專利名稱：一種吸塑用聚乳酸泡沫塑料片材及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬工程塑料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種聚乳酸泡沫塑料特別是吸塑用聚乳酸泡沫塑料片材及其制備方法。
背景技術(shù)：
進入21世紀(jì)以來，保護地球環(huán)境，構(gòu)筑資源循環(huán)型社會，走可持續(xù)發(fā)展道路，已成為世界關(guān)注熱點和緊迫任務(wù)。生物降解塑料通過產(chǎn)品整個生命周期分析，已確認(rèn)為環(huán)境低負(fù)荷材料。另外，相當(dāng)一部份生物降解塑料的主要原料是來自可年年再生的農(nóng)業(yè)資源，作為有限的、日漸減少、日趨枯竭的不可再生的石油資源的補充替代，也已成為全球矚目的發(fā)展趨勢。因此，生物降解塑料已成為全球研究開發(fā)熱點。
聚乳酸(PLA)也稱為聚丙交酯，屬于聚酯家族。作為新型可完全降解塑料，它受到越來越多國家、企業(yè)的關(guān)注。聚乳酸是以乳酸為主要原料聚合得到的聚合物，原料來源充分而且可以再生。聚乳酸可經(jīng)由水解反應(yīng)以及微生物分解作用而完全分解成二氧化碳和水，其在大氣環(huán)境下、在含微生物的土壤或水中、在垃圾掩埋場中以及在堆肥中所需的分解時間分別為3-5年、2-3年、2-4月以及1-4周。聚乳酸的生產(chǎn)過程無污染，而且產(chǎn)品可以生物降解，實現(xiàn)在自然界中的循環(huán)，因此是理想的綠色高分子材料。
但是，由于聚乳酸生產(chǎn)成本過高的限制，它作為降解塑料使用起步較晚。近年來，由于環(huán)保要求和石油資源的短缺，使得人們對聚乳酸倍加重視，開始了聚乳酸產(chǎn)品的探索開發(fā)。目前，在市場上存在許多以聚乙烯、聚苯乙烯，大都以聚氨酯為原料制得的泡沫塑料吸塑產(chǎn)品，它們具有質(zhì)輕、省料、熱導(dǎo)率低、隔熱性能好、吸收沖擊載荷等性能，在包裝行業(yè)發(fā)揮著巨大作用。然而，這些泡沫塑料被使用以后，很難回收處理再次循環(huán)使用，丟棄到環(huán)境中，不能與環(huán)境同化，對環(huán)境造成巨大危害。聚乳酸泡沫塑料的開發(fā)，不僅可以有效解決上述問題，而且降低了聚乳酸制品的成本。
由于PLA延伸性優(yōu)，但脆性大，原有的一些聚乳酸發(fā)泡工藝存在一些不足。Sterzel等人采用在聚乳酸中混入物理發(fā)泡劑的方法制備聚乳酸結(jié)構(gòu)泡沫塑料(美國專利5348983，1994)，但是要把聚乳酸制成粒徑較小的粒子后才能發(fā)泡。Kameoka等人采用混入化學(xué)發(fā)泡劑和物理發(fā)泡劑直接擠出的方法制備聚乳酸泡沫塑料(美國專利5763098，1998)，但性脆，耐沖擊性不好。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種工藝要求低、耐沖擊性能好的可降解吸塑用聚乳酸泡沫塑料片材及其制備方法。
本發(fā)明提出的一種吸塑用聚乳酸泡沫塑料片材，由擠出機直接擠出，發(fā)泡定型而制備獲得，其原料組分按重量配比如下聚乳酸樹脂100，擴鏈劑0.2-2，成核劑0.1-5，發(fā)泡劑0.3-2.5，增韌劑0.5-15，抗氧劑0.1-1，增強劑0.5-5。
本發(fā)明中，所述泡沫塑料片材的表觀密度為0.40g/cm3-1.0g/cm3之間。
本發(fā)明中，所述的樹脂為左旋光或者消旋光性聚乳酸樹脂，數(shù)均分子量在3-15萬之間，分子量分布為1-2，結(jié)晶度在20-60％。
本發(fā)明中，所述的擴鏈劑是丁二醇、甲苯二異氰酸酯(TDI)、苯二甲撐二異氰酸酯(XDI)、二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)中1種或幾種的混合物。
本發(fā)明中，所述的成核劑是蒙脫土、滑石粉、碳酸鈣、碳酸鎂、二氧化鈦、陶土、云母中1種或幾種混合物構(gòu)成。所述蒙脫土為蒙皂石粘土(包括鈣基、鈉基、鈉-鈣基、鎂基蒙粘土)經(jīng)剝片分散、提純改型、超細(xì)分級、有機復(fù)合而成，平均晶片厚度小于25nm，蒙脫石含量大于95％。
本發(fā)明中，所述發(fā)泡劑為AC發(fā)泡劑，分解溫度在140℃-190℃之間。
本發(fā)明中，所述增韌劑為聚乙二醇(PEG)，數(shù)均分子量為1000～20000之間，可選用PEG4000，PEG6000中1種或2種混合物。
本發(fā)明中，所述抗氧劑為鄰苯二酚和對苯二酚中1種或2種混合物。
本發(fā)明中，所述增強劑為甲基纖維素或乙基纖維素中1種或2種混合物成。
本發(fā)明提出的吸塑用聚乳酸泡沫塑料片材的制備方法，具體步驟如下(1)按計量將聚乳酸、成核劑、擴鏈劑、抗氧劑混合均勻，用擠出機擠出制成母料，冷卻切粒；(2)按計量將母料、發(fā)泡劑均勻混合，用擠出機擠出發(fā)泡，擠出過程中向擠出機中注入增韌劑和增強劑，擠出機的溫度控制在160-220℃之間，擠出得泡沫，冷卻；(3)單向拉伸，定型，切割，展平，卷取，包裝。
本發(fā)明制備的吸塑用聚乳酸泡沫塑料片材，它是閉孔式泡沫結(jié)構(gòu)，是利用直接擠出過程后單向拉伸定型后得到的。利用此種片材吸塑制備的產(chǎn)品，使用廢棄后可自動降解，降解產(chǎn)物對環(huán)境友好。本發(fā)明生產(chǎn)工藝先進，產(chǎn)品性能良好，原料來源廣泛，性價比高。吸塑后產(chǎn)品可用于制作化妝品瓶、農(nóng)藥瓶、飲料瓶、食品包裝容器、餐飲具、托盤、真空成型品等，應(yīng)用十分廣泛。原料來源廣泛，性價比高，吸塑后產(chǎn)品可用于制作化妝品瓶、農(nóng)藥瓶、飲料瓶、食品包裝容器、餐飲具、托盤、真空成型品等，應(yīng)用十分廣泛。
以下將通過本發(fā)明的實例來進一步詳細(xì)的說明本發(fā)明。在實例中，除非另外指明分?jǐn)?shù)和百分比均以重量計。但是不發(fā)明并不局限于這些實例。
具體實施例方式
有必要指出下列實施例只用于對本發(fā)明進行進一步說明，不能理解為對本發(fā)明保護范圍的限制，本領(lǐng)域的技術(shù)熟練人員可根據(jù)上述內(nèi)容對本發(fā)明做一些非實質(zhì)性改進和調(diào)整。
實施例1將有聚乳酸樹脂(上海同杰良生物材料有限公司，數(shù)均分子量3-15萬)100重量份和擴鏈劑甲苯二異氰酸酯0.5重量份、成核劑蒙脫土(鈉基)2重量份、抗氧劑對苯二酚0.5重量份組成的原料混合均勻，加入到擠出機中進行擠出，擠出機溫度為160-200℃，主機轉(zhuǎn)速為850rpm，螺桿的轉(zhuǎn)速為30rpm，制得母料冷卻切粒。將母料、發(fā)泡劑0.3重量份均勻混合加入到擠出機中進行擠出發(fā)泡，擠出溫度以及主機轉(zhuǎn)速、螺桿轉(zhuǎn)速同上，擠出過程中通過計量泵加入增韌劑聚乙二醇(PEG4000)2重量份，甲基纖維素0.5重量份。擠出得泡沫，冷卻，單向拉伸、定型、切割、展平、牽引后卷取。拉伸比率為5％，牽引速度為28rpm，所得產(chǎn)品規(guī)格為厚度3mm，寬度800mm。將片材制成標(biāo)準(zhǔn)樣條(140mm×10mm×4mm)，于恒溫、恒濕的條件下，拉伸速度為5.0/(mm/min)，測得的拉伸強度為30Mpa，斷裂伸長率為5％。片材表觀密度為0.75g/cm3。生物降解試驗證實，可以完全降解。
實施例2將有聚乳酸樹脂(上海同杰良生物材料有限公司，數(shù)均分子量3-15萬)100重量份，擴鏈劑甲苯二異氰酸酯0.5重量份、成核劑蒙脫土(鈉基)4重量份，抗氧劑鄰苯二酚0.5重量份組成的原料混合均勻，加入到擠出機中進行擠出，擠出機溫度為180-220℃，主機轉(zhuǎn)速為850rpm，螺桿的轉(zhuǎn)速為30rpm，制得母料，冷卻切粒。將母料、發(fā)泡劑0.5重量份均勻混合加入到擠出機中進行擠出發(fā)泡，擠出溫度以及主機轉(zhuǎn)速、螺桿轉(zhuǎn)速同上，擠出過程中通過計量泵加入聚乙二醇(PEG4000)2.5重量份，聚乙二醇(PEG6000)2.5重量份，甲基纖維素1重量份。擠出得泡沫經(jīng)冷卻、單向拉伸、定型、切割、展平、牽引后卷取。拉伸比率為5％，牽引速度為30rpm，所得產(chǎn)品規(guī)格為厚度2.8mm，寬度800mm。將片材制成標(biāo)準(zhǔn)樣條(140mm×10mm×4mm)，于恒溫、恒濕的條件下，拉伸速度為5.0/(mm/min)，測得的拉伸強度為28Mpa，斷裂伸長率為5.6％。片材表觀密度為0.71g/cm3。生物降解試驗證實，可以完全降解。
實施例3將有聚乳酸樹脂(上海同杰良生物材料有限公司，數(shù)均分子量3-15萬)100重量份，擴鏈劑甲苯二異氰酸酯0.5重量份、苯二甲撐二異氰酸酯0.5重量份，成核劑蒙脫土(鈉基)5重量份，抗氧劑鄰苯二酚0.5重量份和對苯二酚0.5重量份組成的原料混合均勻，加入到擠出機中進行擠出，擠出機溫度為170-210℃，主機轉(zhuǎn)速為850rpm，螺桿的轉(zhuǎn)速為30rpm，制得母料，冷卻切粒。將母料、發(fā)泡劑0.7重量份均勻混合加入到擠出機中進行擠出發(fā)泡，擠出溫度以及主機轉(zhuǎn)速、螺桿轉(zhuǎn)速同上，擠出過程中通過計量泵加入增韌劑聚乙二醇(PEG4000)5重量份、聚乙二醇(PEG6000)5重量份，增強劑甲基纖維素1.5重量份。擠出得泡沫，冷卻，單向拉伸、定型、切割、展平、牽引后卷取。拉伸比率為5％，牽引速度為35rpm，所得產(chǎn)品規(guī)格為厚度2.5mm，寬度800mm。將片材制成標(biāo)準(zhǔn)樣條(140mm×10mm×4mm)，于恒溫、恒濕的條件下，拉伸速度為5.0/(mm/min)，測得的拉伸強度為25Mpa，斷裂伸長率為6.2％。片材表觀密度為0.67g/cm3。生物降解試驗證實，可以完全降解。
實施例4將有聚乳酸樹脂(上海同杰良生物材料有限公司，數(shù)均分子量3-15萬)100重量份和擴鏈劑苯二甲撐二異氰酸酯0.5重量份、二苯基甲烷二異氰酸酯0.5重量份，成核劑滑石粉5重量份，抗氧劑對苯二酚1重量份組成的原料混合均勻，加入到擠出機中進行擠出，擠出機溫度為160-210℃，主機轉(zhuǎn)速為1000rpm，螺桿的轉(zhuǎn)速為40rpm，制得母料，冷卻切粒。將母料、發(fā)泡劑1.0重量份均勻混合加入到擠出機中進行擠出發(fā)泡，擠出溫度以及主機轉(zhuǎn)速、螺桿轉(zhuǎn)速同上，擠出過程中通過計量泵加入增韌劑聚乙二醇(PEG4000)7.5重量份、聚乙二醇(PEG6000)2.5重量份，增強劑甲基纖維素1.5重量份。擠出得泡沫，冷卻，單向拉伸、定型、切割、展平、牽引后卷取。拉伸比率為5％，牽引速度為35rpm，所得產(chǎn)品規(guī)格為厚度2.7mm，寬度800mm。將片材制成標(biāo)準(zhǔn)樣條(140mm×10mm×4mm)，于恒溫、恒濕的條件下，拉伸速度為5.0/(mm/min)，測得的拉伸強度為22Mpa，斷裂伸長率為6.7％。片材表觀密度為0.61g/cm3。生物降解試驗證實，可以完全降解。
實施例5將有聚乳酸樹脂(上海同杰良生物材料有限公司，數(shù)均分子量3-15萬)100重量份和擴鏈劑甲苯二異氰酸酯1重量份、二苯基甲烷二異氰酸酯1重量份，成核劑蒙脫土7.5(鈉基)重量份、抗氧劑對苯二酚1重量份組成的原料混合均勻，加入到擠出機中進行擠出，擠出機溫度為160-200℃，主機轉(zhuǎn)速為1000rpm，螺桿的轉(zhuǎn)速為40rpm，制得母料，冷卻切粒。將母料、發(fā)泡劑1.5重量份均勻混合加入到擠出機中進行擠出發(fā)泡，擠出溫度以及主機轉(zhuǎn)速、螺桿轉(zhuǎn)速同上，擠出過程中通過計量泵加入增韌劑聚乙二醇(PEG4000)10重量份、聚乙二醇(PEG6000)5重量份，甲基纖維素3重量份。擠出得泡沫，冷卻，單向拉伸、定型、切割、展平、牽引后卷取。拉伸比率為5％，牽引速度為40rpm，所得產(chǎn)品規(guī)格為厚度2.3mm，寬度800mm。將片材制成標(biāo)準(zhǔn)樣條(140mm×10mm×4mm)，于恒溫、恒濕的條件下，拉伸速度為5.0/(mm/min)，測得的拉伸強度為23Mpa，斷裂伸長率為5.9％。片材表觀密度為0.55g/cm3。生物降解試驗證實，可以完全降解。
實施例6將有聚乳酸樹脂(上海同杰良生物材料有限公司，數(shù)均分子量3-15萬)100重量份和擴鏈劑二苯基甲烷二異氰酸酯1重量份，成核劑蒙脫土(鈉基)5重量份、抗氧劑對苯二酚1重量份組成的原料混合均勻，加入到擠出機中進行擠出，擠出機溫度為180-220℃，主機轉(zhuǎn)速為850rpm，螺桿的轉(zhuǎn)速為30rpm，制得母料，冷卻切粒。將母料、發(fā)泡劑0.5重量份均勻混合加入到擠出機中進行擠出發(fā)泡，擠出溫度以及主機轉(zhuǎn)速、螺桿轉(zhuǎn)速同上，擠出過程中通過計量泵加入增韌劑聚乙二醇(PEG4000)15重量份，增強劑乙基纖維素5重量份。擠出得泡沫，冷卻，單向拉伸、定型、切割、展平、牽引后卷取。拉伸比率為5％，牽引速度為28rpm，所得產(chǎn)品規(guī)格為厚度2.8mm，寬度800mm。將片材制成標(biāo)準(zhǔn)樣條(140mm×10mm×4mm)，于恒溫、恒濕的條件下，拉伸速度為5.0/(mm/min)，測得的拉伸強度為17Mpa，斷裂伸長率為7.5％。片材表觀密度為0.66g/cm3。生物降解試驗證實，可以完全降解。
權(quán)利要求
1.一種吸塑用聚乳酸泡沫塑料片材，其特征在于由擠出機直接擠出，發(fā)泡定型而制備獲得，其原料組分按重量配比如下聚乳酸樹脂100，擴鏈劑0.2-2，成核劑0.1-5，發(fā)泡劑0.3-2.5，增韌劑0.5-15，增強劑0.5-5，抗氧劑0.1-1；該泡沫塑料片材的表觀密度為0.40g/cm3-1.0g/cm3之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的吸塑用聚乳酸泡沫塑料片材，其特征在于所述的樹脂為左旋光或者消旋光性聚乳酸樹脂，數(shù)均分子量3-15萬之間，分子量分布為1-2，結(jié)晶度在20-60％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的吸塑用聚乳酸泡沫塑料片材，其特征在于所述的擴鏈劑是丁二醇、甲苯二異氰酸酯、苯二甲撐二異氰酸酯、二苯基甲烷二異氰酸酯中1種或幾種的混合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的吸塑用聚乳酸泡沫塑料片材，其特征在于所述的成核劑是由蒙脫土、滑石粉、碳酸鈣、碳酸鎂、二氧化鈦、陶土、云母中1種或幾種混合物構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的蒙脫土為蒙皂石粘土經(jīng)剝片分散、提純改型、超細(xì)分級、有機復(fù)合而成，平均晶片厚度小于25nm，蒙脫石含量大于95％。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的吸塑用聚乳酸泡沫塑料片材，其特征在于所述發(fā)泡劑為AC發(fā)泡劑，分解溫度在140℃-190℃之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的吸塑用聚乳酸泡沫塑料片材，其特征在于所述增韌劑為聚乙二醇，數(shù)均分子量為1000-20000之間，聚乙二醇的加入可有效改善聚乳酸泡沫片材的韌性。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的吸塑用聚乳酸泡沫塑料片材，其特征在于所述抗氧劑為鄰苯二酚和對苯二酚中1種或2種混合物。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的吸塑用聚乳酸泡沫塑料片材，其特征在于所述增強劑為甲基纖維素或乙基纖維素中1種或2種混合物。
10.一種如權(quán)利要求1所述的吸塑用聚乳酸泡沫塑料片材的制備方法，其特征在于具體步驟如下(1)按計量將聚乳酸、成核劑、擴鏈劑、抗氧劑混合均勻，用擠出機擠出制成母料，冷卻切粒；(2)按計量將母料、發(fā)泡劑均勻混合，用擠出機擠出發(fā)泡，擠出過程中向擠出機中注入增韌劑和增強劑，擠出機的溫度控制在160-220℃之間，擠出得泡沫，冷卻；(3)單向拉伸，定型，切割，展平，卷取，包裝。
全文摘要
本發(fā)明涉及聚乳酸泡沫塑料，特別是吸塑用聚乳酸泡沫塑料片材及其制備方法。該材料的原料組分按重量計為聚乳酸樹脂100份，擴鏈劑0.2－2份，成核劑0.1－5份，發(fā)泡劑0.3－2.5份，增韌劑0.5－15份，抗氧劑0.1－1份，增強劑0.5－5份。制備方法是將未添加發(fā)泡劑的混料通過直接擠出制成母料，然后在母料中添加發(fā)泡劑后通過直接擠出，將擠出料單向拉伸，定型，分切，展平，卷取，包裝。本發(fā)明直接擠出吸塑用聚乳酸泡沫塑料片材，生產(chǎn)工藝先進，產(chǎn)品力學(xué)性能以及阻隔性能良好，可生物降解，不會污染環(huán)境，且產(chǎn)品原料來源廣泛，性價比高，吸塑后產(chǎn)品可用于制作化妝品瓶、農(nóng)藥瓶、飲料瓶、食品包裝容器、餐飲具、托盤、真空成型品等，應(yīng)用十分廣泛。
文檔編號C08J9/00GK1958668SQ200610117069
公開日2007年5月9日 申請日期2006年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月12日
發(fā)明者任杰, 劉智勇, 袁華 申請人:同濟大學(xué)