CN108559234A - 一种可生物降解发泡片材及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可生物降解发泡片材及其制备方法，所述可生物降解发泡片材由包含以下重量份的原料组分制成：可生物降解聚酯70～100份，填料0～30份，发泡剂0.5～5份以及成核剂0～2份。所述可生物降解发泡片材的制备方法包括如下步骤：1)将除发泡剂以外的原料组分进行干燥处理；2)将步骤1)中干燥处理后的原料进行共混造粒，制备得到发泡母粒；3)将步骤2)制得的发泡母粒加入到挤出发泡片材设备中，注入发泡剂进行挤出发泡，经冷却、剖切、牵引和收卷，得到可生物降解发泡片材。本发明中得到的可生物降解发泡片材，具有较好的韧性、强度和回弹性，耐弯折，有良好的生物降解性，环境友好，发泡后可有效降低原料成本。

Description

一种可生物降解发泡片材及其制备方法
技术领域
本发明涉及发泡片材技术领域。更具体地，涉及一种可生物降解发泡片材及其制备方法。
背景技术
泡沫塑料是以聚合物(橡胶、塑料、弹性体或天然高分子材料)为基体，其内部含有气泡的微孔材料，可看作是以气体为填料的复合材料。常见的发泡片材有聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)、聚氨酯(PU)，与普通塑料相比，发泡片材具有体积密度小、比强度高、能量吸收能力强、隔热隔音性能好等特点，正因为有这些优异性能，被广泛应用在家庭日常用品、包装材料、交通工具、绝缘材料、电子产品和化学等领域。
当前使用的大多数发泡片材都具有不降解、回收再利用困难等弊端，对自然环境造成危害，俗称“白色污染”，许多国际环保组织已经要求停止或限制生产和使用部分泡沫塑料。例如聚氨酯泡沫塑料，其在制备过程中会产生异氰酸酯残留物，而该残留物是对人体有害的。随着世界各国政府和人们对环境问题的关注，环保意识的增强，所以开发可生物降解泡沫塑料是当前研究的热点项目。
可生物降解塑料是指在自然界中的微生物(细菌、真菌等)作用下通过生物代谢过程而发生降解的高分子材料，最终产物为二氧化碳、水和其他对环境无害的小分子物质。按其来源可分为天然化合物、微生物合成型和人工合成型。天然化合物主要包括淀粉、纤维素和甲壳素等，微生物合成型主要是聚羟基脂肪酸酯(PHA)，而人工合成型生物降解塑料由于其相对低廉的价格以及较为容易实现及控制的生产过程，成为当前的主要发展方向及工业化生产方向，主要产品聚乳酸(PLA)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚对苯二甲酸/己二酸丁二醇酯(PBAT)和聚己内酯(PCL)等。目前对于可生物降解塑料的研究很多，主要集中在树脂合成工艺和聚合物改性等方面，关于可生物降解制品研究较少，尤其在可生物降解发泡片材方面很少。
专利CN106476298A公开了一种发泡片材挤出机及该机制备的PBAT发泡片材，该发明公开了双螺杆挤出机和单螺杆挤出机串联而成的发泡片材挤出机，并且以PBAT树脂、扩链剂、成核剂为原料体系用该设备制备了发泡片材。专利201710266875.X公开了一种聚乳酸聚丙烯合金发泡材料的制备方法，该专利利用两个串联单螺杆挤出机以聚乳酸、聚丙烯和相容剂为原料体系一次发泡成型制备得到发泡片材。专利201710473686.X公开了一种聚乳酸生物降解发泡餐盒生产工艺，该专利先对PLA进行改性，然后使用双螺杆串联单螺杆的挤出机制备得到发泡片材。专利200610117069.8公开了一种吸塑用聚乳酸泡沫塑料片材及其制备方法，该专利以聚乳酸为基体，添加相关助剂制备得到改性聚乳酸发泡母粒，然后将该发泡母粒添加发泡剂后通过直接挤出制备得到发泡片材。
上述专利主要是以生物降解聚酯为单一基体原料，由于生物降解聚酯价格较高，无法形成具有较强市场竞争力的产品；与聚丙烯合金的发泡材料虽然在成本上可以实现一定程度降低，但是聚丙烯不具有生物降解性，产品无法实现完全生物降解。
因此，本发明提供了一种可生物降解发泡片材及其制备方法，至少解决上述之一的问题。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种可生物降解发泡片材，该可生物降解发泡片材具有良好的使用性能，优异的加工性能，较好的印刷性，良好的生物降解性，经过发泡后可有效降低原料成本，提高产品市场竞争力，上述优点决定了其具有广阔的应用前景。
本发明的另一个目的在于提供一种可生物降解发泡片材的制备方法。
为达到上述第一个目的，本发明采用下述技术方案：
一种可生物降解发泡片材，由包含以下重量份的原料组分制成：
其中，所述可生物降解聚酯选自聚丁二酸丁二醇酯、聚对苯二甲酸己二酸丁二醇酯、聚乳酸和聚羟基脂肪酸酯中的一种或多种。本发明以生物降解聚酯和填料作为主要原料，通过挤出发泡设备制备得到发泡片材，可有效降低产品成本，并且可完全降解。
优选地，所述可生物降解聚酯选自聚丁二酸丁二醇酯、聚对苯二甲酸己二酸丁二醇酯和聚羟基脂肪酸酯中的一种或多种；其中聚丁二酸丁二醇酯、聚对苯二甲酸己二酸丁二醇酯和聚羟基脂肪酸酯均是可生物降解聚酯，相较于聚乳酸具有更好的韧性。
优选地，所述可生物降解聚酯的熔融指数为3～10g/10min。
优选地，按重量份数计，所述填料为5～30份。
优选地，所述填料为碳酸钙、滑石粉、淀粉、秸秆粉、木粉或竹粉。
优选地，所述碳酸钙和滑石粉的粒径均为600目～10000目。
优选地，所述淀粉、秸秆粉、木粉和竹粉的粒径均为80～300目。
优选地，所述发泡剂为氟碳化合物、二氧化碳或沸点≤50℃的烷烃；进一步地，所述沸点≤50℃的烷烃为丁烷、正戊烷、正己烷或石油醚；更优选地，所述发泡剂为丁烷或二氧化碳。本发明的发泡剂优选物理发泡剂，物理发泡剂的成本相对较低，无污染，无残余物，对基体性能影响较小。
优选地，所述氟碳化合物为三氟氯甲烷、二氯二氟甲烷或二氯四氟乙烷。
优选地，所述成核剂为碳酸钙、滑石粉、二氧化硅、氧化铝、蒙脱土或碳纳米管。
优选地，所述成核剂的重量份数为0.1～2份。
优选地，所述成核剂的粒径大于1000目；进一步地，所述成核剂的粒径为1000～10000目。
优选地，所述成核剂的表面形态为球形。
为达到上述第二个目的，本发明采用下述技术方案：
一种上述可生物降解发泡片材制备方法，包括如下步骤：
1)将除发泡剂以外的原料组分进行干燥处理；
2)将步骤1)中干燥处理后的原料进行共混造粒，制备得到发泡母粒；
3)将步骤2)制得的发泡母粒加入到挤出发泡片材设备中，注入发泡剂进行挤出发泡，经冷却、剖切、牵引和收卷，得到可生物降解发泡片材。
优选地，步骤1)中所述干燥处理的温度为80～100℃，干燥处理的时长为4～24小时。
优选地，步骤2)中所述共混造粒的加工设备为双螺杆挤出机，所述共混造粒的加工温度为140-200℃。
优选地，步骤3)中所述挤出发泡的加工设备为挤出发泡片材机，所述挤出发泡的加工温度为140-200℃。
优选地，步骤3)中所述冷却的装置为风冷装置。
另外，如无特殊说明，本发明所记载的任何范围包括端值以及端值之间的任何数值以及端值或者端值之间的任意数值所构成的任意子范围。
本发明的有益效果如下：
本发明中得到的可生物降解发泡片材及其制备方法，具有较好的韧性和强度，耐弯折，有良好的生物降解性，环境友好，发泡后可有效降低原料成本，使产品更有市场竞争力，产品可应用于包装等领域；加工性能良好，可在普通挤出发泡片材设备进行连续生产，简单易行，污染较少，适合于工业化生产。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1示出本发明实施例1制得的可生物降解发泡片材的淬断面图。
图2示出本发明实施例8制得的可生物降解发泡片材的淬断面图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
本发明中，制备方法如无特殊说明则均为常规方法。所用的原料如无特别说明均可从公开的商业途径获得，所述百分比如无特殊说明均为质量百分比。
实施例1
一种可生物降解发泡片材的制备，包括如下步骤：
将原料PBAT在80℃下干燥4h，原料碳酸钙在120℃下干燥6h，然后将80份PBAT和20份碳酸钙置于双螺杆挤出机中，挤出温度180，℃螺杆转速150r/min，挤出得到发泡母粒；
将发泡母粒置于挤出发泡片材机中，挤出温度180，℃螺杆转速100r/min，在螺杆中前段按照13MPa注入发泡剂丁烷，经模头挤出，冷却定型剖切，牵引展平，收卷成品。
对发泡片材样品的淬断面进行扫描电镜分析，发泡样品的泡孔直径为12.48μm，表观密度0.09g/cm3，发泡倍率15.38，从泡孔形态上看，泡孔尺寸均一。泡孔直径等实验结果列于表1中，淬断面微观形貌图见图1。
实施例2
一种可生物降解发泡片材的制备，包括如下步骤：
将原料PBAT在80℃下干燥4h，原料碳酸钙在120℃下干燥6h，然后将70份PBAT和30份碳酸钙置于双螺杆挤出机中，挤出温度180，℃螺杆转速150r/min，挤出得到发泡母粒；
将发泡母粒置于挤出发泡片材机中，挤出温度180，℃螺杆转速100r/min，在螺杆中前段按照13MPa注入发泡剂丁烷，经模头挤出，冷却定型剖切，牵引展平，收卷成品。
对发泡片材样品的淬断面进行扫描电镜分析，发泡样品的泡孔直径为10.12μm，表观密度0.12g/cm3，发泡倍率13.41，从泡孔形态上看，泡孔尺寸均一。泡孔直径等实验结果列于表1中。
实施例3
一种可生物降解发泡片材的制备，包括如下步骤：
将原料PBAT在80℃下干燥4h，原料碳酸钙在120℃下干燥6h，然后将60份PBAT和40份碳酸钙置于双螺杆挤出机中，挤出温度180，℃螺杆转速150r/min，挤出得到发泡母粒；
将发泡母粒置于挤出发泡片材机中，挤出温度180，℃螺杆转速100r/min，在螺杆中前段按照13MPa注入发泡剂丁烷，经模头挤出，冷却定型剖切，牵引展平，收卷成品。
对发泡片材样品的淬断面进行扫描电镜分析，发泡样品的泡孔直径为28.63μm，表观密度0.19g/cm3，发泡倍率8.72，从泡孔形态上看，泡孔尺寸均一。泡孔直径等实验结果列于表1中。
实施例4
一种可生物降解发泡片材的制备，包括如下步骤：
将原料PBS在80℃下干燥4h，原料滑石粉在120℃下干燥6h，然后将80份PBS和20份滑石粉置于双螺杆挤出机中，挤出温度180，℃螺杆转速150r/min，挤出得到发泡母粒。
将发泡母粒置于挤出发泡片材机中，挤出温度180，℃螺杆转速100r/min，在螺杆中前段按照13MPa注入发泡剂丁烷，经模头挤出，冷却定型剖切，牵引展平，收卷成品。
对发泡片材样品的淬断面进行扫描电镜分析，发泡样品的泡孔直径为12.27μm，片材密度0.07g/cm3，发泡倍率21.43，从泡孔形态上看，泡孔尺寸均一。泡孔直径等实验结果列于表1中。
实施例5
一种可生物降解发泡片材的制备，包括如下步骤：
将原料PBS在80℃下干燥4h，原料滑石粉在120℃下干燥6h，然后将70份PBS和30份滑石粉置于双螺杆挤出机中，挤出温度180，℃螺杆转速150r/min，挤出得到发泡母粒。
将发泡母粒置于挤出发泡片材机中，挤出温度180，℃螺杆转速100r/min，在螺杆中前段按照13MPa注入发泡剂丁烷，经模头挤出，冷却定型剖切，牵引展平，收卷成品。
对发泡片材样品的淬断面进行扫描电镜分析，发泡样品的泡孔直径为13.63μm，片材密度0.13g/cm3，发泡倍率12.53，从泡孔形态上看，泡孔尺寸均一。泡孔直径等实验结果列于表1中。
实施例6
一种可生物降解发泡片材的制备，包括如下步骤：
将原料PBS、PBAT、木粉在80℃下干燥4h，原料氧化铝在120℃下干燥6h，然后将80份PBS，10份PBAT，10份木粉，0.5份氧化铝置于双螺杆挤出机中，挤出温度180，℃螺杆转速150r/min，挤出得到发泡母粒。
将发泡母粒置于挤出发泡片材机中，挤出温度180，℃螺杆转速100r/min，在螺杆中前段按照13MPa注入发泡剂丁烷，经模头挤出，冷却定型剖切，牵引展平，收卷成品。
对发泡片材样品的淬断面进行扫描电镜分析，发泡样品的泡孔直径为26.34μm，片材密度0.27g/cm3，发泡倍率3.96，从泡孔形态上看，泡孔尺寸均一。泡孔直径等实验结果列于表1中。
实施例7
一种可生物降解发泡片材的制备，包括如下步骤：
将原料PBS、PBAT在80℃下干燥4h，原料二氧化硅在120℃下干燥6h，然后将70份PBS、30份PBAT和1份二氧化硅置于双螺杆挤出机中，挤出温度180，℃螺杆转速150r/min，挤出得到发泡母粒。
将发泡母粒置于挤出发泡片材机中，挤出温度180，℃螺杆转速100r/min，在螺杆中前段按照13MPa注入发泡剂丁烷，经模头挤出，冷却定型剖切，牵引展平，收卷成品。
对发泡片材样品的淬断面进行扫描电镜分析，发泡样品的泡孔直径为12.96μm，片材密度0.25g/cm3，发泡倍率4.8，从泡孔形态上看，泡孔尺寸均一。泡孔直径等实验结果列于表1中。
实施例8
一种可生物降解发泡片材的制备，包括如下步骤：
将原料PBS、PBAT在80℃下干燥4h，然后将70份PBS和30份PBAT置于双螺杆挤出机中，挤出温度180，℃螺杆转速150r/min，挤出得到发泡母粒。
将发泡母粒置于挤出发泡片材机中，挤出温度180，℃螺杆转速100r/min，在螺杆中前段按照13MPa注入发泡剂丁烷，经模头挤出，冷却定型剖切，牵引展平，收卷成品。
对发泡片材样品的淬断面进行扫描电镜分析，发泡样品从泡孔形态上看，泡孔尺寸大小不一。泡孔直径等实验结果列于表1中，淬断面微观形貌图见图2。
表1实施例发泡片材性能汇总
从表1中可知，本发明的各种配方和工艺均能达到较好的发泡效果，制备得到泡孔直径小于30μm，发泡倍率在3.5-21.5范围内的发泡片材。实施例3显示当填料含量为40wt％时，产品发泡倍率相较低含量填料要低；实施例8由于没有添加成核剂，所得到的泡孔尺寸不一，说明成核剂可有效改善发泡效果。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种可生物降解发泡片材，其特征在于，由包含以下重量份的原料组分制成：
其中，所述可生物降解聚酯选自聚丁二酸丁二醇酯、聚对苯二甲酸己二酸丁二醇酯、聚乳酸和聚羟基脂肪酸酯中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的可生物降解发泡片材，其特征在于，所述可生物降解聚酯选自聚丁二酸丁二醇酯、聚对苯二甲酸己二酸丁二醇酯和聚羟基脂肪酸酯中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的可生物降解发泡片材，其特征在于，所述可生物降解聚酯的熔融指数为3～10g/10min。
4.根据权利要求1所述的可生物降解发泡片材，其特征在于，所述填料为碳酸钙、滑石粉、淀粉、秸秆粉、木粉或竹粉；
优选地，所述碳酸钙和滑石粉的粒径均为600目～10000目；
优选地，所述淀粉、秸秆粉、木粉和竹粉的粒径均为80～300目。
5.根据权利要求1所述的可生物降解发泡片材，其特征在于，所述发泡剂为氟碳化合物、二氧化碳或沸点≤50℃的烷烃；
优选地，所述沸点≤50℃的烷烃为丁烷、正戊烷、正己烷或石油醚；
优选地，所述氟碳化合物为三氟氯甲烷、二氯二氟甲烷或二氯四氟乙烷。
6.根据权利要求1所述的可生物降解发泡片材，其特征在于，所述成核剂为碳酸钙、滑石粉、二氧化硅、氧化铝、蒙脱土或碳纳米管；
优选地，所述成核剂的重量份数为0.1～2份；
优选地，所述成核剂的粒径大于1000目；
优选地，所述成核剂的表面形态为球形。
7.一种如权利要求1～6任一权利要求所述的可生物降解发泡片材的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)将除发泡剂以外的原料组分进行干燥处理；
2)将步骤1)中干燥处理后的原料进行共混造粒，制备得到发泡母粒；
3)将步骤2)制得的发泡母粒加入到挤出发泡片材设备中，注入发泡剂进行挤出发泡，经冷却、剖切、牵引和收卷，得到可生物降解发泡片材。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述干燥处理的温度为80～100℃，干燥处理的时长为4～24小时。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中所述共混造粒的加工设备为双螺杆挤出机，所述共混造粒的加工温度为140-200℃。
10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤3)中所述挤出发泡的加工设备为挤出发泡片材机，所述挤出发泡的加工温度为140-200℃；
优选地，步骤3)中所述冷却的装置为风冷装置。
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