CN101899167A - 聚乳酸发泡方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种聚乳酸发泡方法，包括如下步骤：A、将聚乳酸与微球混合；B、将聚乳酸颗粒和微球在挤出机中挤成聚乳酸片材，在挤出过程中使聚乳酸颗粒和微球充分混合在一起，并使微球受热产生膨胀，使得聚乳酸熔体呈现发泡形态；C、经双轴压辊机，得到光滑平整的聚乳酸发泡体材料。本发明采用新型热塑性微球，不容易出现泡孔合并、塌陷；且是一次发泡成型技术，较之传统二次发泡技术，没有发泡剂分解过程，因而具有快速、节能高效、清洁、操作简便、产品性能佳、工艺简单、成本较低等优点。本发明还采用轻度交联，有效的解决了聚乳酸熔体强度不高的难题。
Description
技术领域
本发明涉及利用一种新型生物降解材料聚乳酸(PLA)的发泡方法。
背景技术
聚乳酸作为一种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产品。而聚乳酸的发泡材料研制仍处于初级阶段，目前多数是利用聚乳酸与淀粉为基材及适当添加AC发泡剂来生产低发泡倍率的微发泡产品。AC发泡剂由于其发泡量大及分解温度可调节，广泛运用于聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚酰胺、ABS及各种橡胶等低剪切速率下的高黏度、剪切变稀、高黏弹性的合成材料。但聚乳酸属于结晶型聚合物，熔体强度不高，并且由于其加工的不稳定性(如热降解、氧化、水解等)，容易造成分子链断裂，使熔体强度进一步降低，如果用AC发泡剂，则在泡孔长大过程中，因熔体强度不够高，无法维持泡孔形态，容易出现泡孔合并、塌陷。而且由于采用AC发泡剂属二次发泡技术(即先在低温将材料与发泡剂共混，共混材料经过一个升温过程将发泡剂分解后生成发泡材料)，问题更为突出。
发明内容
本发明的目的就是为了解决现有发泡方法容易出现泡孔合并、塌陷的问题。
为此，本发明提出一种聚乳酸发泡方法，其特征是包括如下步骤：A、将聚乳酸与微球混合；B、将聚乳酸颗粒和微球在挤出机中挤成聚乳酸片材，在挤出过程中使聚乳酸颗粒和微球充分混合在一起，并使微球受热产生膨胀，使得聚乳酸熔体呈现发泡形态；C、经双轴压辊机，得到光滑平整的聚乳酸发泡体材料。
优选地：
所述微球包括封入气体和热塑性聚合物外壳，其平均直径范围6～45微米，密度为1000～1300千克/立方米，膨胀温度范围80～190℃，当加热微球时热塑性聚合物外壳软化，冷却微球导致热塑性聚合物外壳再次变硬。
在步骤A中的混合过程中，还添加过氧化物交联剂，所述过氧化物交联剂是下述物质中的一种或多种：过氧化二叔丁基，过氧化二异丙苯，过氧化苯甲酰，双叔丁过氧化二异丙苯，叔丁基过氧化苯甲酸盐，过氧化苯甲酸叔丁酯。
在步骤A中的混合过程中，还添加助交联剂，所述助交联剂是下述物质中的一种或多种：甲基丙烯酸甲酯，邻苯二甲酸二烯丙酯，三烯丙基氰脲酸酯，马来酰胺类。
所述微球是EXPANCEL微球。
在步骤A之前还包括以下步骤：A1、将聚乳酸材料充分干燥；A2、对交联剂、助交联剂、微球进行预处理。
所述步骤A1中，将聚乳酸材料于60-110℃条件下，真空干燥2-5小时；所述步骤A2中，所述预处理是将交联剂、助交联剂和微球于真空60℃干燥三小时；挤出时的温度为100～200℃；混合时相对于聚乳酸的质量含量为：交联剂wt0.1-1.0％，助交联剂wt0.05-0.1％，微球wt1-10％。
本发明采用新型热塑性微球制作聚乳酸发泡材料，不容易出现泡孔合并、塌陷；且是一次发泡成型技术，较之传统二次发泡技术，没有发泡剂分解过程，因而具有快速、节能高效、清洁、操作简便、产品性能佳、工艺简单、成本较低等优点。
本发明还采用轻度交联，有效的解决了聚乳酸熔体强度不高的难题。
具体实施方式
在下述本发明实施例中，通过采用如下手段，解决了微球发泡聚乳酸材料研制中的以上问题：
其一，添加过氧化物交联剂：如过氧化二叔丁基，过氧化二异丙苯，过氧化苯甲酰，双叔丁过氧化二异丙苯，叔丁基过氧化苯甲酸盐。过氧化苯甲酸叔丁酯。
并添加助交联剂：甲基丙烯酸甲酯，邻苯二甲酸二烯丙酯，三烯丙基氰脲酸酯，马来酰胺类等对聚乳酸进行轻度交联，使其达到空间立体网状结构。
实验证实，聚乳酸分子量越高及适量的网状结构的存在，PLA熔体的熔体强度会越高，并且可以抵消加工过程中PLA降解导致分子量降低的影响，提高PLA的发泡性能，避免因熔体强度不够而无法维持泡孔形态，出现泡孔合并、塌陷的现象。
其次，突破传统的使用AC发泡剂进行聚乳酸发泡的方法，AC发泡剂在发泡过程中由于发泡量大，不利于控制而导致局部气泡量不均，致使材料的破裂与坍塌。本发明实施例发泡体乃采用一种新型热塑性微球，微球由封入气体和热塑性聚合物外壳组成，这些空心球的平均直径范围从6～45微米，密度为1000～1300千克/立方米，微球完全膨胀的体积增大超过40倍，导致真密度低于30千克/立方米，典型膨胀温度范围从80～190℃，当加热微球时，外壳内的气体压力增加并且热塑外壳软化，导致微球体积的显著增加。发泡加工成型过程中，这些均匀分散在聚乳酸材料中的微球，在一定温度下(80～190℃)体积逐步增大，实验证明这些逐步增大的微球体在加工完成后能完美的保留于聚乳酸材料中，形成外观及性能俱佳的聚乳酸发泡材料。
在本实施例中，所述微球是AKZO NOBEL公司生产的一种发泡微球系列，EXPANCEL微球是小球型热塑性微球。目前多使用在喷涂，模塑成型，亚光和防滑，注射成型等应用技术领域。
本发明实施例提出的利用热塑性发泡微球制作聚乳酸发泡材料包括以下步骤：
1、聚乳酸材料的充分干燥；
2、交联剂、助交联剂和热塑性微球的预处理；
3、将聚乳酸材料与交联剂、助交联剂、热塑性微球在高混机(高速混合机，一种接通电源、设定混合时间，按动开关、通过机械传动使物料往复翻动来获得混合均匀的产品)中均匀混合；
3、预热双螺杆挤出机(一股塑料加工常用设备)设备，设定至要求温度(100～200℃)，摆放好双轴压辊机(一股做片材常用机械设备)位置；
4、将高混机中混合均匀的物料置入双螺杆挤出机料斗，开动双螺杆挤出机的主机，启动双螺杆挤出机的物料架料系统；
5、从双螺杆挤出机扁平模口挤出的PLA片材，经双轴压辊机后可得光滑，平整的聚乳酸发泡体材料，PLA颗粒和微球在螺杆挤出的过程中充分混合在一起，微球受热产生膨胀，使得PLA熔体呈现发泡形态；
6、聚乳酸发泡材料卷取。
更具体要求而言，本实施例包括如下步骤：
1、聚乳酸材料于100℃条件下，真空干燥3小时；
2、交联剂、助交联剂、热塑性微球在60℃下，真空干燥三个小时；
3、将聚乳酸材料与wt0.5％含量(相对于聚乳酸的质量含量)的交联剂，wt0.1％的助交联剂，wt3％含量的热塑性微球在高混机中均匀混合；
4、预热双螺杆挤出机，设定至要求温度120-140℃，在双螺杆挤出机模口处摆放好双轴压辊机；将高混机中混合均匀的物料置入双螺杆挤出机料斗，物料不超过料斗的2/3体积；开动双螺杆挤出机的主机，主机开始慢慢启动，逐渐增加主机转速至1440r/min左右稳定，稳定电流不超过30A；启动双螺杆挤出机的物料架料系统，喂料主机转速稳定在20r/min左右；
5、从双螺杆挤出机扁平模口出挤出的聚乳酸片材，经双轴压辊机后可得光滑、平整的聚乳酸发泡体材料；
6、聚乳酸发泡材料的卷取，包装。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种聚乳酸发泡方法，其特征是包括如下步骤：
A、将聚乳酸与微球混合；
B、将聚乳酸颗粒和微球在挤出机中挤成聚乳酸片材，在挤出过程中使聚乳酸颗粒和微球充分混合在一起，并使微球受热产生膨胀，使得聚乳酸熔体呈现发泡形态；
C、经双轴压辊机，得到光滑平整的聚乳酸发泡体材料。
2.如权利要求1所述的聚乳酸发泡方法，其特征是：所述微球包括封入气体和热塑性聚合物外壳，其平均直径范围6～45微米，密度为1000～1300千克/立方米，膨胀温度范围80～190℃，当加热微球时热塑性聚合物外壳软化，冷却微球导致热塑性聚合物外壳再次变硬。
3.如权利要求1或2所述的聚乳酸发泡方法，其特征是：在步骤A中的混合过程中，还添加过氧化物交联剂，所述过氧化物交联剂是下述物质中的一种或多种：过氧化二叔丁基，过氧化二异丙苯，过氧化苯甲酰，双叔丁过氧化二异丙苯，叔丁基过氧化苯甲酸盐，过氧化苯甲酸叔丁酯。
4.如权利要求3所述的聚乳酸发泡方法，其特征是：在步骤A中的混合过程中，还添加助交联剂，所述助交联剂是下述物质中的一种或多种：甲基丙烯酸甲酯，邻苯二甲酸二烯丙酯，三烯丙基氰脲酸酯，马来酰胺类。
5.如权利要求2所述的聚乳酸发泡方法，其特征是：所述微球是EXPANCEL微球。
6.如权利要求3所述的聚乳酸发泡方法，其特征是：在步骤A之前还包括以下步骤：
A1、将聚乳酸材料充分干燥；
A2、对交联剂、助交联剂、热塑性微球进行预处理。
7.如权利要求1或6所述的聚乳酸发泡方法，其特征是：
所述步骤A1中，将聚乳酸材料于60-110℃条件下，真空干燥2-5小时；
所述步骤A2中，所述预处理是将所述交联剂、助交联剂和微球于60℃下，真空干燥三小时；
挤出时的温度为100～200℃；
混合时相对于聚乳酸的质量含量为：交联剂wt0.1-1％，助交联剂wt 0.05-0.1％，微球wt 1-10％。
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