CN103923340A - 一种利用聚乳酸降解刻蚀制备多孔高分子材料的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用聚乳酸降解刻蚀制备多孔高分子材料的方法，将聚乳酸与目标高分子材料共混加工后，通过降解除去材料内的聚乳酸区域，保留目标高分子，以得到开孔联通结构的多孔高分子材料的技术，其中目标高分子包括聚酯，聚醚，脂肪族聚合物等所有与聚乳酸有良好共混性及共同加工性能的高分子材料。与现有技术相比，本发明具有制备过程温和，加工性能优异的特点，在共混物加工成型后，多孔结构的制备不再涉及改变高分子材料自身的形态和性质。

Description

一种利用聚乳酸降解刻蚀制备多孔高分子材料的方法

技术领域

本发明属于材料和化工等技术领域，具体涉及一种利用聚乳酸降解刻蚀制备多孔高分子材料的方法。

背景技术

多孔材料是一种由相互贯通或封闭的孔洞构成网络结构的材料，孔洞的边界或表面由支柱或平板构成，其典型的孔结构是由大量多面体形状的孔洞在空间聚集形成的三维结构，通常称之为“泡沫”材料，根据材料类型分类有多孔金属材料，多孔无机非金属材料及多孔高分子材料等，典型的多孔高分子材料例如泡沫塑料。由于多孔材料具有相对密度低、比强度高、比表面积高、重量轻、隔音、隔热、渗透性好等优点，其应用范围广，在航空、航天、化工、建材、冶金、原子能、石化、机械、医药和环保等诸多领域具有广泛的应用前景。

聚乳酸(Polylactic Acid或Polylactide，缩写：PLA)，是一种热塑性脂肪族聚酯。聚乳酸的重要特性是可以通过各种方式快速降解，最终的降解产物是水和二氧化碳，无环境污染。因此聚乳酸被认为是一种具备良好的使用性能的绿色环保塑料。

多孔材料的制备方法经过多年的研究发展，目前针对不同的材料，已经有多种成熟的制备工艺，但是针对特殊材料或满足特殊需要的制备工艺还在不断地发展中，绝大多数的制备工艺，其方法核心都是由材料和填充物结合成型，再消除填充物后其留下的空间即成为孔结构，填充物可以为气体(例如鼓泡法)，固体(例如盐淋洗法)，或液体(例如相变蒸馏法)。由此可见，填充物与原材料的有效结合及结构成型，和填充物的消除方式是制备多孔材料的重要影响因素。

聚乳酸作为一种天然树脂，拥有一般高分子材料通用的加工性，可与很多高分子材料有效共混加工，而聚乳酸的可降解性能，以及降解的最终产物无毒无害、不影响其他材料性能的特性，使其可以有效消除，因而作为制备多孔材料的填充物。目前关于利用聚乳酸做开孔填充物制备多孔材料的研究，还未见公开报道。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种利用聚乳酸降解刻蚀制备多孔高分子材料的方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种利用聚乳酸降解刻蚀制备多孔高分子材料的方法，其特征在于，将聚乳酸与目标高分子材料共混加工后，通过降解除去材料内的聚乳酸区域，保留目标高分子，以得到开孔联通结构的多孔高分子材料的技术，其中目标高分子包括聚酯，聚醚，脂肪族聚合物等所有与聚乳酸有良好共混性及共同加工性能的高分子材料。

所述的方法具体包括以下步骤：

(1)将聚乳酸加工成易于分散共混的原料形态，包括微粒或纤维状；具体尺寸由目标高分子的原料形态决定，两种组份的尺寸应相当(即一种组份的平均尺寸是另一种的0.5倍到2倍之间)

(2)将微粒或纤维状聚乳酸与目标高分子材料混合，搅拌5-20分钟，超声振荡分散5-10分钟，至两组分共混分散均匀后，加工成型；

(3)将步骤(2)所得共混产物置于降解液中，定时称量监测所得产物的失重，至产物不再失重即得产品。当产品不再失重则说明材料中的聚乳酸已经降解完成，此时产品应显现出多孔构造，工艺完成。

所述的聚乳酸被加工为微粒或纤维状，微粒尺寸为直径1微米-1毫米之间，纤维尺寸为直径1微米-200微米，长度200微米-2毫米之间，具体尺寸选用应与目标高分子的尺寸相当。

所述的聚乳酸与目标高分子材料的共混物中聚乳酸含量在50wt％-90wt％之间，含量过低则聚乳酸有较大几率被包裹在目标高分子中，不能与外界接触降解，构成开孔构造，含量过高则目标高分子组份太少，有较大几率不能贯连成型，配比制造时应根据目标高分子的性质可选用适当比例组份。

步骤(2)所述的加工成型采用常规塑料加工工艺成型，包括双螺杆挤出或注射成型等，加工成型温度在140-200℃。

步骤(3)所述降解液包括浓度0.01mol/L-1mol/L的盐酸、硫酸或硝酸溶液，0.01mol/L-1mol/L的氢氧化钠或氢氧化钾溶液，水，或浓度为0.01mol/L-1mol/L盐溶液。为快速得到多孔材料产品，在不影响材料性能的形态的前提下，应尽量采用浓度较高，降解速率较快的降解液。

所述的目标高分子材料包括聚酯，聚醚或脂肪族聚合物。等所有与聚乳酸有良好共混性及共同加工性能的高分子材料。

与现有技术相比，本发明所提出的利用聚乳酸降解刻蚀制备多孔高分子材料的方法，与其他多孔高分子材料制备方法相比，具有制备过程温和，加工性能优异的特点，在共混物加工成型后，多孔结构的制备不再涉及改变高分子材料自身的形态和性质，例如不再需要可能影响到材料热历史的高温加工(如气相发泡法)。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

一种利用聚乳酸降解刻蚀制备多孔高分子材料的方法，包括以下步骤：

1)将牌号6060D聚乳酸挤出纺丝，制成直径50微米，长度2毫米的纤维。

2)将质量组份80％的聚乳酸纤维与直径50微米，长度2毫米的质量组份20％的聚苯乙烯纤维混合，机械搅拌20分钟后，超声振荡5分钟。

3)将分散均匀的混合物料使用双螺杆挤出机挤出造粒，挤出温度150℃。

4)所得产品进一步加工成型后，置于0.5mol/L NaOH溶液中，定时称量监测失重。当产品重量不再减轻时，取出材料，即可得到聚乳酸消除后的聚苯乙烯多孔材料产品。

实施例2

一种利用聚乳酸降解刻蚀制备多孔高分子材料的方法，包括以下步骤：

1)将牌号2003D聚乳酸挤出后粉碎造粒，制成直径1毫米的微粒。

2)将质量组份60％的聚乳酸微粒与直径0.5毫米的质量组份40％的PMMA微粒混合，机械搅拌10分钟后，超声振荡10分钟。

3)将分散均匀的混合物料注射成型，注射加工温度180℃。

4)将所得产品置于1mol/L NaOH溶液中，定时称量监测失重。当产品重量不再减轻时，取出材料，即可得到聚乳酸消除后的PMMA多孔材料产品。

实施例3

一种利用聚乳酸降解刻蚀制备多孔高分子材料的方法，包括以下步骤：

1)将牌号6060D聚乳酸挤出纺丝，制成直径1微米，长度200微米的纤维。

2)将质量组份50％的聚乳酸纤维与直径1微米，长度2毫米的质量组份50％的聚苯乙烯纤维混合，机械搅拌5分钟后，超声振荡10分钟。

3)将分散均匀的混合物料使用双螺杆挤出机挤出造粒，挤出温度140℃。

4)所得产品进一步加工成型后，置于0.01mol/L盐酸溶液中，定时称量监测失重。当产品重量不再减轻时，取出材料，即可得到聚乳酸消除后的聚苯乙烯多孔材料产品。

实施例4

一种利用聚乳酸降解刻蚀制备多孔高分子材料的方法，包括以下步骤：

1)将牌号2003D聚乳酸挤出后粉碎造粒，筛选出直径1微米的微粒。

2)将质量组份90％的聚乳酸微粒与直径2微米的质量组份10％的PMMA微粒混合，机械搅拌20分钟后，超声振荡5分钟。

3)将分散均匀的混合物料注射成型，注射加工温度200℃。

4)将所得产品置于0.1mol/L NaCl溶液中，定时称量监测失重。当产品重量不再减轻时，取出材料，即可得到聚乳酸消除后的PMMA多孔材料产品。

实施例性能对照表：

	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4
					孔径	45±5微米	1000±50微米	1±0.1微米	1±0.5微米
孔型	走廊空腔	球形	走廊空腔	球形
					孔隙率	70±10％	50±10％	48±1％	85±5％
制备时间	～48小时	～24小时	～1000小时	～72小时

由表格可见，制备时间越长，可加工的孔径可以更小，孔径和孔隙率的制备精确度越高，但是相应时间成本也越高，因此应用过程中应根据产品质量需求和成本综合考虑，制定生产流程。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的结构作任何形式上的限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明的技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种利用聚乳酸降解刻蚀制备多孔高分子材料的方法，其特征在于，将聚乳酸与目标高分子材料共混加工后，通过降解除去材料内的聚乳酸区域，保留目标高分子，以得到开孔联通结构的多孔高分子材料的技术，其中目标高分子包括聚酯，聚醚，脂肪族聚合物等所有与聚乳酸有良好共混性及共同加工性能的高分子材料。

2.根据权利要求1所述的一种利用聚乳酸降解刻蚀制备多孔高分子材料的方法，其特征在于，所述的方法具体包括以下步骤：

(1)将聚乳酸加工成易于分散共混的原料形态，包括微粒或纤维状；

(2)将微粒或纤维状聚乳酸与目标高分子材料混合，搅拌5-20分钟，超声振荡分散5-10分钟，至两组分共混分散均匀后，加工成型；

(3)将步骤(2)所得共混产物置于降解液中，定时称量监测所得产物的失重，至产物不再失重即得产品。

3.根据权利要求1或2所述的一种利用聚乳酸降解刻蚀制备多孔高分子材料的方法，其特征在于，所述的聚乳酸被加工为微粒或纤维状，微粒尺寸为直径1微米-1毫米之间，纤维尺寸为直径1微米-200微米，长度200微米-2毫米之间，具体尺寸选用应与目标高分子的尺寸相当。

4.根据权利要求1或2所述的一种利用聚乳酸降解刻蚀制备多孔高分子材料的方法，其特征在于，所述的聚乳酸与目标高分子材料的共混物中聚乳酸含量在50wt％-90wt％之间。

5.根据权利要求2所述的一种利用聚乳酸降解刻蚀制备多孔高分子材料的方法，其特征在于，步骤(2)所述的加工成型采用常规塑料加工工艺成型，包括双螺杆挤出或注射成型等，加工成型温度在140-200℃。

6.根据权利要求2所述的一种利用聚乳酸降解刻蚀制备多孑高分子材料的方法，其特征在于，步骤(3)所述降解液包括浓度0.01mol/L-1mol/L的盐酸、硫酸或硝酸溶液，0.01mol/L-1mol/L的氢氧化钠或氢氧化钾溶液，水，或浓度为0.01mol/L-1mol/L盐溶液。

7.根据权利要求1或2所述的一种利用聚乳酸降解刻蚀制备多孔高分子材料的方法，其特征在于，所述的目标高分子材料包括聚酯，聚醚或脂肪族聚合物。