CN101613486A - 一种生物可降解材料聚己二酸-对苯二甲酸-丁二醇酯发泡粒子的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种生物可降解材料聚己二酸-对苯二甲酸-丁二醇酯(PBAT)发泡粒子的制备方法,其特点是将PBAT粒子置于温度为120~142℃的密闭容器内,保证粒子总体积不超过容器体积的1/25,向容器内充入8~20MPa的高压气体,恒温保压5~30min,随后以5~20MPa/s的速度卸压至常压,获得PBAT发泡粒子。PBAT发泡粒子的泡孔直径为10~260μm,密度为0.13g/cm3~0.35g/cm3。本发明的工艺流程简单、易于操作,生产周期短,成本低,有利于工业化生产。

Description

一种生物可降解材料聚己二酸-对苯二甲酸-丁二醇酯发泡粒子的制备方法
技术领域:
本发明涉及的是一种生物可降解材料聚己二酸-对苯二甲酸-丁二醇酯(PBAT)发泡粒子的制备方法,属于生物可降解高分子发泡材料的领域。
背景技术:
泡沫塑料是一种以高聚物为基体的聚合物/气体复合材料。由于这种材料一般都具有比强度高、抗冲击强度高、隔热性好、电绝缘性好的性能,所以被广泛应用在包装、飞机和汽车部件、运动器材、建筑材料和保温绝缘材料、以及医学等领域中。现有泡沫塑料品种主要有聚氨酯(EPU)、聚苯乙烯(EPS)、聚乙烯(EPE)三大类,但都有其局限性。EPU存在对人体有害的单体残留物,且无法除尽;EPS则因为“白色污染”早已在2005年被联合国组织禁止在全球范围内的餐饮和包装行业生产和使用;EPE耐热性差,虽可回收利用,但成本很高。由于它们都是生物不可降解材料,其应用领域越来越受到来自环保的压力和限制。随着当今社会对环境保护的日益重视,研发生物可降解的发泡塑料,在某些领域替代现有的泡沫塑料已是当务之急。
生物可降解材料主要有脂肪族聚酯、聚乳酸、淀粉、纤维素、聚酰胺等,当前发泡研究的主要是聚乳酸、淀粉及多元组合物。中国专利CN101362833、CN1495223,日本专利JP2008231283、JP2008231284,世界专利WO2006/038548、WO2006/103969、WO2007/083705涉及聚乳酸发泡的研究;CN1357562涉及植物淀粉为主体原料的发泡方法;CN101386703、CN1919926、CN1786072涉及聚乳酸/淀粉等制备的多元组合可降解发泡塑料的发泡方法。聚己二酸-对苯二甲酸-丁二醇酯(PBAT)是一种新型的生物可降解材料,具有与低密度聚乙烯(LDPE)相似的机械性能,因此在发泡材料、吹塑薄膜的应用中将有很好的应用前景。在2007年高分子年会上四川大学向明介绍了国内PBAT在吹塑薄膜方面的研究工作。US6,703,431 B2中涉及到了PBAT开孔发泡材料的制备和应用。CN101386685公开了利用超临界CO2制备PBAT发泡材料的方法。
随着对环境保护和制品性价比等要求的提高,以CO2、N2、丁烷和戊烷等作为发泡剂的物理发泡方法受到广泛重视。CN101386685是用超临界CO2制备PBAT发泡材料,此方法是在温度60~110℃范围内,将PBAT材料置于超临界CO2流体中进行溶胀至少2小时,然后快速卸压得到PBAT发泡材料,但是该方法生产周期长,不利于工业化生产。因此目前急需研制能够满足工业发展需要的PBAT物理发泡方法。
发明内容:
本发明的目的是针对现有技术的不足,而提供一种聚己二酸-对苯二甲酸-丁二醇酯(PBAT)发泡粒子的制备方法,其特点是设备要求低,工艺流程简单,易于操作,生产周期短,有利于工业化生产。
本发明的目的有以下技术措施实现
生物可降解材料PBAT发泡粒子的制备方法
将PBAT粒子置于温度为120~142℃的密闭容器内,保证粒子总体积不超过模具体积的1/25,向密闭容器内充入8~20MPa的高压气体,恒温保压5~30min,使高压气体能够在PBAT粒子中充分溶解,随后以5~20MPa/s的速度卸压至常压,取出后在常温下冷却,获得PBAT发泡粒子。
PBAT粒子为PBAT或用各种添加剂改性的PBAT粒子。
添加剂为扩链剂、成核剂、增塑剂、抗氧剂、抗静电剂、阻燃剂和染色剂中的至少一种。
高压气体为二氧化碳、氮气、丁烷、或戊烷中的任一种。
本发明中纯PBAT的密度为1.23g/cm3,扩链PBAT的密度为1.16g/cm3;获得发泡粒子的密度为0.13~0.35g/cm3,泡孔直径为10~260μm,发泡倍率为3~9倍。
本发明使用的扩链剂、成核剂、增塑剂、抗氧剂、抗静电剂、阻燃剂和染色剂都是本领域公知的技术,可以分别或共同使用,其前提条件是这些添加剂对实现本发明的目的以及对本发明优良效果的取得不产生不利影响。
性能测试:
采用的孔径分析测试仪器为光学显微镜。
将PBAT发泡粒子切成薄片,放在光学显微镜下以观察泡孔均匀程度并测量泡孔直径。光学显微镜为爱国者数码观测王GE-5,其软件自带图像测量功能。
发泡粒子照片使用爱国者数码相机V1018拍照。发泡粒子发泡密度以美国试验材料学会标准ASTM D792-08进行测定。
发泡倍率计算公式:
n = ρ p ρ f
n:发泡倍率,ρp:树脂基体的密度,ρf:发泡粒子的密度。
本发明具有如下优点:
PBAT高分子材料是一种可以完全生物降解的材料,高压气体无污染,因此本发明制备的PBAT发泡材料是一种完全绿色的发泡材料。本发明的制备方法工艺流程简单,易于操作,生产周期短,利于工业化生产,推动发泡材料领域的迅速发展,促进发泡材料的应用。
附图说明:
图1为实施例1纯PBAT粒子发泡前后粒径对比图
图2为实施例1纯PBAT粒子发泡后光学显微镜照片
图3为实施例6扩链PBAT粒子发泡前后粒径对比图
图4为实施例6扩链PBAT粒子发泡后光学显微镜照片
具体实施方法:
下面通过实施例对本发明进行具体的描述,有必要在此指出的是本实施例只用于对本发明作进一步说明,不能理解为对本发明保护范围的限制,该领域的技术熟练人员可以根据上述本发明的内容作出一些非本质的改进和调整。
实施例1
将纯PBAT粒子置于容器内,保证粒子总体积不超过容器体积的1/25,使粒子有足够的空间进行发泡。待容器达到设定温度136℃,充入20MPa的高压N2,恒温保压10min,随后以10MPa/s的速度卸压至常压。取出发泡材料,并对其进行光学显微镜分析和密度测量。PBAT发泡粒子的泡孔直径为80μm,密度为0.15g/cm3,发泡倍率为8.2倍。粒子发泡前后粒径对比如图1所示,发泡后光学显微镜照片如图2所示。
实施例2
将纯PBAT粒子置于容器内,保证粒子总体积不超过容器体积的1/25,使粒子有足够的空间进行发泡。待容器达到设定温度130℃,充入15MPa的高压N2,恒温保压20min,随后以20MPa/s的速度卸压至常压。取出发泡材料,并对其进行光学显微镜分析和密度测量。PBAT发泡粒子的泡孔直径为45μm,密度为0.32g/cm3,发泡倍率为3.8倍。
实施例3
将纯PBAT粒子置于容器内,保证粒子总体积不超过容器体积的1/25,使粒子有足够的空间进行发泡。待容器达到设定温度138℃,充入20MPa的高压N2,恒温保压15min,随后以10MPa/s的速度卸压至常压。取出发泡材料,并对其进行光学显微镜分析和密度测量。PBAT发泡粒子的泡孔直径为90μm,密度为0.14g/cm3,发泡倍率为8.8倍。
实施例4
将纯PBAT粒子置于容器内,保证粒子总体积不超过容器体积的1/25,使粒子有足够的空间进行发泡。待容器达到设定温度135℃,充入8MPa的高压N2,恒温保压30min,随后以15MPa/s的速度卸压至常压。取出材料,并对其进行光学显微镜分析和密度测量。PBAT发泡粒子的泡孔直径为260μm,密度为0.23g/cm3,发泡倍率为5.3倍。
实施例5
将纯PBAT粒子置于容器内,保证粒子总体积不超过容器体积的1/25,使粒子有足够的空间进行发泡。待容器达到设定温度140℃,充入18MPa的高压N2,恒温保压12min,随后以5MPa/s的速度卸压至常压。取出发泡材料,并对其进行光学显微镜分析和密度测量。PBAT发泡粒子的泡孔直径为103μm,密度为0.19g/cm3,发泡倍率为6.5倍。
实施例6
扩链PBAT是将PBAT和2%的扩链剂过氧化二异丙苯(DCP)通过HAAKE公司的共混流变仪在温度为170℃,转速为60rpm的条件下,混合10min,进行挤出造粒。
将扩链PBAT粒子置于容器内,保证粒子总体积不超过容器体积的1/25,使粒子有足够的空间进行发泡。待容器达到设定温度136℃,充入20MPa的高压N2,恒温保压10min,随后以10MPa/s的速度卸压至常压。取出发泡材料,并对其进行光学显微镜分析和密度测量。PBAT发泡粒子的泡孔直径为60μm,密度为0.13g/cm3,发泡倍率为8.9倍。粒子发泡前后粒径对比如图3所示,发泡后光学显微镜照片如图4所示。
实施例7
将扩链PBAT粒子置于容器内,保证粒子总体积不超过容器体积的1/25,使粒子有足够的空间进行发泡。待容器达到设定温度142℃,充入15MPa的高压N2,恒温保压10min,随后以15MPa/s的速度卸压至常压。取出发泡材料,对其进行光学显微镜分析和密度测量。PBAT发泡粒子的泡孔直径为160μm,密度为0.22g/cm3,发泡倍率为5.3倍。
实施例8
将扩链PBAT粒子置于容器内,保证粒子总体积不超过容器体积的1/25,使粒子有足够的空间进行发泡。待容器达到设定温度138℃,充入18MPa的高压N2,恒温保压5min,随后以10MPa/s的速度卸压至常压。取出发泡材料,并对其进行光学显微镜分析和密度测量。PBAT发泡粒子的泡孔直径为70μm,密度为0.16g/cm3,发泡倍率为7.2倍。
实施例9
将扩链PBAT粒子置于容器内,保证粒子总体积不超过容器体积的1/25,使粒子有足够的空间进行发泡。待容器达到设定温度137℃,充入8MPa的高压N2,恒温保压10min,随后以10MPa/s的速度卸压至常压。取出发泡材料,对其进行光学显微镜分析和密度测量。PBAT发泡粒子的泡孔直径为260μm,密度为0.24g/cm3,发泡倍率为4.8倍。
实施例10
将扩链PBAT粒子置于容器内,保证粒子总体积不超过容器体积的1/25,使粒子有足够的空间进行发泡。待容器达到设定温度120℃,充入20MPa的高压N2,恒温保压20min,随后以20MPa/s的速率卸压至常压。取出发泡材料,对其进行光学显微镜分析和密度测量。PBAT发泡粒子的泡孔直径为10μm,密度为0.35g/cm3,发泡倍率为3.3倍。

Claims (5)

1、一种生物可降解材料聚己二酸-对苯二甲酸-丁二醇酯发泡粒子的制备方法,其特征在于该方法包括以下步骤:
将聚己二酸-对苯二甲酸-丁二醇酯粒子置于温度为120~142℃的密闭容器内,保证粒子总体积不超过容器体积的1/25,向容器内充入8~20MPa的高压气体,恒温保压5~30min,随后以5~20MPa/s的速度卸压至常压,获得聚己二酸-对苯二甲酸-丁二醇酯发泡粒子。
2、根据权利要求1所述聚己二酸-对苯二甲酸-丁二醇酯发泡粒子的制备方法,其特征在于聚己二酸-对苯二甲酸-丁二醇粒子为纯聚己二酸-对苯二甲酸-丁二醇酯或用添加剂改性的聚己二酸-对苯二甲酸-丁二醇酯中的任一种。
3、根据权利要求1或2所述聚己二酸-对苯二甲酸-丁二醇酯发泡粒子的制备方法,其特征在于添加剂为扩链剂、成核剂、增塑剂、抗氧剂、抗静电剂、阻燃剂和染色剂中的至少一种。
4、根据权利要求1所述聚己二酸-对苯二甲酸-丁二醇酯发泡粒子的制备方法,其特征在于高压气体为二氧化碳、氮气、丁烷或戊烷中的任一种。
5、根据权利要求1所述聚己二酸-对苯二甲酸-丁二醇酯发泡粒子的制备方法,其特征在于聚己二酸-对苯二甲酸-丁二醇酯发泡粒子的密度为0.13~0.35g/cm3,泡孔直径为10~260μm,发泡倍率为3~9倍。
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