CN101245175A - 一种生物降解发泡塑料及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种生物降解发泡塑料，其包括以下组分及含量：聚乳酸树脂100份；聚乳酸增塑剂10～20份；聚羟基烷酸酯共聚物10～50份；玉米淀粉20～60份；发泡剂8～17份；助发泡剂2～4份；润滑剂0.8～1.2份；防老化剂0.45～0.70份；其用量按重量计。本发明还提出了制造上述生物降解发泡塑料的制造方法。本发明生物降解发泡塑料，具有密度低，比强度高，减震性好，可完全生物降解等特点，可用于家用电器、电子、仪器、工业配件、玻璃/陶瓷等工业产品的减震包装，也可用于需要保温隔热的领域，是一种新兴环保包装材料。
Description
技术领域
本发明涉及一种生物降解发泡塑料及其制造方法，特别是涉及一种密度小、比强度高、尺寸稳定性好、吸水率低、且可完全生物降解的发泡塑料及其制造方法。
背景技术
发泡塑料制品，以其质轻、减震、隔热、绝缘、价廉，日益成为人们生产生活中重要的基本材料。目前，发泡塑料制品产量以每年超过10％的速度递增，据有关部门统计，2006年我国发泡塑料的总产量已超过120万吨，工业总产值约200亿元；其中，约70万吨用于家用电器、电子、运输、工业配件、消费器械等领域，为价值5000亿元人民币的国内商品以及1200亿美元的出口商品提供减震轻质包装，其余主要用于建筑物和冷库的保温隔热以及一次性餐具等。
泡沫塑料品种很多，主要有聚氨酯(PU)、可发聚苯乙烯(EPS)和聚烯烃等三大类。PU发泡材料在发泡后存在对人体有害的异氰酸酯残留物，且使用后无法回收利用。EPS需要使用低沸点的有机溶剂作为发泡剂，其中的某些卤代烃释放到大气中，可破坏臭氧层；目前世界范围内已经有停止生产和使用EPS发泡塑料的趋势。而发泡聚烯烃制品的某些发泡交联产品在生产过程中产生的边角料很难回收，造成巨大的浪费。另外，其最大的共同弱点是，这些发泡塑料在使用后，在自然界中无法自行光降解、热降解或为微生物所分解；且发泡塑料制品用后即弃，数量多，体积大，不便回收；导致其废弃物在自然环境中长期存在，成为严重的“白色污染”。
降解，特别是生物降解，是解决白色污染的重要途径之一；使用完全生物降解塑料生产发泡塑料是解决其环境问题的最有效手段。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于：克服传统的发泡塑料不能降解带来的白色污染问题，提供生物降解发泡塑料及其生产技术，其具有密度低，比强度高，减震性好，可完全生物降解等特点，可用于家用电器、电子、仪器、工业配件、玻璃/陶瓷等工业产品的减震包装，也可用于需要保温隔热的领域。
为解决上述技术问题，本发明提出以下技术方案：一种生物降解发泡塑料，其包括以下组分及含量：聚乳酸树脂100份；聚乳酸增塑剂10～20份；聚羟基烷酸酯共聚物10～50份；玉米淀粉20～60份；发泡剂8～17份；助发泡剂2～4份；润滑剂0.8～1.2份；防老化剂0.45～0.70份；其用量按重量计。
上述技术方案的进一步改进在于：该聚乳酸树脂的分子量为20万至30万。
上述技术方案的进一步改进在于：该聚乳酸增塑剂为以下物质之一种或多种的混合物：低聚物聚乳酸、聚乙二醇、聚乳酸-乙二醇共聚物。
上述技术方案的进一步改进在于：该聚羟基烷酸酯共聚物为以下物质之一种或两种的混合物：3-羟基丁酯-3-羟基戊酯共聚物、3-羟基丁酸酯-4-羟基丁酸酯共聚物。
上述技术方案的进一步改进在于：该玉米淀粉的颗粒大小为目数在150目以上。
上述技术方案的进一步改进在于：该发泡剂为有机发泡剂偶氮二甲酰胺，该助发泡剂为氧化锌。
上述技术方案的进一步改进在于：该润滑剂为以下物质的一种或者多种的混合物：乙撑双硬酯酰胺、乙撑双油酸酰胺、硬脂酸锌、硬脂酸钙、聚乙烯蜡、硅树脂。
上述技术方案的进一步改进在于：该防老化剂为以下物质的一种或者多种的混合物：β(3’，5’-二叔丁基-4’-羟基苯基)丙酸十八酯、四[3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇、亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯酯基)、硫代二丙酸二月桂酯、2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、2-(2′-羟基-3′，5′-二叔丁基苯基)-5-氯代苯并三唑。
本发明还进一步提出了一种制造上述生物降解发泡塑料的制造方法的技术方案：该制造方法包括以下步骤：步骤1：取聚乳酸树脂100重量份，聚乳酸增塑剂10～20重量份，聚羟基烷酸酯共聚物10～50重量份，玉米淀粉20～60重量份，发泡剂8～17重量份，助发泡剂2～4重量份，润滑剂0.8～1.2重量份，防老化剂0.45～0.70重量份；步骤2：先使聚乳酸树脂完全吸收聚乳酸增塑剂，然后与上述其它组分一起加入一搅拌机中混合均匀后，用一双螺杆挤出机造粒；步骤3：将造粒后的共混物挤出成片材，然后模压发泡，或者将造粒后的共混物通过高压蒸汽发泡。
上述技术方案的进一步改进在于：该双螺杆挤出机的各段温度自加料口开始，依次为130～140℃、135～145℃、135～145℃、135～145℃、135～145℃、135～145℃，机头温度135～140℃。
上述技术方案的进一步改进在于：挤出成片材时的温度应控制在145℃以下，模压发泡时的模具温度为165～190℃，时间为5～10分钟。
上述技术方案的进一步改进在于：高压蒸汽发泡时，直接用共混物粒子在多孔模具中通过高压蒸汽发泡，蒸汽压力为0.6～1.0MPa，相应温度为160～180℃，时间3～8分钟。
本发明具有以下效果：本发明生物降解发泡塑料，没有聚氨酯发泡材料的异氰酸酯残存问题；没有聚烯烃发泡塑料的边角料难于回收问题；也没有可发性聚苯乙烯所附带的卤代烃破坏大气层问题，密度小，比强度高，尺寸稳定性好，吸水率低，且可完全生物降解，是一种新兴环保包装材料。
本发明采用可以完全生物降解的材料如聚乳酸、聚羟基烷酸酯共聚物、玉米淀粉等为主要原料，通过将这些可降解材料与发泡剂等助剂机械混熔、造粒，然后发泡成型，即可制得可完全生物降解的发泡塑料制品。
该发泡塑料，具有完全可生物降解性，其主要物理性能、机械性能、热/电性能等优于或相当于现有发泡塑料，可代替现有发泡包装材料，应用于各领域，市场容量十分可观。
具体实施方式
本发明提出了一种生物降解发泡塑料，其包括以下组分及含量：
聚乳酸(PLA)树脂 100份；
聚乳酸增塑剂 10～20份；
聚羟基烷酸酯共聚物(PHAs) 10～50份；
淀粉 20～60份；
发泡剂 8～17份；
助发泡剂 2～4份；
润滑剂 0.8～1.2份；
防老化剂 0.45～0.70份；
其含量按重量计。
该聚乳酸树脂的分子量为20万至30万。
该聚乳酸增塑剂为以下物质之一种：低聚物聚乳酸(OLA，分子量5万左右)、聚乙二醇(PEG)，聚乳酸-乙二醇共聚物(PLA-PEG)。
该聚羟基烷酸酯共聚物(PHAs)为以下物质之一种或两种的混合物：3-羟基丁酯-3-羟基戊酯共聚物(PHBV)，3-羟基丁酸酯-4-羟基丁酸酯共聚物(P-3HB-co-4HB)。
该玉米淀粉的颗粒大小为目数在150目以上。
该发泡剂为有机发泡剂偶氮二甲酰胺(AC)。
该助发泡剂为氧化锌(ZnO)。
该润滑剂为以下物质的一种或者多种的混合物：乙撑双硬酯酰胺、乙撑双油酸酰胺、硬脂酸锌、硬脂酸钙、聚乙烯蜡、硅树脂。
该防老化剂为以下物质的一种或者多种的混合物：β(3’，5’-二叔丁基-4’-羟基苯基)丙酸十八酯、四[3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇、亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯酯基)、硫代二丙酸二月桂酯、2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、2-(2′-羟基-3′，5′-二叔丁基苯基)-5-氯代苯并三唑。
上述生物降解发泡塑料的制造方法的包括以下步骤：
步骤1：取聚乳酸树脂100重量份，聚乳酸增塑剂10～20重量份，聚羟基烷酸酯共聚物10～50重量份，玉米淀粉20～60重量份，发泡剂8～17重量份，助发泡剂2～4重量份，润滑剂0.8～1.2重量份，防老化剂0.45～0.70重量份；
步骤2：先使聚乳酸树脂完全吸收聚乳酸增塑剂，然后与上述其它组分一起加入一搅拌机中混合均匀后，用一双螺杆挤出机造粒；
步骤3：将造粒后的共混物挤出成片材，然后模压发泡，或者将造粒后的共混物通过高压蒸汽发泡。
下面详细叙述该生物降解发泡塑料的4个制造备实施例。
实施例1
取聚乳酸树脂100重量份，聚乳酸增塑剂采用低聚物聚乳酸(OLA)10重量份，聚羟基烷酸酯共聚物采用3-羟基丁酯-3-羟基戊酯共聚物(PHBV)20重量份，玉米淀粉20重量份，发泡剂偶氮二甲酰胺(AC)17重量份；助发泡剂氧化锌(ZnO)4重量份；润滑剂1.0重量份采用以下混合物：乙撑双硬酯酰胺0.50重量份、硬脂酸锌0.30重量份、聚乙烯蜡0.20重量份；防老化剂0.6重量份采用以下混合物：四[3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇0.3重量份、亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯酯基)0.15重量份、2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮0.10重量份、2-(2′-羟基-3′，5′-二叔丁基苯基)-5-氯代苯并三唑0.05重量份；
先使聚乳酸(PLA)树脂完全吸收聚羟基烷酸酯共聚物(PHAs)，然后与其它组分一起加入搅拌机中混合均匀后，用双螺杆挤出机造粒；
然后单螺杆挤出机挤出成片材，再模压发泡。
双螺杆挤出机的各段温度自加料口开始，依次为130～140℃、135～145℃、135～145℃、135～145℃、135～145℃、135～145℃，机头温度135～140℃。
挤出成片时的温度应控制在145℃以下，模压发泡时的模具温度为165～190℃，时间为5～10分钟。
实施例2
取聚乳酸树脂100重量份，聚乳酸增塑剂采用聚乙二醇(PEG)10重量份，聚羟基烷酸酯共聚物采用3-羟基丁酯-3-羟基戊酯共聚物(PHBV)30重量份，玉米淀粉20重量份，发泡剂偶氮二甲酰胺(AC)17重量份；助发泡剂氧化锌(ZnO)4重量份；润滑剂0.8重量份采用以下混合物：乙撑双油酸酰胺0.40重量份、硬脂酸钙0.20重量份、聚乙烯蜡0.20重量份；防老化剂0.45重量份采用以下混合物：β(3’，5’-二叔丁基-4’-羟基苯基)丙酸十八酯0.20重量份、亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯酯基)0.10重量份、2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮0.10重量份、2-(2′-羟基-3′，5′-二叔丁基苯基)-5-氯代苯并三唑0.05重量份；
先使聚乳酸(PLA)完全吸收聚乳酸增塑剂，然后与其他材料一起加入搅拌机中混合均匀后，用双螺杆挤出机挤出造粒为粒径为3mm的粒子；
再高压蒸汽发泡。
双螺杆挤出机各段温度自加料口开始，依次为130～140℃、135～145℃、135～145℃、135～145℃、135～145℃、135～145℃，机头温度135～140℃。
将以上粒子，放入多孔模具中，在0.6～1.0MPa(相应温度为160～180℃)的蒸汽压力下使发泡剂分解，时间3～8分钟，树脂发泡充满模腔，冷却、脱模，制得泡沫塑料。
实施例3
取聚乳酸树脂100重量份、聚乳酸增塑剂采用聚乳酸-乙二醇共聚物(PLA-PEG)20重量份，聚羟基烷酸酯共聚物采用3-羟基丁酸酯-4-羟基丁酸酯共聚物(P-3HB-co-4HB)10重量份、玉米淀粉40重量份，发泡剂偶氮二甲酰胺(AC)12重量份；助发泡剂氧化锌(ZnO)3重量份；润滑剂1.2重量份采用以下混合物：乙撑双油酸酰胺0.50重量份、硬脂酸钙0.40重量份、聚乙烯蜡0.30重量份；防老化剂0.70重量份采用以下混合物：四[3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇0.30重量份、亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯酯基)0.15重量份、硫代二丙酸二月桂酯0.10重量份、2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮0.10重量份、2-(2′-羟基-3′，5′-二叔丁基苯基)-5-氯代苯并三唑0.05重量份；
使聚乳酸(PLA)树脂完全吸收聚乳酸增塑剂，然后与其它组分一起加入搅拌机中混合均匀后，用双螺杆挤出机造粒；
然后单螺杆挤出机挤出成片材，再模压发泡。
双螺杆挤出机各段温度自加料口开始，依次为130～140℃、135～145℃、135～145℃、135～145℃、135～145℃、135～145℃，机头温度135～140℃。
挤出成片时的温度应控制在145℃以下，模压发泡时的模具温度为165～190℃，时间为5～10分钟。
实施例4
取低分子量聚乳酸(PLA)树脂100重量份、聚乳酸增塑剂采用聚乳酸-乙二醇共聚物(PLA-PEG)15重量份，聚羟基烷酸酯共聚物采用3-羟基丁酸酯-4-羟基丁酸酯共聚物(P-3HB-co-4HB)50重量份，玉米淀粉60重量份，发泡剂偶氮二甲酰胺(AC)8份；助发泡剂氧化锌(ZnO)2份；润滑剂1.0重量份采用以下混合物：乙撑双硬脂酸酰胺0.50重量份、硬脂酸钙0.25重量份、聚乙烯蜡0.25重量份；防老化剂0.55重量份采用以下混合物：四[3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇0.20重量份、亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯酯基)0.10重量份和亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯酯基)0.10重量份、2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮0.10重量份、2-(2′-羟基-3′，5′-二叔丁基苯基)-5-氯代苯并三唑0.05重量份；
先使聚乳酸(PLA)完全吸收聚乳酸增塑剂，然后与其他材料一起加入搅拌机中混合均匀后，用双螺杆挤出机挤出造粒为粒径为3mm的粒子；
再高压蒸汽发泡；
双螺杆挤出机各段温度自加料口开始，依次为130～140℃、135～145℃、135～145℃、135～145℃、135～145℃、135～145℃，机头温度135～140℃。
将以上粒子，放入多孔模具中，在0.6～1.0MPa(相应温度为160～180℃)的蒸汽压力下使发泡剂分解，时间3～8分钟，树脂发泡充满模腔，冷却、脱模，制得泡沫塑料。
上述各实施例制造的生物降解发泡塑料的主要性能指标列举于表1。
表1本发明各实施例制备的生物降解发泡塑料的主要性能指标
由表1可以看出，本发明生物降解发泡塑料，密度小，比强度高，尺寸稳定性好，吸水率低。它可完全生物降解，是一种新兴环保包装材料。
Claims (12)
1. 一种生物降解发泡塑料，其包括以下组分及含量：
聚乳酸树脂 100份；
聚乳酸增塑剂 10～20份；
聚羟基烷酸酯共聚物 10～50份；
玉米淀粉 20～60份；
发泡剂 8～17份；
助发泡剂 2～4份；
润滑剂 0.8～1.2份；
防老化剂 0.45～0.70份；
其用量按重量计。
2. 根据权利要求1所述的生物降解发泡塑料，其特征在于：该聚乳酸树脂的分子量为20万至30万。
3. 根据权利要求2所述的生物降解发泡塑料，其特征在于：该聚乳酸增塑剂为以下物质之一种或多种的混合物：低聚物聚乳酸、聚乙二醇、聚乳酸-乙二醇共聚物。
4. 根据权利要求2所述的生物降解发泡塑料，其特征在于：该聚羟基烷酸酯共聚物为以下物质之一种或两种的混合物：3-羟基丁酯-3-羟基戊酯共聚物、3-羟基丁酸酯-4-羟基丁酸酯共聚物。
5. 根据权利要求1所述的生物降解发泡塑料，其特征在于：该玉米淀粉的颗粒大小为目数在150目以上。
6. 根据权利要求1所述的生物降解发泡塑料，其特征在于：该发泡剂为有机发泡剂偶氮二甲酰胺，该助发泡剂为氧化锌。
7. 根据权利要求6所述的生物降解发泡塑料，其特征在于：该润滑剂为以下物质的一种或者多种的混合物：乙撑双硬酯酰胺、乙撑双油酸酰胺、硬脂酸锌、硬脂酸钙、聚乙烯蜡、硅树脂。
8. 根据权利要求1、2、3、4或者5所述的生物降解发泡塑料，其特征在于：该防老化剂为以下物质的一种或者多种的混合物：β(3’，5’-二叔丁基-4’-羟基苯基)丙酸十八酯、四[3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇、亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯酯基)、硫代二丙酸二月桂酯、2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、2-(2′-羟基-3′，5′-二叔丁基苯基)-5-氯代苯并三唑。
9. 一种制造如权利要求1所述的生物降解发泡塑料的制造方法，其特征在于，其包括以下步骤：
步骤1：取聚乳酸树脂100重量份，聚乳酸增塑剂10～20重量份，聚羟基烷酸酯共聚物10～50重量份，玉米淀粉20～60重量份，发泡剂8～17重量份，助发泡剂2～4重量份，润滑剂0.8～1.2重量份，防老化剂0.45～0.70重量份；
步骤2：先使聚乳酸树脂完全吸收聚乳酸增塑剂，然后与上述其它组分一起加入一搅拌机中混合均匀后，用一双螺杆挤出机造粒；
步骤3：将造粒后的共混物挤出成片材，然后模压发泡，或者将造粒后的共混物通过高压蒸汽发泡。
10. 根据权利要求9所述的生物降解发泡塑料的制造方法，其特征在于：该双螺杆挤出机的各段温度自加料口开始，依次为130～140℃、135～145℃、135～145℃、135～145℃、135～145℃、135～145℃，机头温度135～140℃。
11. 根据权利要求9所述的生物降解发泡塑料的制造方法，其特征在于：挤出成片材时的温度应控制在145℃以下，模压发泡时的模具温度为165～190℃，时间为5～10分钟。
12. 根据权利要求9所述的生物降解发泡塑料的制造方法，其特征在于，高压蒸汽发泡时，直接用共混物粒子在多孔模具中通过高压蒸汽发泡，蒸汽压力为0.6～1.0MPa，相应温度为160～180℃，时间3～8分钟。
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