厚度约为5~10μm;发泡芯层厚度约为3.5mm,呈现出均匀分布有直径小于10μm的闭孔微泡的芯层结构;
对制得的聚乳酸发泡板进行物理机械性能测试,结果如下:拉伸强度为40.6MPa;无缺口冲击强度为8.4 kJ/m2;密度为0.854 g/cm3。
实施例2:
(1)先将聚乳酸4043D和可发性含聚乳酸颗粒A2在100℃下真空干燥24小时;再将100份聚乳酸4043D、12份可发性含聚乳酸颗粒A2、4份2,5-二叔丁基过氧化-2,5-二甲基己烷、1份交联助剂TMAIC、3份成核剂TMC308、0.4份抗氧剂1076、0.8份抗氧剂DSTP、0.8份UV531在温度80℃、转速800r/min的条件下混合10min,得到混合物料;
(2)将步骤(1)的到的混合物料加入双螺杆挤出机,选用管材口模进行挤出,挤出成型后,进行真空冷却定型,得到聚乳酸发泡管;其中,双螺杆挤出机的螺杆长径比为40,6段加热温度为140、150、165、170、175、175℃,口模温度为175℃;真空冷却定型的真空度为0.1MPa,温度为30℃。
制得的聚乳酸发泡管外观平整不翘曲,表层致密光滑。发泡倍率为15倍。利用扫描电镜观察聚乳酸发泡管的冲击断面,结果显示,具有“皮-芯-皮”结构,其中,未发泡皮层厚度约为4~8μm;发泡芯层厚度约为2mm,呈现出均匀分布有直径小于10μm的闭孔微泡的芯层结构。
对制得的聚乳酸发泡管进行物理机械性能测试,结果如下:拉伸强度为79.3MPa;密度为0.621 g/cm3。
实施例3:
(1)先将聚乳酸8051D和可发性含聚乳酸颗粒A3在100℃下真空干燥24小时;再将100份聚乳酸8051D、8份可发性含聚乳酸颗粒A3、2份交联剂DTBP、0.5份交联助剂TMAIC、2份成核剂TMC308、0.2份抗氧剂T501、0.4份抗氧剂168、0.2份UV327在温度100℃、转速1000r/min的条件下混合20min,得到混合物料;
(2)将步骤(1)的到的混合物料加入双螺杆挤出机,选用棒材口模进行挤出,挤出成型后,进行真空冷却定型,得到聚乳酸发泡棒;其中,双螺杆挤出机的螺杆长径比为44,6段加热温度为140、150、165、170、175、175℃,口模温度为175℃;真空冷却定型的真空度为0.05MPa,温度为5℃。
制得的聚乳酸发泡棒外观平整不翘曲,表层致密光滑。发泡倍率为12倍。利用扫描电镜观察聚乳酸发泡棒的冲击断面,结果显示,具有“皮-芯-皮”结构,其中,未发泡皮层厚度约为5~10μm;发泡芯层厚度约为8mm,呈现出均匀分布有直径小于10μm的闭孔微泡的芯层结构。
对制得的聚乳酸发泡棒进行物理机械性能测试,结果如下:拉伸强度为43.9MPa;密度为0.769 g/cm3。
实施例4:
(1)先将聚乳酸8052D和可发性含聚乳酸颗粒A4在100℃下真空干燥24小时;再将100份聚乳酸8052D、10份可发性含聚乳酸颗粒A4、2份交联剂TBHP、0.5份交联助剂TMAIC、2份成核剂TMC300、0.2份抗氧剂T501、0.4份抗氧剂168、0.2份GW2002在温度100℃、转速1000r/min的条件下混合20min,得到混合物料;
(2)将步骤(1)的到的混合物料加入双螺杆挤出机,选用薄膜口模进行挤出,挤出成型后,进行真空冷却定型,得到聚乳酸发泡薄膜;其中,双螺杆挤出机的螺杆长径比为40,6段加热温度为140、150、165、170、175、175℃,口模温度为175℃;真空冷却定型的真空度为0.05MPa,温度为5℃。
制得的聚乳酸发泡薄膜外观平整不翘曲,表层致密光滑。发泡倍率为10倍。利用扫描电镜观察聚乳酸发泡薄膜的冲击断面,结果显示,具有“皮-芯-皮”结构,其中,未发泡皮层厚度约为1~3μm;发泡芯层厚度约为0.2mm,呈现出均匀分布有直径小于10μm的闭孔微泡的芯层结构。
对制得的聚乳酸发泡薄膜进行物理机械性能测试,结果如下:拉伸强度为42.8MPa;密度为0.722 g/cm3。
实施例5:
(1)先将乳酸2003D和可发性含聚乳酸颗粒A5在100℃下真空干燥24小时;再将100份聚乳酸2003D、4份可发性含聚乳酸颗粒A5、0.5份交联剂BIBP、0.1份交联助剂TMAIC、0.5份成核剂TMC300、0.2份抗氧剂1010、0.4份抗氧剂DLTP、0.4份UV770在温度100℃、转速1000r/min的条件下混合20min,得到混合物料;
(2)将步骤(1)的到的混合物料加入双螺杆挤出机,选用片材口模进行挤出,挤出成型后,进行真空冷却定型,得到聚乳酸发泡板;其中,双螺杆挤出机的螺杆长径比为36,6段加热温度为140、150、165、170、175、175℃,口模温度为175℃;真空冷却定型的真空度为0.05MPa,温度为5℃。
制得的聚乳酸发泡板外观平整不翘曲,表层致密光滑。发泡倍率为12倍。利用扫描电镜观察聚乳酸发泡板的冲击断面,结果显示,具有“皮-芯-皮”结构,其中,未发泡皮层厚度约为5~10μm;发泡芯层厚度约为3.5 mm,呈现出均匀分布有直径小于6μm的闭孔微泡的芯层结构。
对制得的聚乳酸发泡板进行物理机械性能测试,结果如下:拉伸强度为41.7MPa;无缺口冲击强度为8.6 kJ/m2;密度为0.764 g/cm3。
实施例6:
(1)先将乳酸2003D和可发性含聚乳酸颗粒A6在100℃下真空干燥24小时;再将100份聚乳酸2003D、4份可发性含聚乳酸颗粒A6、0.5份交联剂BIBP、0.1份交联助剂TMAIC、0.5份成核剂TMC300、0.2份抗氧剂1010、0.4份抗氧剂DLTP、0.4份UV770在温度100℃、转速1000r/min的条件下混合20min,得到混合物料;
(2)将步骤(1)的到的混合物料加入双螺杆挤出机,选用片材口模进行挤出,挤出成型后,进行真空冷却定型,得到聚乳酸发泡板;其中,双螺杆挤出机的螺杆长径比为36,6段加热温度为140、150、165、170、175、175℃,口模温度为175℃;真空冷却定型的真空度为0.05MPa,温度为5℃。
制得的聚乳酸发泡板外观平整不翘曲,表层致密光滑。发泡倍率为15倍。利用扫描电镜观察聚乳酸发泡板的冲击断面,结果显示,具有“皮-芯-皮”结构,其中,未发泡皮层厚度约为3~6μm;发泡芯层厚度约为3.5 mm,呈现出均匀分布有直径小于8μm的闭孔微泡的芯层结构。
对制得的聚乳酸发泡板进行物理机械性能测试,结果如下:拉伸强度为38.9MPa;无缺口冲击强度为10.4 kJ/m2;密度为0.684 g/cm3。
实施例7:
(1)先将乳酸2003D和可发性含聚乳酸颗粒A7在100℃下真空干燥24小时;再将100份聚乳酸2003D、4份可发性含聚乳酸颗粒A7、0.5份交联剂BIBP、0.1份交联助剂TMAIC、0.5份成核剂TMC300、0.2份抗氧剂1010、0.4份抗氧剂DLTP、0.4份UV770在温度100℃、转速1000r/min的条件下混合20min,得到混合物料;
(2)将步骤(1)的到的混合物料加入双螺杆挤出机,选用片材口模进行挤出,挤出成型后,进行真空冷却定型,得到聚乳酸发泡板;其中,双螺杆挤出机的螺杆长径比为36,6段加热温度为140、150、165、170、175、175℃,口模温度为175℃;真空冷却定型的真空度为0.05MPa,温度为5℃。
制得的聚乳酸发泡板外观平整不翘曲,表层致密光滑。发泡倍率为10倍。利用扫描电镜观察聚乳酸发泡板的冲击断面,结果显示,具有“皮-芯-皮”结构,其中,未发泡皮层厚度约为4~8μm;发泡芯层厚度约为3.5 mm,呈现出均匀分布有直径小于8μm的闭孔微泡的芯层结构。
对制得的聚乳酸发泡板进行物理机械性能测试,结果如下:拉伸强度为41.6MPa;无缺口冲击强度为9.5 kJ/m2;密度为0.754 g/cm3。
实施例8:
(1)先将乳酸2003D和可发性含聚乳酸颗粒A8在100℃下真空干燥24小时;再将100份聚乳酸2003D、4份可发性含聚乳酸颗粒A8、0.5份交联剂BIBP、0.1份交联助剂TMAIC、0.5份成核剂TMC300、0.2份抗氧剂1010、0.4份抗氧剂DLTP、0.4份UV770在温度100℃、转速1000r/min的条件下混合20min,得到混合物料;
(2)将步骤(1)的到的混合物料加入双螺杆挤出机,选用片材口模进行挤出,挤出成型后,进行真空冷却定型,得到聚乳酸发泡板;其中,双螺杆挤出机的螺杆长径比为36,6段加热温度为140、150、165、170、175、175℃,口模温度为175℃;真空冷却定型的真空度为0.05MPa,温度为5℃。
制得的聚乳酸发泡板外观平整不翘曲,表层致密光滑。发泡倍率为10倍。利用扫描电镜观察聚乳酸发泡板的冲击断面,结果显示,具有“皮-芯-皮”结构,其中,未发泡皮层厚度约为5~10μm;发泡芯层厚度约为3.5 mm,呈现出均匀分布有直径小于6μm的闭孔微泡的芯层结构。
对制得的聚乳酸发泡板进行物理机械性能测试,结果如下:拉伸强度为42.6MPa;无缺口冲击强度为8.1 kJ/m2;密度为0.924 g/cm3。
对比例1:
(1)先将乳酸2003D和可发性含聚乳酸颗粒B1在100℃下真空干燥24小时;再将100份聚乳酸2003D、4份可发性含聚乳酸颗粒B1、0.5份交联剂BIBP、0.1份交联助剂TMAIC、0.5份成核剂TMC300、0.2份抗氧剂1010、0.4份抗氧剂DLTP、0.4份UV770在温度100℃、转速1000r/min的条件下混合20min,得到混合物料;
(2)将步骤(1)的到的混合物料加入双螺杆挤出机,选用片材口模进行挤出,挤出成型后,进行真空冷却定型,得到聚乳酸发泡板;其中,双螺杆挤出机的螺杆长径比为36,6段加热温度为140、150、165、170、175、175℃,口模温度为175℃;真空冷却定型的真空度为0.05MPa,温度为5℃。
制得的聚乳酸发泡板外观平整不翘曲,表层致密光滑。发泡倍率为3倍。利用扫描电镜观察聚乳酸发泡板的冲击断面,结果显示,具有“皮-芯-皮”结构,其中,未发泡皮层厚度约为30~50μm;发泡芯层厚度约为3.5 mm,呈现出分布有直径小于5μm的闭孔微泡的芯层结构。
对制得的聚乳酸发泡板进行物理机械性能测试,结果如下:拉伸强度为45.7MPa;无缺口冲击强度为4.8 kJ/m2;密度为0.954 g/cm3。
对比例2:
(1)先将乳酸2003D和可发性含聚乳酸颗粒B2在100℃下真空干燥24小时;再将100份聚乳酸2003D、4份可发性含聚乳酸颗粒B2、0.5份交联剂BIBP、0.1份交联助剂TMAIC、0.5份成核剂TMC300、0.2份抗氧剂1010、0.4份抗氧剂DLTP、0.4份UV770在温度100℃、转速1000r/min的条件下混合20min,得到混合物料;
(2)将步骤(1)的到的混合物料加入双螺杆挤出机,选用片材口模进行挤出,挤出成型后,进行真空冷却定型,得到聚乳酸发泡板;其中,双螺杆挤出机的螺杆长径比为36,6段加热温度为140、150、165、170、175、175℃,口模温度为175℃;真空冷却定型的真空度为0.05MPa,温度为5℃。
制得的聚乳酸发泡板外观平整不翘曲,表层致密光滑。发泡倍率为5倍。利用扫描电镜观察聚乳酸发泡板的冲击断面,结果显示,具有“皮-芯-皮”结构,其中,未发泡皮层厚度约为8~12μm;发泡芯层厚度约为3.5 mm,呈现出分布有直径小于15μm的闭孔微泡的芯层结构。
对制得的聚乳酸发泡板进行物理机械性能测试,结果如下:拉伸强度为36.6MPa;无缺口冲击强度为7.4 kJ/m2;密度为0.984 g/cm3。
对比例3:
(1)先将乳酸2003D和可发性含聚乳酸颗粒B3在100℃下真空干燥24小时;再将100份聚乳酸2003D、4份可发性含聚乳酸颗粒B3、0.5份交联剂BIBP、0.1份交联助剂TMAIC、0.5份成核剂TMC300、0.2份抗氧剂1010、0.4份抗氧剂DLTP、0.4份UV770在温度100℃、转速1000r/min的条件下混合20min,得到混合物料;
(2)将步骤(1)的到的混合物料加入双螺杆挤出机,选用片材口模进行挤出,挤出成型后,进行真空冷却定型,得到聚乳酸发泡板;其中,双螺杆挤出机的螺杆长径比为36,6段加热温度为140、150、165、170、175、175℃,口模温度为175℃;真空冷却定型的真空度为0.05MPa,温度为5℃。
制得的聚乳酸发泡板外观平整不翘曲,表层致密光滑。发泡倍率为6倍。利用扫描电镜观察聚乳酸发泡板的冲击断面,结果显示,具有“皮-芯-皮”结构,其中,未发泡皮层厚度约为5~10μm;发泡芯层厚度约为3.5 mm,呈现出分布有直径小于18μm的闭孔微泡的芯层结构。
对制得的聚乳酸发泡板进行物理机械性能测试,结果如下:拉伸强度为37.6MPa;无缺口冲击强度为6.9 kJ/m2;密度为0.874 g/cm3。
对比例4:
(1)先将乳酸2003D和可发性含聚乳酸颗粒B4在100℃下真空干燥24小时;再将100份聚乳酸2003D、4份可发性含聚乳酸颗粒B4、0.5份交联剂BIBP、0.1份交联助剂TMAIC、0.5份成核剂TMC300、0.2份抗氧剂1010、0.4份抗氧剂DLTP、0.4份UV770在温度100℃、转速1000r/min的条件下混合20min,得到混合物料;
(2)将步骤(1)的到的混合物料加入双螺杆挤出机,选用片材口模进行挤出,挤出成型后,进行真空冷却定型,得到聚乳酸发泡板;其中,双螺杆挤出机的螺杆长径比为36,6段加热温度为140、150、165、170、175、175℃,口模温度为175℃;真空冷却定型的真空度为0.05MPa,温度为5℃。
制得的聚乳酸发泡板外观平整不翘曲,表层致密光滑。发泡倍率为3倍。利用扫描电镜观察聚乳酸发泡板的冲击断面,结果显示,具有“皮-芯-皮”结构,其中,未发泡皮层厚度约为5~10μm;发泡芯层厚度约为3.5 mm,呈现出分布有直径小于6μm的闭孔微泡的芯层结构。
对制得的聚乳酸发泡板进行物理机械性能测试,结果如下:拉伸强度为36.6MPa;无缺口冲击强度为3.5kJ/m2;密度为0.964 g/cm3。
Claims (10)
1.一种聚乳酸发泡材料,其特征在于,按重量份数计,包括以下组分:
聚乳酸树脂 100份;
可发性含聚乳酸颗粒 4~12份;
交联剂 0.5~4份;
交联助剂 0.1~1份;
成核剂 0.5~3份。
2.根据权利要求1所述的聚乳酸发泡材料,其特征在于,所述的聚乳酸树脂的MVR在230℃、2.16kg下为4.7 mL/10min ~23.7 mL/10min;D-乳酸的含量为0.6%~5%。
3.根据权利要求1所述的聚乳酸发泡材料,其特征在于,所述的可发性含聚乳酸颗粒,按重量份数计,包括以下组分:
基体树脂 100份;
负载型发泡剂 8~15份;
活化剂 0.04~0.45份;
其中,所述的活化剂质量为负载型发泡剂质量的0.5%~3%。
4.根据权利要求3所述的聚乳酸发泡材料,其特征在于,所述的基础树脂为端羧基聚乳酸、脂肪族聚酯和苯乙烯共聚物弹性体按照质量比(40~70):(30~60):(0~5)混合;其中,所述的端羧基聚乳酸的玻璃化转变温度为60~65℃,熔点为170~180℃,重均分子量为360000~1020000;所述的脂肪族聚酯选自聚丁二酸丁二醇酯、聚丁二酸丁二醇酯-共-己二酸丁二醇酯或聚丁二酸丁二醇酯-共-癸二酸丁二醇酯中的任意一种或几种;所述的苯乙烯共聚物弹性体选自苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯、苯乙烯-戊二烯-苯乙烯、苯乙烯-乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯、苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯或苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯中的任意一种或几种。
5.根据权利要求3所述的聚乳酸发泡材料,其特征在于,所述的负载型发泡剂为无机粉体上负载热分解温度在160℃以上的发泡剂构成的功能化无机粉体;所述的无机粉体的D50为0.8μm ~5μm;所述的无机粉体选自磷酸锆、蒙脱土、滑石粉、多孔二氧化硅、沸石或氧化铝分子筛中的任意一种;所述的发泡剂选自偶氮二甲酰胺、偶氮二甲酸钡、对甲苯磺酰氨基脲、4,4’-氧代双(苯磺酰氨基脲)或三肼基三嗪中的任意一种。
6.根据权利要求5所述的聚乳酸发泡材料,其特征在于,所述的负载型发泡剂的制备方法包括以下步骤:
(1)将发泡剂与溶剂混合,形成发泡剂溶液,混合温度为60~100℃;所述的溶剂为二甲基亚砜或二甲基甲酰胺中的至少一种;其中,发泡剂的质量与溶剂的体积比为(20~60)g:(300~500)mL;
(2)将无机粉体与步骤(1)得到的发泡剂溶液混合,过滤,得到负载型发泡剂,混合温度为60~100℃;其中,发泡剂与无机粉体的质量比为(0.2~2):1。
7.根据权利要求3所述的聚乳酸发泡材料,其特征在于,所述的活化剂选自氧化锌、硬脂酸锌、苯亚磺酸锌中的任意一种或几种。
8.根据权利要求3~7任一项所述的聚乳酸发泡材料,其特征在于,所述的可发性含聚乳酸颗粒的制备方法包括以下步骤:先将各组分进行预烘干;按照配比,在高速搅拌下进行混合,加入双螺杆挤出机进行挤出造粒,得到可发性含聚乳酸塑料颗粒;其中,搅拌转速为500~800转/分钟;双螺杆挤出机的长径比不大于48,挤出温度为110~135℃。
9.根据权利要求1所述的聚乳酸发泡材料,其特征在于,所述的交联剂的热分解温度为180℃~200℃;所述的交联剂选自双叔丁基过氧化二异丙基苯BIBP、2,5-二叔丁基过氧化-2,5-二甲基己烷、二叔丁基过氧化物DTBP、叔丁基过氧化氢TBHP中的任意一种;所述的交联助剂为三甲代烯丙基异氰酸酯TMAIC;所述的成核剂为TMC-300或TMC-308。
10.根据权利要求1~9任一项所述的聚乳酸发泡材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)先将聚乳酸树脂和可发性含聚乳酸颗粒在80~100℃下干燥12~24小时;再将其与其他组分搅拌混合,得到混合物料;搅拌温度为80~120℃;搅拌转速为800~1000r/min;混合时间为10~30min;
(2)将步骤(1)的到的混合物料加入双螺杆挤出机挤出成型后,进行真空冷却定型,得到聚乳酸发泡材料;其中,双螺杆挤出机的螺杆长径比不低于36,挤出温度为140~175℃;所述真空冷却定型的真空度为0.05~0.1MPa,温度为5~30℃。
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114479147A (zh) * | 2021-02-24 | 2022-05-13 | 陈雅婷 | 一种可降解塑料复合薄膜 |
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CN111825968B (zh) | 2023-05-23 |
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