一種聚乳酸發(fā)泡材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及聚乳酸發(fā)泡材料及其制備方法，屬于高分子材料加工領(lǐng)域。本發(fā)明以生物降解聚合物聚乳酸為基體材料，將聚乳酸(PLA)，聚烯烴類聚合物聚乙烯(PE)或聚丙烯(PP)，乙烯-丁烯-苯乙烯(SEBS)嵌段共聚物或馬來酸酐接枝的SEBS(SEBS-g-MAH)共混，利用螺桿擠出機(jī)共混造?；驍D出片材、條狀材料等，然后采用物理發(fā)泡劑，利用連續(xù)擠出發(fā)泡、注射發(fā)泡或間歇釜壓發(fā)泡方法進(jìn)行發(fā)泡或直接將上述材料的混合物在螺桿擠出機(jī)中連續(xù)擠出發(fā)泡，可制備片材、條狀、結(jié)構(gòu)件、發(fā)泡珠粒等形式的發(fā)泡材料，具有質(zhì)量輕、環(huán)保、良好的機(jī)械性能和耐熱性，可二次加工等優(yōu)點(diǎn)，可用于包裝、結(jié)構(gòu)件、緩沖、吸附材料等。
【專利說明】一種聚乳酸發(fā)泡材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及聚合物發(fā)泡材料及其加工方法，屬于高分子材料加工領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著高分子材料的迅速發(fā)展，人類面臨著環(huán)境污染和資源短缺的嚴(yán)重問題。為了減少塑料對(duì)環(huán)境的污染問題，一方面對(duì)廢舊塑料進(jìn)行回收再利用，另一方面研究開發(fā)可自然降解的新材料。因此研究開發(fā)可降解的高分子材料成為20世紀(jì)70年代以來的重要課題，受到世界范圍內(nèi)的關(guān)注。
[0003]聚乳酸(PLA)與一般的合成高分子材料不同，具有可生物降解性和植物來源性兩大特點(diǎn)，是一種新型的、對(duì)環(huán)境友好且性能優(yōu)良的高分子材料，能夠在減少環(huán)境污染、節(jié)省石油資源以及減輕地球溫室效應(yīng)方面展開很多頗具意義的應(yīng)用。同時(shí)，聚乳酸發(fā)泡材料具有取代石油基發(fā)泡塑料用作包裝和生活消費(fèi)品的巨大潛力。
[0004]但是PLA是結(jié)晶型聚合物，熔體強(qiáng)度低，可加工的工藝窗口窄，加工過程不穩(wěn)定(如熱降解、氧化、水解等)，易造成分子鏈斷裂，熔體強(qiáng)度進(jìn)一步降低。針對(duì)以上PLA難于發(fā)泡的技術(shù)難點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外研究者進(jìn)行了廣泛研究，采取多種措施來改善PLA的發(fā)泡性能。如加入納米粒子改善其發(fā)泡性能、采用擴(kuò)鏈劑增大分子量、通過改變工藝條件的發(fā)泡等。這些方法在一定程度上改善了 PLA的發(fā)泡性能，但是大多還是處于實(shí)驗(yàn)研究階段，其中的一些方法應(yīng)用到連續(xù)擠出過程或注射過程，在泡孔結(jié)構(gòu)的調(diào)控上還存在很大的難度。
[0005]中國(guó)專利CN101151310、CN101362833、CN101619158、CN101880404A 等公開了聚乳酸發(fā)泡材料組成或制 備方法。在CN101151310中涉及聚乳酸和聚乳酸與聚烯烴樹脂共混材料，通過加入異丁烯作為發(fā)泡劑得到發(fā)泡材料；CN101362833和CN101619158均采用在材料中加入成核劑、發(fā)泡劑、發(fā)泡助劑后再利用模壓發(fā)泡方法來制備發(fā)泡材料，是化學(xué)發(fā)泡方法；CN101880404A涉及一種聚乳酸發(fā)泡方法，將聚乳酸與聚己二酸對(duì)苯二甲酸丁二酯(PBAT)共混然后在超臨界CO2中飽和發(fā)泡的方法進(jìn)行發(fā)泡，未涉及到連續(xù)擠出或注射發(fā)泡方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于針對(duì)聚乳酸發(fā)泡成型的難點(diǎn)和現(xiàn)有技術(shù)的一些不足，提供一種基于生物降解聚乳酸的發(fā)泡材料及其制備方法。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，發(fā)泡材料以生物降解聚合物聚乳酸為基體材料，包括質(zhì)量百分含量在50% -90%聚乳酸(PLA)，質(zhì)量百分含量在5% -30%聚烯烴類聚合物聚乙烯或聚丙烯，質(zhì)量百分含量在5% -20%的乙烯-丁烯-苯乙烯(SEBS)嵌段共聚物或馬來酸酐接枝的SEBS (SEBS-g-MAH)，利用螺桿擠出機(jī)對(duì)上述材料進(jìn)行共混造?；驍D出片材、條狀材料等，然后采用物理發(fā)泡劑進(jìn)行發(fā)泡，利用連續(xù)擠出發(fā)泡、注射發(fā)泡或間歇釜壓發(fā)泡方法進(jìn)行發(fā)泡或直接將上述材料的混合物在螺桿擠出機(jī)中連續(xù)擠出發(fā)泡。本發(fā)明包括如下步驟:
[0007]第一步，將經(jīng)過烘干處理的質(zhì)量百分含量為50~90%的聚乳酸(PLA)、質(zhì)量百分含量為5-30%的聚烯烴類聚合物聚乙烯或聚丙烯、質(zhì)量百分含量在5% -20%的乙烯-丁烯-苯乙烯(SEBS)嵌段共聚物或馬來酸酐接枝的SEBS(SEBS-g-MAH)，在螺桿擠出機(jī)中共混，擠出粒狀、片狀或細(xì)絲狀共混材料或?qū)⒅辽俸猩鲜鲑|(zhì)量百分含量的材料在連續(xù)擠出發(fā)泡設(shè)備中直接連續(xù)擠出發(fā)泡，得到發(fā)泡材料；
[0008]第二步，將制備的共混粒料采用物理發(fā)泡劑連續(xù)擠出發(fā)泡、注射發(fā)泡方法制備發(fā)泡材料或?qū)⒘?、片狀、?xì)絲狀共混材料利用間歇釜壓發(fā)泡方法進(jìn)行發(fā)泡。
[0009]一種聚乳酸發(fā)泡材料，所述發(fā)泡材料是以生物降解聚合物聚乳酸為基體材料的共混發(fā)泡材料，共混發(fā)泡材料的聚合物基體包括質(zhì)量百分含量在50% -90%聚乳酸(PLA)，質(zhì)量百分含量在5% -30%聚烯烴類聚合物聚乙烯或聚丙烯，質(zhì)量百分含量在5% -20%的乙烯-丁烯-苯乙烯(SEBS)嵌段共聚物或馬來酸酐接枝的SEBS (SEBS-g-MAH)，所述發(fā)泡材料采用物理發(fā)泡劑進(jìn)行發(fā)泡。
[0010]所述聚乳酸發(fā)發(fā)泡材料具有部分開孔或完全開孔的泡孔結(jié)構(gòu)，材料密度在
0.1-0.8g/cm3 之間。
[0011]所述物理發(fā)泡劑為戊烷、丁烷及超臨界狀態(tài)的C02、N2，超臨界CO2壓力在
7.38-30MPA 之間。
[0012]所述聚乳酸發(fā)發(fā)泡材料可為板材、片材、棒材、條狀、細(xì)絲、結(jié)構(gòu)件、發(fā)泡珠粒形式。
[0013]所述聚乳酸發(fā)泡材料的制備方法，所述方法是以生物降解聚合物聚乳酸為基體的共混材料的發(fā)泡，包括如下步驟:`[0014]第一步，將經(jīng)過烘干處理的質(zhì)量百分含量為50~90%的聚乳酸(PLA)、質(zhì)量百分含量為5-30%的聚烯烴類聚合物聚乙烯或聚丙烯、質(zhì)量百分含量在5% -20%的乙烯-丁烯-苯乙烯(SEBS)嵌段共聚物或馬來酸酐接枝的SEBS (SEBS-g-MAH)，在螺桿擠出機(jī)中共混，擠出粒狀、片狀或細(xì)絲狀共混材料或?qū)⒅辽俸猩鲜鲑|(zhì)量百分含量的材料在連續(xù)擠出發(fā)泡設(shè)備中直接連續(xù)擠出發(fā)泡，得到發(fā)泡材料；
[0015]第二步，將制備的共混粒料采用物理發(fā)泡劑連續(xù)擠出發(fā)泡、注射發(fā)泡方法制備發(fā)泡材料或?qū)⒘?、片狀、?xì)絲狀共混材料利用間歇釜壓發(fā)泡方法進(jìn)行發(fā)泡。
[0016]所述聚乳酸發(fā)泡材料的制備方法中螺桿擠出機(jī)的溫度范圍為151°C _220°C，連續(xù)擠出發(fā)泡擠出機(jī)溫度范圍為151°C _220°C，間歇釜壓發(fā)泡溫度范圍為135°C _200°C。
[0017]所述聚乳酸發(fā)泡材料的制備方法得到的發(fā)泡材料具有部分開孔或完全開孔的泡孔結(jié)構(gòu)，材料密度在0.1-0.8g/cm3之間。
[0018]所述聚乳酸發(fā)泡材料制備方法的物理發(fā)泡劑為戊烷、丁烷及超臨界狀態(tài)的C02、N2，超臨界CO2壓力在7.38-30MPA之間。
[0019]所述聚乳酸發(fā)泡材料的制備方法可制備板材、片材、棒材、條狀、細(xì)絲、結(jié)構(gòu)件、發(fā)泡珠粒形式的發(fā)泡材料。
[0020]其優(yōu)點(diǎn)在于:
[0021](I)這種新型的共混發(fā)泡材料具有質(zhì)量輕、環(huán)保、可二次加工、具有良好的機(jī)械性能和耐熱性等優(yōu)點(diǎn)，可用于包裝、結(jié)構(gòu)件、緩沖材料、吸附材料等。
[0022](2)根據(jù)材料比例和工藝條件便于調(diào)控發(fā)泡材料泡孔結(jié)構(gòu)。
[0023](3)發(fā)泡材料除了包括三種基本的聚合物基體外，還可根據(jù)需要添加相應(yīng)的助劑，如相容劑、成核劑、發(fā)泡助劑、填充劑、納米填料、阻燃劑、著色劑、抗氧劑、光、熱穩(wěn)定劑及其他加工助劑和功能性填料或助劑等。
[0024](4)材料的成型方法多樣，可根據(jù)需要采用連續(xù)擠出發(fā)泡成型、注射發(fā)泡成型或間歇釜壓發(fā)泡等，所用發(fā)泡劑可以是超臨界CO2和超臨界N2,也可是低沸點(diǎn)液體如戊烷、丁烷等，所得發(fā)泡材料形式多樣，可以是片材、薄板材、棒材、條狀材料、細(xì)絲、結(jié)構(gòu)件、或發(fā)泡珠粒等形式。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1為采用間歇釜壓發(fā)泡方法所得發(fā)泡材料的切斷面圖；
[0026]圖2為發(fā)泡材料脆斷面的掃描電鏡圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面通過一實(shí)施例，對(duì)本技術(shù)發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)一步具體的說明，但本發(fā)明并不限于此實(shí)施例。
[0028]具體實(shí)施例
[0029]將聚乳酸于烘箱內(nèi)進(jìn)行烘干，溫度80°C，時(shí)間6-10小時(shí)，將質(zhì)量百分含量為50-90%的聚乳酸(美國(guó)NatureWorks 4032D)和質(zhì)量百分含量為5-30%的線性低密度聚乙烯(LLDPE中國(guó)石油化工股份有限公司齊魯分公司)與質(zhì)量百分含量為5-20%的馬來酸酐接枝的苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS-g-MA, Kraton? FG-1901X,熔體流動(dòng)速率22g/10min(230°C，5Kg)，馬來酸酐接枝率1.4-2.0wt % )，混合均勻，采用雙螺桿擠出機(jī)擠出直徑為2-5mm的條狀共混材料，將此條狀材料截成長(zhǎng)度為5_15mm的短條，將此條狀材料用超臨界CO2間歇釜壓發(fā)泡方法進(jìn) 行發(fā)泡，釜內(nèi)溫度為140-170°C，采用的超臨界CO2壓力為8-25MPa，在此溫度和壓力條件下滲透30-120分鐘，然后快速釋放釜內(nèi)壓力，得到以聚乳酸為基體的發(fā)泡材料，所得發(fā)泡材料密度在0.1-0.6g/cm3間，表面光滑，切斷面呈均勻的白色，如附圖1所示。泡孔尺寸及泡孔分布均勻，泡孔結(jié)構(gòu)為開孔結(jié)構(gòu)，如附圖2所示，放大倍數(shù)為50倍。
【權(quán)利要求】
1.一種聚乳酸發(fā)泡材料，所述發(fā)泡材料是以生物降解聚合物聚乳酸為基體材料的共混發(fā)泡材料，其特征在于共混發(fā)泡材料的聚合物基體包括質(zhì)量百分含量在50% -90%聚乳酸(PLA)，質(zhì)量百分含量在5% -30%聚烯烴類聚合物聚乙烯或聚丙烯，質(zhì)量百分含量在5%-20%的乙烯-丁烯-苯乙烯(SEBS)嵌段共聚物或馬來酸酐接枝的SEBS(SEBS-g-MAH)，所述發(fā)泡材料采用物理發(fā)泡劑進(jìn)行發(fā)泡。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚乳酸發(fā)泡材料，其特征在于發(fā)泡材料具有部分開孔或完全開孔的泡孔結(jié)構(gòu)，材料密度在0.1-0.8g/cm3之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚乳酸發(fā)泡材料，其特征在于所述物理發(fā)泡劑為戊烷、丁烷及超臨界狀態(tài)的C02、N2，超臨界CO2壓力在7.38-30MPA之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚乳酸發(fā)泡材料,其特征在于發(fā)泡材料可為板材、片材、棒材、條狀、細(xì)絲、結(jié)構(gòu)件、發(fā)泡珠粒形式。
5.權(quán)利要求1所述聚乳酸發(fā)泡材料的制備方法，所述方法是以生物降解聚合物聚乳酸為基體的共混材料的發(fā)泡，其特征在于包括如下步驟: 第一步，將經(jīng)過烘干處理的質(zhì)量百分含量為50~90%的聚乳酸(PLA)、質(zhì)量百分含量為5-30 %的聚烯烴類聚合物聚乙烯或聚丙烯、質(zhì)量百分含量在5 % -20 %的乙烯-丁烯-苯乙烯(SEBS)嵌段共聚物或馬來酸酐接枝的SEBS(SEBS-g-MAH)，在螺桿擠出機(jī)中共混，擠出粒狀、片狀或細(xì)絲狀共混材料或?qū)⒑猩鲜鲑|(zhì)量百分含量的材料在連續(xù)擠出發(fā)泡設(shè)備中直接連續(xù)擠出發(fā)泡，得到發(fā)泡材料； 第二步，將制備的共混粒料采用物理發(fā)泡劑，利用連續(xù)擠出發(fā)泡、注射發(fā)泡方法制備發(fā)泡材料或?qū)⒘?、片狀、?xì)絲狀共混材料利用間歇釜壓發(fā)泡方法進(jìn)行發(fā)泡。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述聚乳酸發(fā)泡材料的制備方法，其特征在于所述螺桿擠出機(jī)的溫度范圍為151°C _220°C，連續(xù)擠出發(fā)泡擠出機(jī)溫度范圍為151°C _220°C，間歇釜壓發(fā)泡的溫度范圍為135°C-200°C .
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述聚乳酸發(fā)泡材料的制備方法，其特征在于所得發(fā)泡材料具有部分開孔或完全開孔的泡孔結(jié)構(gòu)，材料密度在0.1-0.8g/cm3之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述聚乳酸發(fā)泡材料的制備方法，其特征在于所述物理發(fā)泡劑為戊烷、丁烷及超臨界狀態(tài)的C02、N2，超臨界CO2壓力在7.38-30MPA之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述聚乳酸發(fā)泡材料的制備方法，其特征在于該方法可制備板材、片材、棒材、條狀、細(xì)絲、結(jié)構(gòu)件、發(fā)泡珠粒形式的發(fā)泡材料。
【文檔編號(hào)】B29C44/50GK103819885SQ201210494699
【公開日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2012年11月19日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月19日
【發(fā)明者】高長(zhǎng)云, 辛振祥, 冷秀江 申請(qǐng)人:青島科技大學(xué)