CN112011157A - 一种可降解聚丁二酸丁二醇酯发泡材料及其制备方法 - Google Patents

一种可降解聚丁二酸丁二醇酯发泡材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种可降解聚丁二酸丁二醇酯发泡材料及其制备方法，属于高分子材料加工技术领域。所述的发泡材料是由以下各组分经过充分混合后发泡成型制备而成，聚丁二酸丁二醇酯树脂100份，交联剂1‑10份，发泡剂0.1‑8份，发泡助剂0.1‑3份，抗氧剂0.01‑2份，0.1‑5份脱模剂、助剂0.1‑5份。首先将PBS树脂磨成粉末，粉末尺寸为10‑80目；其次将PBS粉末与交联剂、发泡剂、发泡助剂、抗氧剂、脱模剂和助剂放入混料机中均匀混合5‑30min，混料机的转速为500‑2000r/min；随后将混合物料放入烘箱中30‑80℃烘干1‑4小时；最后通过滚塑成型工艺或者模压成型工艺制备成PBS发泡材料。

Description

一种可降解聚丁二酸丁二醇酯发泡材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种高隔热性可降解聚丁二酸丁二醇酯发泡材料及其制备方法，属于高分子材料加工技术领域。
背景技术
高分子材料在人们日常生活中应用非常广泛，涉及到生活的多个方面。然而，由于人类的大量使用，废弃的高分子材料由于不能降解造成很严重的环境污染问题，严重影响了人类的生活生产和身体健康。采用可降解高分子材料替代传统高分子材料成为解决环境问题的最有效途径。
聚丁二酸丁二醇酯(PBS)是典型的可完全生物降解聚合物材料，其合成原料来源广泛，既可以是石油资源，也可以通过生物资源发酵得到。PBS易被自然界的多种微生物或动植物体内的酶分解、代谢，最终分解为二氧化碳和水；除此以外，PBS具有良好的生物相容性、生物可吸收性和耐热性能，热变形温度和制品使用温度均超过100℃。PBS的上述优点使其有望替代通用塑料在包装、餐饮、医药、生物和农业领域得到广泛应用，从而缓解传统塑料因不可降解而带来环境污染问题。
泡沫塑料是高分子材料的重要分支之一，在日常工业生产和生活方面有较为广泛的应用。开发可降解泡沫塑料是高分子材料未来发展的主要方向之一。截至目前，采用PBS作为基体制备发泡材料的研究还不为多见。相关专利主要有CN 101899200 B和专利CN102627837 B，其中专利CN 101899200 B主要通过向PBS材料中加入交联剂、交联助剂、增粘剂、增塑剂提升材料的交联程度并降低其熔融指数使其易于发泡，随后向其中加入发泡剂、发泡助剂、抗氧剂、泡孔稳定剂、脱模剂等通过模压工艺、挤出工艺制备PBS发泡材料。该专利公开的方法虽可成功制备出PBS发泡材料，但是添加多种助剂使得材料的发泡倍率较低，材料隔热性能提升不明显。
专利CN 102627837 B主要通过向PBS材料中加入环氧类或异氰酸酯类扩链剂的方式提升材料的熔体强度，随后向改性PBS材料中加入由超临界流体、有机发泡剂和烷基发泡剂组成的复合发泡剂，通过单螺杆或者双螺杆连续挤出的方式制备PBS发泡材料。该专利由于加入环氧类或者异氰酸酯类扩链剂，导致PBS材料不能实现完全降解；同时由于存在超临界流体发泡的方式，使得材料的发泡过程对设备的要求较高。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种高隔热性、完全可降解、制备简单的PBS发泡材料及其制备方法。本发明通过向含有交联剂和发泡剂的PBS材料中引入助剂来提升发泡材料的隔热性能，同时采用滚塑工艺和模压工艺来制备发泡材料。制备工艺简单，设备要求低，发泡材料隔热性能好、可完全降解。
本发明的技术方案：
一种可降解聚丁二酸丁二醇酯发泡材料，由以下重量份组成：聚丁二酸丁二醇酯(PBS)树脂100份，交联剂1-10份，发泡剂0.1-8份，发泡助剂0.1-3份，抗氧剂0.01-2份，0.1-5份脱模剂、助剂0.1-5份。
所述的聚丁二酸丁二醇酯为丁二酸和丁二醇的缩聚物，其分子量范围为10000-500000g/mol，熔融指数为10-20g/10min，密度为1.24-1.28g/cm3。
所述的交联剂为过氧化二异丙苯、过氧化二苯甲酰、过氧化苯甲酸叔丁酯、异丙苯过氧化氢、叔丁基过氧化氢、过氧化二叔丁基、甲乙酮过氧化物、异丙苯酯、过氧化新癸酸叔戊酯、过氧新戊酸叔丁酯、过辛酸叔戊酯、过辛酸叔丁酯、2-乙基己基过氧二碳酸酯、叔丁基过氧缩酮、过氧化双(2,4-二氯苯甲酰)、2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧)己烷中的一种。
所述的发泡剂为偶氮二甲酰胺、对甲苯磺酰肼、4,4-氧化对苯磺酰肼、3,3’-二磺酰肼二苯砜、碳酸氢钠、N,N'-二甲基-N,N'-二亚硝基对苯二甲酰胺、1，3-苯二磺酰肼、对甲苯磺酰氨基脲、4，4’-氧代双(苯磺酰氨基脲)、三肼基三嗪中的一种。
所述的发泡助剂为氧化锌、硬脂酸锌、硬脂酸钙、柠檬酸、柠檬酸钠中的一种。
所述的抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂168、硫代二丙酸双十八醇酯中的至少一种。
所述的脱模剂为硅油、硅酮、硅脂中的一种或者两种的混合物。
所述的助剂为二氧化硅气凝胶、白炭黑纳米粉末中的一种。
一种可降解聚丁二酸丁二醇酯发泡材料的制备方法，具体过程为：首先将PBS树脂磨成粉末，粉末尺寸为10-80目；其次将PBS粉末与交联剂、发泡剂、发泡助剂、抗氧剂、脱模剂和助剂放入混料机中均匀混合5-30min，混料机的转速为500-2000r/min；随后将混合物料放入烘箱中30-80℃烘干1-4小时；最后将烘干后的混合物料通过滚塑成型或者模压成型制得发泡材料。
所述的滚塑成型工艺为将干燥的混合物料放入温度为160-200℃的模具中，旋转加热20-40min，最后脱模制得PBS发泡材料。
所述的模压成型工艺为将干燥的混合物料放入温度为120-140℃、压力为5-100MPa的平板压片机中压制5-10min，冷却后取出；设置压片机温度为140-200℃、压力为5-100MPa，保温保压压制6-15min，最后泄压，制得PBS发泡材料。
本发明的有益技术效果在于：
(1)PBS发泡材料中引入了助剂二氧化硅气凝胶或者白炭黑纳米粉末，二氧化硅气凝胶或者白炭黑纳米粉末不仅可以增强材料的隔热性能，同时可作为材料发泡过程中的成核剂使得泡孔结构规整、大小均一。
(2)PBS材料被研磨成超细粉末状，使其易于与各种添加剂混合均匀，有利于后续滚塑或者模压发泡成型工艺的开展。
具体实施方式
实施例1：
PBS(熔融指数为15g/10min，密度为1.26g/cm3，分子量为40000g/mol)由新疆蓝山屯河化工有限公司提供。
PBS发泡材料的制备：将PBS材料放入磨粉机中研磨成尺寸为80目的粉末；分别称取100重量份的PBS粉末、6重量份的交联剂过氧化二异丙苯、1重量份的发泡剂偶氮二甲酰胺、0.1重量份的发泡助剂硬脂酸锌、0.1重量份的抗氧剂1010、0.2重量份的硅脂和1重量份的二氧化硅气凝胶粉末；将上述物料放入转速为1000r/min的混料机中均和混合10min；取出上述混合物料，放入温度为60℃的烘箱中持续烘干2小时；将烘干后的混合物料放入温度为125℃、压力为70MPa的平板压片机保温保压6min，泄压，冷却后取出；将压制的片材放入温度为165℃、压力为70MPa的平板压片机中保温保压8min，泄压，制成PBS发泡材料。
制得的PBS发泡材料密度约为0.36g/cm3，发泡倍率为3.51倍，导热系数为0.036W/M.K。
实施例2：
PBS(熔融指数为14g/10min，密度为1.28g/cm3，分子量为50000g/mol)由新疆屯河蓝山化工有限公司提供。
PBS发泡材料的制备：将PBS材料放入磨粉机中研磨成尺寸为60目的粉末；分别称取100重量份的PBS粉末、4重量份的交联剂过氧化二苯甲酰、1.5重量份的发泡剂4,4-氧化对苯磺酰肼、0.1重量份的发泡助剂氧化锌、0.1重量份的抗氧剂168、0.1重量份的硅脂和1.5重量份的白炭黑纳米粉末；将上述物料放入转速为500r/min的混料机中均和混合20min；取出上述混合物料，放入温度为80℃的烘箱中持续烘干1小时；将烘干后的混合物料放入温度为120℃、压力为10MPa的平板压片机保温保压7min，泄压，冷却后取出；将压制的片材放入温度为180℃、压力为10MPa的平板压片机中保温保压10min，泄压，制成PBS发泡材料。
制得的PBS发泡材料密度约为0.28g/cm3，发泡倍率为4.48倍，导热系数为0.024W/M.K。
实施例3：
PBS(熔融指数为12g/10min，密度为1.27g/cm3，分子量为20000g/mol)由新疆屯河蓝山化工有限公司提供。
PBS发泡材料的制备：将PBS材料放入磨粉机中研磨成尺寸为50目的粉末；分别称取100重量份的PBS粉末、6重量份的交联剂2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧)己烷、2重量份的发泡剂碳酸氢钠、0.1重量份的发泡助剂柠檬酸、0.1重量份的抗氧剂硫代二丙酸双十八醇酯、0.1重量份的硅酮和1重量份的二氧化硅气凝胶粉末；将上述物料放入转速为800r/min的混料机中均和混合15min；取出上述混合物料，放入温度为65℃的烘箱中持续烘干1.5小时；将烘干后的混合物料放入温度为170℃的滚塑机中保温滚塑30min，脱模制成PBS发泡材料。
制得的PBS发泡材料密度约为0.182g/cm3，发泡倍率为7.03倍，导热系数为0.029W/M.K。
实施例4：
PBS(熔融指数为16g/10min，密度为1.26g/cm3，分子量为100000g/mol)由新疆屯河蓝山化工有限公司提供。PBS发泡材料的制备：将PBS材料放入磨粉机中研磨成尺寸为20目的粉末；分别称取100重量份的PBS粉末、5重量份的交联剂过氧化苯甲酸叔丁酯、3重量份的发泡剂4，4’-氧代双(苯磺酰氨基脲)、0.1重量份的发泡助剂硬脂酸钙、0.2重量份的抗氧剂硫代二丙酸双十八醇酯、0.1重量份的硅脂和1重量份的二氧化硅气凝胶粉末；将上述物料放入转速为1000r/min的混料机中均和混合15min；取出上述混合物料，放入温度为60℃的烘箱中持续烘干2小时；将烘干后的混合物料放入温度为190℃的滚塑机中保温滚塑28min，脱模制成PBS发泡材料。
制得的PBS发泡材料密度约为0.211g/cm3，发泡倍率为5.97倍，导热系数为0.039W/M.K。
实施例5：
PBS(熔融指数为18g/10min，密度为1.25g/cm3，分子量为200000g/mol)由新疆屯河蓝山化工有限公司提供。PBS发泡材料的制备：将PBS材料放入磨粉机中研磨成尺寸为40目的粉末；分别称取100重量份的PBS粉末、6重量份的交联剂甲乙酮过氧化物、2重量份的发泡剂N,N'-二甲基-N,N'-二亚硝基对苯二甲酰胺、0.2重量份的发泡助剂氧化锌、0.1重量份的抗氧剂1010、0.1重量份的硅酮和1重量份的白炭黑气凝胶粉末；将上述物料放入转速为1200r/min的混料机中均和混合20min；取出上述混合物料，放入温度为70℃的烘箱中持续烘干1小时；将干燥的混合物料放入温度为130℃、压力为60MPa的平板压片机中压制6min，冷却后取出；设置压片机温度为160℃、压力为60MPa，保温保压压制8min，最后泄压，制得PBS发泡材料。
制得的PBS发泡材料密度约为0.191g/cm3，发泡倍率为6.54倍，导热系数为0.031W/M.K。
实施例6：
PBS(熔融指数为19g/10min，密度为1.24g/cm3，分子量为80000g/mol)由新疆屯河蓝山化工有限公司提供。PBS发泡材料的制备：将PBS材料放入磨粉机中研磨成尺寸为60目的粉末；分别称取100重量份的PBS粉末、8重量份的交联剂2-乙基己基过氧二碳酸酯、2重量份的发泡剂3,3’-二磺酰肼二苯砜、0.1重量份的发泡助剂柠檬酸、0.1重量份的抗氧剂硫代二丙酸双十八醇酯、0.1重量份的硅酮和1重量份的二氧化硅气凝胶粉末；将上述物料放入转速为1500r/min的混料机中均和混合10min；取出上述混合物料，放入温度为80℃的烘箱中持续烘干1小时；将烘干后的混合物料放入温度为170℃的滚塑机中保温滚塑29min，脱模制成PBS发泡材料。
制得的PBS发泡材料密度约为0.202g/cm3，发泡倍率为6.14倍，导热系数为0.035W/M.K。

Claims (10)

1.一种可降解聚丁二酸丁二醇酯发泡材料，其特征在于：聚丁二酸丁二醇酯树脂100份，交联剂1-10份，发泡剂0.1-8份，发泡助剂0.1-3份，抗氧剂0.01-2份，0.1-5份脱模剂、助剂0.1-5份。
2.根据权利要求1所述的一种可降解聚丁二酸丁二醇酯发泡材料，其特征在于：聚丁二酸丁二醇酯为丁二酸和丁二醇的缩聚物，其分子量范围为10000-500000g/mol，熔融指数为10-20g/10min，密度为1.24-1.28g/cm3。
3.根据权利要求1所述的一种可降解聚丁二酸丁二醇酯发泡材料，其特征在于：所述的交联剂为过氧化二异丙苯、过氧化二苯甲酰、过氧化苯甲酸叔丁酯、异丙苯过氧化氢、叔丁基过氧化氢、过氧化二叔丁基、甲乙酮过氧化物、异丙苯酯、过氧化新癸酸叔戊酯、过氧新戊酸叔丁酯、过辛酸叔戊酯、过辛酸叔丁酯、2-乙基己基过氧二碳酸酯、叔丁基过氧缩酮、过氧化双(2,4-二氯苯甲酰)、2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧)己烷中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种可降解聚丁二酸丁二醇酯发泡材料，其特征在于：所述的发泡剂为偶氮二甲酰胺、对甲苯磺酰肼、4,4-氧化对苯磺酰肼、3,3’-二磺酰肼二苯砜、碳酸氢钠、N,N'-二甲基-N,N'-二亚硝基对苯二甲酰胺、1，3-苯二磺酰肼、对甲苯磺酰氨基脲、4，4’-氧代双(苯磺酰氨基脲)、三肼基三嗪中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种可降解聚丁二酸丁二醇酯发泡材料，其特征在于：所述的发泡助剂为氧化锌、硬脂酸锌、硬脂酸钙、柠檬酸、柠檬酸钠中的一种。
6.根据权利要求1所述的一种可降解聚丁二酸丁二醇酯发泡材料，其特征在于：所述的抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂168、硫代二丙酸双十八醇酯中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的一种可降解聚丁二酸丁二醇酯发泡材料，其特征在于：所述的脱模剂为硅油、硅酮、硅脂中的一种或者两种的混合物。
8.根据权利要求1所述的一种可降解聚丁二酸丁二醇酯发泡材料，其特征在于：所述的助剂为二氧化硅气凝胶、白炭黑纳米粉末中的一种。
9.一种可降解聚丁二酸丁二醇酯发泡材料的制备方法，其特征在于，具体过程为：首先将PBS树脂磨成粉末，粉末尺寸为10-80目；其次将PBS粉末与交联剂、发泡剂、发泡助剂、抗氧剂、脱模剂和助剂放入混料机中均匀混合5-30min，混料机的转速为500-2000r/min；随后将混合物料放入烘箱中30-80℃烘干1-4小时；最后将烘干后的混合物料通过滚塑成型或者模压成型制得发泡材料。
10.根据权利要求9所述的一种可降解聚丁二酸丁二醇酯发泡材料的制备方法，其特征在于：所述的滚塑成型工艺为将干燥的混合物料放入温度为160-200℃的模具中，旋转加热20-40min，最后脱模制得PBS发泡材料；所述的模压成型工艺为将干燥的混合物料放入温度为120-140℃、压力为5-100MPa的平板压片机中压制5-10min，冷却后取出；设置压片机温度为140-200℃、压力为5-100MPa，保温保压压制6-15min，最后泄压，制得PBS发泡材料。
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