專利名稱：聚乳酸發(fā)泡方法
技術領域：
本發(fā)明涉及利用一種新型生物降解材料聚乳酸(PLA)的發(fā)泡方法。
背景技術：
聚乳酸作為一種日益成熟的生物降解材料，在注塑，薄膜，片材加工等方面取得不 少成熟的產(chǎn)品。而聚乳酸的發(fā)泡材料研制仍處于初級階段，目前多數(shù)是利用聚乳酸與淀粉 為基材及適當添加AC發(fā)泡劑來生產(chǎn)低發(fā)泡倍率的微發(fā)泡產(chǎn)品。AC發(fā)泡劑由于其發(fā)泡量大 及分解溫度可調節(jié)，廣泛運用于聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚酰胺、ABS及各種橡 膠等低剪切速率下的高黏度、剪切變稀、高黏彈性的合成材料。但聚乳酸屬于結晶型聚合 物，熔體強度不高，并且由于其加工的不穩(wěn)定性(如熱降解、氧化、水解等)，容易造成分子 鏈斷裂，使熔體強度進一步降低，如果用AC發(fā)泡劑，則在泡孔長大過程中，因熔體強度不夠 高，無法維持泡孔形態(tài)，容易出現(xiàn)泡孔合并、塌陷。而且由于采用AC發(fā)泡劑屬二次發(fā)泡技術 (即先在低溫將材料與發(fā)泡劑共混，共混材料經(jīng)過一個升溫過程將發(fā)泡劑分解后生成發(fā)泡 材料)，問題更為突出。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的就是為了解決現(xiàn)有發(fā)泡方法容易出現(xiàn)泡孔合并、塌陷的問題。為此，本發(fā)明提出一種聚乳酸發(fā)泡方法，其特征是包括如下步驟:A、將聚乳酸與微 球混合；B、將聚乳酸顆粒和微球在擠出機中擠成聚乳酸片材，在擠出過程中使聚乳酸顆粒 和微球充分混合在一起，并使微球受熱產(chǎn)生膨脹，使得聚乳酸熔體呈現(xiàn)發(fā)泡形態(tài)；C、經(jīng)雙軸 壓輥機，得到光滑平整的聚乳酸發(fā)泡體材料。優(yōu)選地所述微球包括封入氣體和熱塑性聚合物外殼，其平均直徑范圍6 45微米，密度 為1000 1300千克/立方米，膨脹溫度范圍80 190°C，當加熱微球時熱塑性聚合物外殼 軟化，冷卻微球導致熱塑性聚合物外殼再次變硬。在步驟A中的混合過程中，還添加過氧化物交聯(lián)劑，所述過氧化物交聯(lián)劑是下述 物質中的一種或多種過氧化二叔丁基，過氧化二異丙苯，過氧化苯甲酰，雙叔丁過氧化二 異丙苯，叔丁基過氧化苯甲酸鹽，過氧化苯甲酸叔丁酯。在步驟A中的混合過程中，還添加助交聯(lián)劑，所述助交聯(lián)劑是下述物質中的一種 或多種甲基丙烯酸甲酯，鄰苯二甲酸二烯丙酯，三烯丙基氰脲酸酯，馬來酰胺類。所述微球是EXPANCEL微球。在步驟A之前還包括以下步驟A1、將聚乳酸材料充分干燥；A2、對交聯(lián)劑、助交聯(lián) 劑、微球進行預處理。所述步驟Al中，將聚乳酸材料于60-110°C條件下，真空干燥2-5小時；所述步 驟A2中，所述預處理是將交聯(lián)劑、助交聯(lián)劑和微球于真空60°C干燥三小時；擠出時的溫 度為100 200°C ；混合時相對于聚乳酸的質量含量為交聯(lián)劑wtO. 1-1.0%，助交聯(lián)劑wtO. 05-0. 1%，微球 wtl-10%。本發(fā)明采用新型熱塑性微球制作聚乳酸發(fā)泡材料，不容易出現(xiàn)泡孔合并、塌陷；且 是一次發(fā)泡成型技術，較之傳統(tǒng)二次發(fā)泡技術，沒有發(fā)泡劑分解過程，因而具有快速、節(jié)能 高效、清潔、操作簡便、產(chǎn)品性能佳、工藝簡單、成本較低等優(yōu)點。本發(fā)明還采用輕度交聯(lián)，有效的解決了聚乳酸熔體強度不高的難題。
具體實施例方式在下述本發(fā)明實施例中，通過采用如下手段，解決了微球發(fā)泡聚乳酸材料研制中 的以上問題其一，添加過氧化物交聯(lián)劑如過氧化二叔丁基，過氧化二異丙苯，過氧化苯甲酰， 雙叔丁過氧化二異丙苯，叔丁基過氧化苯甲酸鹽。過氧化苯甲酸叔丁酯。并添加助交聯(lián)劑甲基丙烯酸甲酯，鄰苯二甲酸二烯丙酯，三烯丙基氰脲酸酯，馬 來酰胺類等對聚乳酸進行輕度交聯(lián)，使其達到空間立體網(wǎng)狀結構。實驗證實，聚乳酸分子量越高及適量的網(wǎng)狀結構的存在，PLA熔體的熔體強度會越 高，并且可以抵消加工過程中PLA降解導致分子量降低的影響，提高PLA的發(fā)泡性能，避免 因熔體強度不夠而無法維持泡孔形態(tài)，出現(xiàn)泡孔合并、塌陷的現(xiàn)象。其次，突破傳統(tǒng)的使用AC發(fā)泡劑進行聚乳酸發(fā)泡的方法，AC發(fā)泡劑在發(fā)泡過程中 由于發(fā)泡量大，不利于控制而導致局部氣泡量不均，致使材料的破裂與坍塌。本發(fā)明實施例 發(fā)泡體乃采用一種新型熱塑性微球，微球由封入氣體和熱塑性聚合物外殼組成，這些空心 球的平均直徑范圍從6 45微米，密度為1000 1300千克/立方米，微球完全膨脹的體 積增大超過40倍，導致真密度低于30千克/立方米，典型膨脹溫度范圍從80 190°C，當 加熱微球時，外殼內的氣體壓力增加并且熱塑外殼軟化，導致微球體積的顯著增加。發(fā)泡加 工成型過程中，這些均勻分散在聚乳酸材料中的微球，在一定溫度下(80 190°C )體積逐 步增大，實驗證明這些逐步增大的微球體在加工完成后能完美的保留于聚乳酸材料中，形 成外觀及性能俱佳的聚乳酸發(fā)泡材料。在本實施例中，所述微球是AKZO NOBEL公司生產(chǎn)的一種發(fā)泡微球系列，EXPANCEL 微球是小球型熱塑性微球。目前多使用在噴涂，模塑成型，亞光和防滑，注射成型等應用技 術領域。本發(fā)明實施例提出的利用熱塑性發(fā)泡微球制作聚乳酸發(fā)泡材料包括以下步驟1、聚乳酸材料的充分干燥；2、交聯(lián)劑、助交聯(lián)劑和熱塑性微球的預處理；3、將聚乳酸材料與交聯(lián)劑、助交聯(lián)劑、熱塑性微球在高混機(高速混合機，一種接 通電源、設定混合時間，按動開關、通過機械傳動使物料往復翻動來獲得混合均勻的產(chǎn)品) 中均勻混合；3、預熱雙螺桿擠出機(一股塑料加工常用設備)設備，設定至要求溫度(100 2000C )，擺放好雙軸壓輥機(一股做片材常用機械設備)位置；4、將高混機中混合均勻的物料置入雙螺桿擠出機料斗，開動雙螺桿擠出機的主 機，啟動雙螺桿擠出機的物料架料系統(tǒng)；5、從雙螺桿擠出機扁平模口擠出的PLA片材，經(jīng)雙軸壓輥機后可得光滑，平整的
4聚乳酸發(fā)泡體材料，PLA顆粒和微球在螺桿擠出的過程中充分混合在一起，微球受熱產(chǎn)生膨 脹，使得PLA熔體呈現(xiàn)發(fā)泡形態(tài)；6、聚乳酸發(fā)泡材料卷取。更具體要求而言，本實施例包括如下步驟1、聚乳酸材料于100°C條件下，真空干燥3小時；2、交聯(lián)劑、助交聯(lián)劑、熱塑性微球在60°C下，真空干燥三個小時；3、將聚乳酸材料與wtO. 5%含量(相對于聚乳酸的質量含量)的交聯(lián)劑，wtO. 1% 的助交聯(lián)劑，含量的熱塑性微球在高混機中均勻混合；4、預熱雙螺桿擠出機，設定至要求溫度120-140°C，在雙螺桿擠出機?？谔帞[放好 雙軸壓輥機；將高混機中混合均勻的物料置入雙螺桿擠出機料斗，物料不超過料斗的2/3 體積；開動雙螺桿擠出機的主機，主機開始慢慢啟動，逐漸增加主機轉速至1440r/min左右 穩(wěn)定，穩(wěn)定電流不超過30A ；啟動雙螺桿擠出機的物料架料系統(tǒng)，喂料主機轉速穩(wěn)定在20r/ min左右；5、從雙螺桿擠出機扁平模口出擠出的聚乳酸片材，經(jīng)雙軸壓輥機后可得光滑、平 整的聚乳酸發(fā)泡體材料；6、聚乳酸發(fā)泡材料的卷取，包裝。以上內容是結合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進一步詳細說明，不能認定 本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術領域的普通技術人員來說，在 不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬于本發(fā)明的 保護范圍。
權利要求
一種聚乳酸發(fā)泡方法，其特征是包括如下步驟A、將聚乳酸與微球混合；B、將聚乳酸顆粒和微球在擠出機中擠成聚乳酸片材，在擠出過程中使聚乳酸顆粒和微球充分混合在一起，并使微球受熱產(chǎn)生膨脹，使得聚乳酸熔體呈現(xiàn)發(fā)泡形態(tài)；C、經(jīng)雙軸壓輥機，得到光滑平整的聚乳酸發(fā)泡體材料。
2.如權利要求1所述的聚乳酸發(fā)泡方法，其特征是所述微球包括封入氣體和熱塑性 聚合物外殼，其平均直徑范圍6 45微米，密度為1000 1300千克/立方米，膨脹溫度范 圍80 190°C，當加熱微球時熱塑性聚合物外殼軟化，冷卻微球導致熱塑性聚合物外殼再 次變硬。
3.如權利要求1或2所述的聚乳酸發(fā)泡方法，其特征是在步驟A中的混合過程中，還 添加過氧化物交聯(lián)劑，所述過氧化物交聯(lián)劑是下述物質中的一種或多種過氧化二叔丁基， 過氧化二異丙苯，過氧化苯甲酰，雙叔丁過氧化二異丙苯，叔丁基過氧化苯甲酸鹽，過氧化 苯甲酸叔丁酯。
4.如權利要求3所述的聚乳酸發(fā)泡方法，其特征是在步驟A中的混合過程中，還添加 助交聯(lián)劑，所述助交聯(lián)劑是下述物質中的一種或多種甲基丙烯酸甲酯，鄰苯二甲酸二烯丙 酯，三烯丙基氰脲酸酯，馬來酰胺類。
5.如權利要求2所述的聚乳酸發(fā)泡方法，其特征是所述微球是EXPANCEL微球。
6.如權利要求3所述的聚乳酸發(fā)泡方法，其特征是在步驟A之前還包括以下步驟Al、將聚乳酸材料充分干燥；A2、對交聯(lián)劑、助交聯(lián)劑、熱塑性微球進行預處理。
7.如權利要求1或6所述的聚乳酸發(fā)泡方法，其特征是所述步驟Al中，將聚乳酸材料于60-110°C條件下，真空干燥2-5小時；所述步驟A2中，所述預處理是將所述交聯(lián)劑、助交聯(lián)劑和微球于60°C下，真空干燥三 小時；擠出時的溫度為100 200°C ；混合時相對于聚乳酸的質量含量為交聯(lián)劑wtO. 1-1%，助交聯(lián)劑wt 0. 05-0. 1%，微 球 wt 1-10%。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種聚乳酸發(fā)泡方法，包括如下步驟A、將聚乳酸與微球混合；B、將聚乳酸顆粒和微球在擠出機中擠成聚乳酸片材，在擠出過程中使聚乳酸顆粒和微球充分混合在一起，并使微球受熱產(chǎn)生膨脹，使得聚乳酸熔體呈現(xiàn)發(fā)泡形態(tài)；C、經(jīng)雙軸壓輥機，得到光滑平整的聚乳酸發(fā)泡體材料。本發(fā)明采用新型熱塑性微球，不容易出現(xiàn)泡孔合并、塌陷；且是一次發(fā)泡成型技術，較之傳統(tǒng)二次發(fā)泡技術，沒有發(fā)泡劑分解過程，因而具有快速、節(jié)能高效、清潔、操作簡便、產(chǎn)品性能佳、工藝簡單、成本較低等優(yōu)點。本發(fā)明還采用輕度交聯(lián)，有效的解決了聚乳酸熔體強度不高的難題。
文檔編號C08L67/04GK101899167SQ20101023906
公開日2010年12月1日 申請日期2010年7月28日 優(yōu)先權日2010年7月28日
發(fā)明者李雅明, 楊義滸 申請人:深圳市光華偉業(yè)實業(yè)有限公司