CN103819885B - 一种聚乳酸发泡材料及其制备方法 - Google Patents

一种聚乳酸发泡材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及聚乳酸发泡材料及其制备方法，属于高分子材料加工领域。本发明以生物降解聚合物聚乳酸为基体材料，将聚乳酸(PLA)，聚烯烃类聚合物聚乙烯(PE)或聚丙烯(PP)，乙烯-丁烯-苯乙烯(SEBS)嵌段共聚物或马来酸酐接枝的SEBS(SEBS-g-MAH)共混，利用螺杆挤出机共混造粒或挤出片材、条状材料等，然后采用物理发泡剂，利用连续挤出发泡、注射发泡或间歇釜压发泡方法进行发泡或直接将上述材料的混合物在螺杆挤出机中连续挤出发泡，可制备片材、条状、结构件、发泡珠粒等形式的发泡材料，具有质量轻、环保、良好的机械性能和耐热性，可二次加工等优点，可用于包装、结构件、缓冲、吸附材料等。

Description

一种聚乳酸发泡材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及聚合物发泡材料及其加工方法，属于高分子材料加工领域。
背景技术
随着高分子材料的迅速发展，人类面临着环境污染和资源短缺的严重问题。为了减少塑料对环境的污染问题，一方面对废旧塑料进行回收再利用，另一方面研究开发可自然降解的新材料。因此研究开发可降解的高分子材料成为20世纪70年代以来的重要课题，受到世界范围内的关注。
聚乳酸(PLA)与一般的合成高分子材料不同，具有可生物降解性和植物来源性两大特点，是一种新型的、对环境友好且性能优良的高分子材料，能够在减少环境污染、节省石油资源以及减轻地球温室效应方面展开很多颇具意义的应用。同时，聚乳酸发泡材料具有取代石油基发泡塑料用作包装和生活消费品的巨大潜力。
但是PLA是结晶型聚合物，熔体强度低，可加工的工艺窗口窄，加工过程不稳定(如热降解、氧化、水解等)，易造成分子链断裂，熔体强度进一步降低。针对以上PLA难于发泡的技术难点，国内外研究者进行了广泛研究，采取多种措施来改善PLA的发泡性能。如加入纳米粒子改善其发泡性能、采用扩链剂增大分子量、通过改变工艺条件的发泡等。这些方法在一定程度上改善了PLA的发泡性能，但是大多还是处于实验研究阶段，其中的一些方法应用到连续挤出过程或注射过程，在泡孔结构的调控上还存在很大的难度。
中国专利CN101151310、CN101362833、CN101619158、CN101880404A等公开了聚乳酸发泡材料组成或制备方法。在CN101151310中涉及聚乳酸和聚乳酸与聚烯烃树脂共混材料，通过加入异丁烯作为发泡剂得到发泡材料；CN101362833和CN101619158均采用在材料中加入成核剂、发泡剂、发泡助剂后再利用模压发泡方法来制备发泡材料，是化学发泡方法；CN101880404A涉及一种聚乳酸发泡方法，将聚乳酸与聚己二酸对苯二甲酸丁二酯(PBAT)共混然后在超临界CO2中饱和发泡的方法进行发泡，未涉及到连续挤出或注射发泡方法。
发明内容
本发明的目的在于针对聚乳酸发泡成型的难点和现有技术的一些不足，提供一种基于生物降解聚乳酸的发泡材料及其制备方法。本发明是通过以下技术方案实现的，发泡材料以生物降解聚合物聚乳酸为基体材料，包括质量百分含量在50％-90％聚乳酸(PLA)，质量百分含量在5％-30％聚烯烃类聚合物聚乙烯或聚丙烯，质量百分含量在5％-20％的乙烯-丁烯-苯乙烯(SEBS)嵌段共聚物或马来酸酐接枝的SEBS(SEBS-g-MAH)，利用螺杆挤出机对上述材料进行共混造粒或挤出片材、条状材料等，然后采用物理发泡剂进行发泡，利用连续挤出发泡、注射发泡或间歇釜压发泡方法进行发泡或直接将上述材料的混合物在螺杆挤出机中连续挤出发泡。本发明包括如下步骤：
第一步，将经过烘干处理的质量百分含量为50～90％的聚乳酸(PLA)、质量百分含量为5-30％的聚烯烃类聚合物聚乙烯或聚丙烯、质量百分含量在5％-20％的乙烯-丁烯-苯乙烯(SEBS)嵌段共聚物或马来酸酐接枝的SEBS(SEBS-g-MAH)，在螺杆挤出机中共混，挤出粒状、片状或细丝状共混材料或将至少含有上述质量百分含量的材料在连续挤出发泡设备中直接连续挤出发泡，得到发泡材料；
第二步，将制备的共混粒料采用物理发泡剂连续挤出发泡、注射发泡方法制备发泡材料或将粒状、片状、细丝状共混材料利用间歇釜压发泡方法进行发泡。
一种聚乳酸发泡材料，所述发泡材料是以生物降解聚合物聚乳酸为基体材料的共混发泡材料，共混发泡材料的聚合物基体包括质量百分含量在50％-90％聚乳酸(PLA)，质量百分含量在5％-30％聚烯烃类聚合物聚乙烯或聚丙烯，质量百分含量在5％-20％的乙烯-丁烯-苯乙烯(SEBS)嵌段共聚物或马来酸酐接枝的SEBS(SEBS-g-MAH)，所述发泡材料采用物理发泡剂进行发泡。
所述聚乳酸发发泡材料具有部分开孔或完全开孔的泡孔结构，材料密度在0.1-0.8g/cm3之间。
所述物理发泡剂为戊烷、丁烷及超临界状态的CO2、N2，超临界CO2压力在7.38-30MPA之间。
所述聚乳酸发发泡材料可为板材、片材、棒材、条状、细丝、结构件、发泡珠粒形式。
所述聚乳酸发泡材料的制备方法，所述方法是以生物降解聚合物聚乳酸为基体的共混材料的发泡，包括如下步骤：
第一步，将经过烘干处理的质量百分含量为50～90％的聚乳酸(PLA)、质量百分含量为5-30％的聚烯烃类聚合物聚乙烯或聚丙烯、质量百分含量在5％-20％的乙烯-丁烯-苯乙烯(SEBS)嵌段共聚物或马来酸酐接枝的SEBS(SEBS-g-MAH)，在螺杆挤出机中共混，挤出粒状、片状或细丝状共混材料或将至少含有上述质量百分含量的材料在连续挤出发泡设备中直接连续挤出发泡，得到发泡材料；
第二步，将制备的共混粒料采用物理发泡剂连续挤出发泡、注射发泡方法制备发泡材料或将粒状、片状、细丝状共混材料利用间歇釜压发泡方法进行发泡。
所述聚乳酸发泡材料的制备方法中螺杆挤出机的温度范围为151℃-220℃，连续挤出发泡挤出机温度范围为151℃-220℃，间歇釜压发泡温度范围为135℃-200℃。
所述聚乳酸发泡材料的制备方法得到的发泡材料具有部分开孔或完全开孔的泡孔结构，材料密度在0.1-0.8g/cm3之间。
所述聚乳酸发泡材料制备方法的物理发泡剂为戊烷、丁烷及超临界状态的CO2、N2，超临界CO2压力在7.38-30MPA之间。
所述聚乳酸发泡材料的制备方法可制备板材、片材、棒材、条状、细丝、结构件、发泡珠粒形式的发泡材料。
其优点在于：
(1)这种新型的共混发泡材料具有质量轻、环保、可二次加工、具有良好的机械性能和耐热性等优点，可用于包装、结构件、缓冲材料、吸附材料等。
(2)根据材料比例和工艺条件便于调控发泡材料泡孔结构。
(3)发泡材料除了包括三种基本的聚合物基体外，还可根据需要添加相应的助剂，如相容剂、成核剂、发泡助剂、填充剂、纳米填料、阻燃剂、着色剂、抗氧剂、光、热稳定剂及其他加工助剂和功能性填料或助剂等。
(4)材料的成型方法多样，可根据需要采用连续挤出发泡成型、注射发泡成型或间歇釜压发泡等，所用发泡剂可以是超临界CO2和超临界N2，也可是低沸点液体如戊烷、丁烷等，所得发泡材料形式多样，可以是片材、薄板材、棒材、条状材料、细丝、结构件、或发泡珠粒等形式。
附图说明
图1为采用间歇釜压发泡方法所得发泡材料的切断面图；
图2为发泡材料脆断面的扫描电镜图。
具体实施方式
下面通过一实施例，对本技术发明的技术方案进一步具体的说明，但本发明并不限于此实施例。
具体实施例
将聚乳酸于烘箱内进行烘干，温度80℃，时间6-10小时，将质量百分含量为50-90％的聚乳酸(美国NatureWorks4032D)和质量百分含量为5-30％的线性低密度聚乙烯(LLDPE中国石油化工股份有限公司齐鲁分公司)与质量百分含量为5-20％的马来酸酐接枝的苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS-g-MA，FG-1901X，熔体流动速率22g/10min(230℃，5Kg)，马来酸酐接枝率1.4-2.0wt％)，混合均匀，采用双螺杆挤出机挤出直径为2-5mm的条状共混材料，将此条状材料截成长度为5-15mm的短条，将此条状材料用超临界CO2间歇釜压发泡方法进行发泡，釜内温度为140-170℃，采用的超临界CO2压力为8-25MPa，在此温度和压力条件下渗透30-120分钟，然后快速释放釜内压力，得到以聚乳酸为基体的发泡材料，所得发泡材料密度在0.1-0.6g/cm3间，表面光滑，切断面呈均匀的白色，如附图1所示。泡孔尺寸及泡孔分布均匀，泡孔结构为开孔结构，如附图2所示，放大倍数为50倍。

Claims (5)

1.一种具有部分开孔或完全开孔泡孔结构的聚乳酸发泡材料，所述发泡材料是以生物降解聚合物聚乳酸为基体材料的共混发泡材料，其特征在于：
共混发泡材料的聚合物基体包括质量百分含量在50％-90％聚乳酸(PLA)，质量百分含量在5％-30％聚烯烃类聚合物聚乙烯或聚丙烯，质量百分含量在5％-20％的马来酸酐接枝的乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物；
所述发泡材料采用物理发泡剂进行发泡；所述物理发泡剂为超临界状态的CO2、N2，超临界CO2压力在7.38-30MPA之间。
2.根据权利要求1所述的聚乳酸发泡材料，其特征在于发泡材料密度在0.1-0.8g/cm3之间。
3.根据权利要求1所述的聚乳酸发泡材料，其特征在于发泡材料可为板材、片材、棒材、条状、细丝、结构件、发泡珠粒形式。
4.制备如权利要求1所述聚乳酸发泡材料的方法，所述方法是以生物降解聚合物聚乳酸为基体的共混材料的发泡，其特征在于：包括如下步骤：
第一步，将经过烘干处理的质量百分含量为50～90％的聚乳酸(PLA)、质量百分含量为5-30％的聚烯烃类聚合物聚乙烯或聚丙烯、质量百分含量在5％-20％的乙烯-丁烯-苯乙烯(SEBS)嵌段共聚物或马来酸酐接枝的SEBS(SEBS-g-MAH)，在螺杆挤出机中共混，挤出粒状、片状或细丝状共混材料或将含有上述质量百分含量的材料在连续挤出发泡设备中直接连续挤出发泡，得到发泡材料；
第二步，将制备的共混粒料采用物理发泡剂，利用连续挤出发泡、注射发泡方法制备发泡材料或将粒状、片状、细丝状共混材料利用间歇釜压发泡方法进行发泡。
5.根据权利要求4所述方法，其特征在于：所述螺杆挤出机的温度范围为151℃-220℃，连续挤出发泡挤出机温度范围为151℃-220℃，间歇釜压发泡的温度范围为135℃-200℃。
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