CN104497610A - 一种环保型防水隔热发泡材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种环保型防水隔热发泡材料及其制备方法，以植物纤维、聚乳酸、聚己内酯、脂肪族聚碳酸酯、聚乙烯醇为主料，并加入辅料SiO2气凝胶粉末、聚乳酸-聚己内酯嵌段共聚物、抗氧化剂、加工助剂，以水蒸汽为发泡剂通过原位挤出发泡而成；本发泡材料所使用的原材料可基本实现全降解，绿色环保；本发泡材料具有良好的力学性能，如抗冲性、缓冲性、抗压性等，同时，由于其均匀闭孔结构的存在，发泡材料能提供良好的隔热性和防水防潮性，能克服现有环保发泡材料的力学性能和阻隔性差的缺陷，可替代发泡聚苯乙烯以应用于包装领域。本发明的环保型防水隔热发泡材料的制备工艺简单，一次性成型，利于生产。
Description
技术领域
本发明涉及发泡材料领域，尤其涉及一种可基本实现全降解的，具有良好抗冲性、防水性和隔热性的发泡材料及其制备方法。
背景技术
随着塑料工业的发展，大量石油基塑料制品广泛运用于我们生产生活中。在缓冲包装领域，聚苯乙烯发泡材料（EPS）因其优良的成型能力，发泡倍数和缓冲性能占据了缓冲包装材料的大部分份额。但随着人们环保意识的增强，由塑料的非降解性所带来的“白色污染”已经成为日益严峻的问题,因发泡塑料如聚苯乙烯不易腐烂分解,燃烧时会散发有害气体、造成环境污染且用于聚苯乙烯发泡剂的氟氯碳化物(CFC8)会破坏大气臭氧层,危害生物，在欧洲及美国部分地区，已明令禁止使用EPS。因此，找到一种制备工艺简单，性能优良，环境友好的发泡塑料替代材料及其可工业化的发泡成型的方法则成为材料科学领域的一大课题。在国内外，一些研究者在此领域进行了探索研究，但在工艺实现及材料的性能方面仍存在较大缺陷，如只可采用部分可降解材料制备发泡塑料，降解后仍存在破碎的塑料颗粒；全降解发泡材料发泡倍率不足，在高发泡倍率后成型能力差，缓冲性差，且成型困难等。而一般的可降解发泡材料由于大量淀粉的使用，还导致易吸水，即容易造成霉变也容易导致力学性能的大幅下降。如可制备一种具有良好力学性能，且具有优异阻隔性和防水性的环保发泡材料，无疑将具有巨大的市场潜力。
发明内容
本发明的目的是克服现有环保发泡材料力学性能和阻隔性差的缺陷，提供一种具有良好强度、缓冲性、抗压性且具有防水、隔热效果的环保发泡材料及其制备方法。
本发明提出一种环保型防水隔热发泡材料，以植物纤维、聚乳酸、聚己内酯、脂肪族聚碳酸酯、聚乙烯醇为主料，并加入辅料SiO2气凝胶粉末、聚乳酸-聚己内酯嵌段共聚物、抗氧化剂、加工助剂，以水蒸汽为发泡剂通过原位挤出发泡而成；所述发泡材料中各组分的质量比按以下份数复配：植物纤维 40-60份，聚乳酸 30-50份，聚己内酯 15-30份，脂肪族聚碳酸酯 15-30份，聚乙烯醇 8-15份，SiO2气凝胶粉末3-6份，聚乳酸-聚己内酯嵌段共聚物 5-10份，抗氧化剂 2-4份，加工助剂 2-4份。
进一步，所述聚乳酸的平均分子量介于80000g/mol-600000g/mol之间。优选的，所述聚乳酸的平均分子量介于300000g/mol-600000g/mol之间。
进一步，所述植物纤维为木纤维、竹纤维、棉纤维中的一种或一种以上的任意混合。此类纤维具有较大的长径比，可有效提高发泡材料的强度和抗压性。
进一步，所述聚乳酸-聚己内酯嵌段共聚物为二嵌段共聚物、三嵌段共聚物、多嵌段共聚合物中的一种或一种以上的任意混合，用于合成所述聚乳酸-聚己内酯嵌段共聚物的聚己内酯在其中的摩尔分数介于30-60%之间。
聚乳酸-聚己内酯嵌段共聚物的制备方法可为：以辛酸亚锡为催化剂，以己内酯与丙交酯为单体，通过对己内酯与丙交酯的单体摩尔配比调控,制备不同组成的聚乳酸聚己内酯嵌段共聚物；也可通过CN 1769317 A公布的方法采用双螺杆熔融挤出原位制备。
进一步，所述SiO2气凝胶粉末为由SiO2气凝胶研磨而成，所述SiO2气凝胶为闭孔结构，其孔径介于50-500nm之间。
进一步，所述SiO2气凝胶粉末为疏水型SiO2气凝胶粉末，其比表面积介于400-600㎡/g之间。
进一步，所述加工助剂为塑化剂、润滑剂、热稳定剂中的一种或一种以上的任意混合，所述塑化剂为邻苯二甲酸酯类塑化剂，所述润滑剂为硬脂酸、硬脂酸丁酯、油酰胺中的一种或一种以上的任意混合，所述热稳定剂为有机锡类热稳定剂。
进一步，所述聚乙烯醇的平均分子量介于30000-120000之间，优选的，所述聚乙烯醇的平均分子量介于50000-80000之间。
本发明又提出一种环保型防水隔热发泡材料的制备方法，该发泡材料以植物纤维、聚乳酸、聚己内酯、脂肪族聚碳酸酯、聚乙烯醇为主料，并加入辅料SiO2气凝胶粉末、聚乳酸-聚己内酯嵌段共聚物、抗氧化剂、加工助剂，以水蒸汽为发泡剂通过原位挤出发泡而成，其制备工艺包括材料的预处理和挤出发泡工艺：
材料预处理：
I：植物纤维的处理：将植物粗纤维投入破碎机中破碎至500-1000目，后将其浸泡入质量浓度为8-14wt%的碱液中，于室温下浸泡3-5小时后，于20-30wt%质量浓度的酸液中在60℃下浸泡2-4小时后过滤，以弱碱水清洗后于清水洗至中性并出料；
II：物料的干燥：将准备好的植物纤维于真空干燥箱内，在30℃下干燥12小时，将聚乳酸、聚己内酯、脂肪族聚碳酸酯、聚乙烯醇、SiO2气凝胶粉末、聚乳酸-聚己内酯嵌段共聚物于普通干燥箱内，在60℃下干燥6-8小时，备用；
挤出发泡工艺：
采用多段进料控温控压挤出设备进行挤出发泡：在多段进料控温控压挤出设备的螺杆输送段的料筒内送入聚乳酸、聚己内酯、脂肪族聚碳酸酯、聚乙烯醇、SiO2气凝胶粉末、聚乳酸-聚己内酯嵌段共聚物、抗氧化剂和加工助剂，所述螺杆输送段的温度控制在180-190℃之间；在多段进料控温控压挤出设备的螺杆压缩段送入植物纤维，并通入水蒸气，多段进料控温控压挤出设备的螺杆压缩段及均化段的温度控制在170-180℃之间，水蒸气压力控制在1-1.5MPa之间；送入的物料经多段进料控温控压挤出设备的挤出机共混挤出，送入的物料在挤出机中停留时间为2-3分钟。
进一步，所述酸液中酸的组成为质量比为3：1的盐酸和醋酸的混合。
进一步，在螺杆压缩段设有水蒸气输入口，水蒸气输入口前设有隔断结构，以密封水蒸气不进入螺杆输送段。在螺杆压缩段的水蒸气输入口后设有压力检测装置，在水蒸气输送装置上有压力控制装置，根据机筒内压力以调控水蒸气的输入。
本发明的环保型防水隔热发泡材料所使用的原材料可基本实现全降解，绿色环保；而且，本发明的环保型防水隔热发泡材料具有良好的力学性能，如抗冲性、缓冲性、抗压性等，同时，由于其均匀闭孔结构的存在，发泡材料能提供良好的隔热性和防水防潮性，能克服现有环保发泡材料的力学性能和阻隔性差的缺陷，可替代发泡聚苯乙烯以应用于包装领域。
本发明的环保型防水隔热发泡材料的制备工艺简单，一次性成型，利于生产。
附图说明
图1为本发明的一种环保型防水隔热发泡材料的制备工艺的流程图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参照图1，提出本发明的一种环保型防水隔热发泡材料及其制备方法的一实施例：
一种环保型防水隔热发泡材料，以植物纤维、聚乳酸、聚己内酯、脂肪族聚碳酸酯、聚乙烯醇为主料，并加入辅料SiO2气凝胶粉末、聚乳酸-聚己内酯嵌段共聚物、抗氧化剂、加工助剂，以水蒸汽为发泡剂通过原位挤出发泡而成。发泡材料中各组分的质量比按以下份数复配：植物纤维 50份，聚乳酸 40份，聚己内酯 20份，脂肪族聚碳酸酯 20份，聚乙烯醇 10份，SiO2气凝胶粉末5份，聚乳酸-聚己内酯嵌段共聚物 8份，抗氧化剂 3份，加工助剂 3份。
其中，聚乳酸的平均分子量介于300000g/mol-600000g/mol之间。
植物纤维为竹纤维，此类纤维具有较大的长径比，可有效提高发泡材料的强度和抗压性。
聚乳酸-聚己内酯嵌段共聚物为多嵌段共聚合物，用于合成聚乳酸-聚己内酯嵌段共聚物的聚己内酯在其中的摩尔分数为50%之间。聚乳酸-聚己内酯嵌段共聚物的制备方法为通过CN 1769317 A公布的方法采用双螺杆熔融挤出原位制备。
该SiO2气凝胶粉末为由疏水型SiO2气凝胶研磨而成的疏水型SiO2气凝胶粉末，其比表面积介于400-600㎡/g之间。该疏水型SiO2气凝胶为闭孔结构，其孔径介于50-500nm之间。
该聚乙烯醇的平均分子量介于50000-80000之间。
该加工助剂包括塑化剂和热稳定剂，塑化剂为邻苯二甲酸乙二酯，热稳定剂为二桂酸二丁基锡。该塑化剂和热稳定剂各所占的质量份数为1.5份。
本环保型防水隔热发泡材料的制备工艺包括材料的预处理和挤出发泡工艺：
（1）材料预处理：
I：植物纤维的处理：将植物粗纤维投入破碎机中破碎至500-1000目，后将其浸泡入质量浓度为10wt%的碱液中，于室温下浸泡4小时后，于25wt%质量浓度的酸液中在60℃下浸泡3小时后过滤，以弱碱水清洗后于清水洗至中性并出料；
II：物料的干燥：将准备好的植物纤维于真空干燥箱内，在30℃下干燥12小时，将聚乳酸、聚己内酯、脂肪族聚碳酸酯、聚乙烯醇、SiO2气凝胶粉末、聚乳酸-聚己内酯嵌段共聚物于普通干燥箱内，在60℃下干燥8小时，备用；
（2）挤出发泡工艺：
采用多段进料控温控压挤出设备进行挤出发泡：在多段进料控温控压挤出设备的螺杆输送段的料筒内送入聚乳酸、聚己内酯、脂肪族聚碳酸酯、聚乙烯醇、SiO2气凝胶粉末、聚乳酸-聚己内酯嵌段共聚物、抗氧化剂和加工助剂，螺杆输送段的温度控制在180-190℃之间；在多段进料控温控压挤出设备的螺杆压缩段送入植物纤维，并通入水蒸气，多段进料控温控压挤出设备的螺杆压缩段及均化段的温度控制在170-180℃之间，水蒸气压力控制在1-1.5MPa之间。送入的物料经多段进料控温控压挤出设备的挤出机共混挤出，送入的物料在挤出机中停留时间为2-3分钟。
其中，酸液中酸的组成为质量比为3：1的盐酸和醋酸的混合。
在螺杆压缩段设有水蒸气输入口，水蒸气输入口前设有隔断结构，以密封水蒸气不进入螺杆输送段。在螺杆压缩段的水蒸气输入口后设有压力检测装置，在水蒸气输送装置上有压力控制装置，根据机筒内压力以调控水蒸气的输入。
本发明的环保型防水隔热发泡材料所使用的原材料可基本实现全降解，绿色环保；而且，本发明的环保型防水隔热发泡材料具有良好的力学性能，如抗冲性、缓冲性、抗压性等，同时，由于其均匀闭孔结构的存在，发泡材料能提供良好的隔热性和防水防潮性，能克服现有环保发泡材料的力学性能和阻隔性差的缺陷。
本发明的环保型防水隔热发泡材料的制备工艺简单，利于生产。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1. 一种环保型防水隔热发泡材料，其特征在于，以植物纤维、聚乳酸、聚己内酯、脂肪族聚碳酸酯、聚乙烯醇为主料，并加入辅料SiO2气凝胶粉末、聚乳酸-聚己内酯嵌段共聚物、抗氧化剂、加工助剂，以水蒸汽为发泡剂通过原位挤出发泡而成；所述发泡材料中各组分的质量比按以下份数复配：植物纤维 40-60份，聚乳酸 30-50份，聚己内酯 15-30份，脂肪族聚碳酸酯 15-30份，聚乙烯醇 8-15份，SiO2气凝胶粉末3-6份，聚乳酸-聚己内酯嵌段共聚物 5-10份，抗氧化剂 2-4份，加工助剂 2-4份。
2. 根据权利要求1所述的环保型防水隔热发泡材料，其特征在于，所述聚乳酸的平均分子量介于80000g/mol-600000g/mol之间。
3. 根据权利要求1所述的环保型防水隔热发泡材料，其特征在于，所述植物纤维为木纤维、竹纤维、棉纤维中的一种或一种以上的任意混合。
4. 根据权利要求1所述的环保型防水隔热发泡材料，其特征在于，所述聚乳酸-聚己内酯嵌段共聚物为二嵌段共聚物、三嵌段共聚物、多嵌段共聚合物中的一种或一种以上的任意混合，用于合成所述聚乳酸-聚己内酯嵌段共聚物的聚己内酯在其中的摩尔分数介于30-60%之间。
5. 根据权利要求1所述的环保型防水隔热发泡材料，其特征在于，所述SiO2气凝胶粉末为由SiO2气凝胶研磨而成，所述SiO2气凝胶为闭孔结构，其孔径介于50-500nm之间。
6. 根据权利要求5所述的环保型防水隔热发泡材料，其特征在于，所述SiO2气凝胶粉末为疏水型SiO2气凝胶粉末，其比表面积介于400-600㎡/g之间。
7. 根据权利要求1所述的环保型防水隔热发泡材料，其特征在于，所述加工助剂为塑化剂、润滑剂、热稳定剂中的一种或一种以上的任意混合，所述塑化剂为邻苯二甲酸酯类塑化剂，所述润滑剂为硬脂酸、硬脂酸丁酯、油酰胺中的一种或一种以上的任意混合，所述热稳定剂为有机锡类热稳定剂。
8. 根据权利要求1所述的环保型防水隔热发泡材料，其特征在于，所述聚乙烯醇的平均分子量介于30000-120000之间。
9. 一种环保型防水隔热发泡材料的制备方法，其特征在于，以植物纤维、聚乳酸、聚己内酯、脂肪族聚碳酸酯、聚乙烯醇为主料，并加入辅料SiO2气凝胶粉末、聚乳酸-聚己内酯嵌段共聚物、抗氧化剂、加工助剂，以水蒸汽为发泡剂通过原位挤出发泡而成，其制备工艺包括材料的预处理和挤出发泡工艺：
材料预处理：
I：植物纤维的处理：将植物粗纤维投入破碎机中破碎至500-1000目，后将其浸泡入质量浓度为8-14wt%的碱液中，于室温下浸泡3-5小时后，于20-30wt%质量浓度的酸液中在60℃下浸泡2-4小时后过滤，以弱碱水清洗后于清水洗至中性并出料；
II：物料的干燥：将准备好的植物纤维于真空干燥箱内，在30℃下干燥12小时，将聚乳酸、聚己内酯、脂肪族聚碳酸酯、聚乙烯醇、SiO2气凝胶粉末、聚乳酸-聚己内酯嵌段共聚物于普通干燥箱内，在60℃下干燥6-8小时，备用；
挤出发泡工艺：
采用多段进料控温控压挤出设备进行挤出发泡：在多段进料控温控压挤出设备的螺杆输送段的料筒内送入聚乳酸、聚己内酯、脂肪族聚碳酸酯、聚乙烯醇、SiO2气凝胶粉末、聚乳酸-聚己内酯嵌段共聚物、抗氧化剂和加工助剂，所述螺杆输送段的温度控制在180-190℃之间；在多段进料控温控压挤出设备的螺杆压缩段送入植物纤维，并通入水蒸气，多段进料控温控压挤出设备的螺杆压缩段及均化段的温度控制在170-180℃之间，水蒸气压力控制在1-1.5MPa之间；送入的物料经多段进料控温控压挤出设备的挤出机共混挤出，送入的物料在挤出机中停留时间为2-3分钟。
10. 根据权利要求9所述的环保型防水隔热发泡材料的制备方法，其特征在于，所述酸液中酸的组成为质量比为3：1的盐酸和醋酸的混合。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| EXSB | Decision made by sipo to initiate substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20150408 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |