CN113201210A - 一种发泡母粒及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种发泡母粒及其制备方法，属于高分子发泡材料领域，发泡母粒具体包括以下质量份数的：生物可降解树脂30‑80份；发泡剂10‑50份；无机填料0‑20份；生物基填料0‑60份；增塑剂0‑20份，其中，所述生物可降解树脂为己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物、聚己内酯、聚丁二酸丁二醇酯、聚乳酸中的至少一种。通过本申请的处理方案，得到可应用于食品包装材料、可生物降解塑料的发泡母粒。
Description
技术领域
本发明涉及高分子发泡材料领域，具体涉及一种发泡母粒及其制备方法。
背景技术
生物可降解材料在短时间内降解而不会给环境带来污染，采用生物可降解材料来制备发泡材料近几年来逐渐受到重视。但生物可降解塑料产业化较晚，成本高昂，进而限制了其商业化应用。
虽然可以采用可降解树脂制备发泡母粒从而扩展其应用，但是制备过程中常常采用偶氮二甲酰胺(AC)、4，4'-氧代双苯磺酰肼(OBSH)等化学发泡剂进行发泡，化学发泡剂的分解成分一般具有刺激性气味，并且发泡剂或分解物容易残留在发泡材料中。由于生物可降解材料广泛应用于一次性餐具、食品包装塑料等，因此使用化学发泡剂所制备的生物可降解发泡材料应用范围受到很大限制。
而采用二氧化碳、丁烷、氮气等物理发泡剂，发泡过程中对材料的熔体强度要求非常高，否则易发生发泡剂溢散，泡孔坍陷，泡孔大小难以控制，泡孔多较大并且开孔率高等问题，进而导致泡沫塑料的力学性能大大降低；并且其发泡工艺路线较长，对加工设备要求较高。
发明内容
因此，为了克服上述现有技术的缺点，本发明提供一种发泡母粒及其制备方法。
为了实现上述目的，本发明提供一种发泡母粒，包括以下质量份数的：生物可降解树脂30-80份；发泡剂10-50份；无机填料0-20份；生物基填料0-60份；增塑剂0-20份，其中，所述生物可降解树脂为己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物、聚己内酯、聚丁二酸丁二醇酯、聚乳酸中的至少一种。
在其中一个实施例中，所述发泡剂为可膨胀微球，所述可膨胀微球为粒径10～50μm、起发温度为80～150℃、发泡峰值温度为120～220℃、最低发泡密度不大于15kg/m3。
在其中一个实施例中，所述可膨胀微球为由聚合物形成的壳体中内包作为芯剂的挥发性膨胀剂，所述壳体由聚合性单体的单体混合物聚合而成，所述聚合性单体为丙烯腈、甲基丙烯腈、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸中的至少一种。
在其中一个实施例中，所述芯剂为沸点不高于壳体的低沸点烃类，所述芯剂为正戊烷、异戊烷、新戊烷、丁烷、异丁烷、己烷、异己烷、新己烷、庚烷、异庚烷、辛烷、异辛烷和石油醚中的至少一种。
在其中一个实施例中，所述无机填料为碳酸钙、二氧化硅、滑石粉、高岭土中的至少一种。
在其中一个实施例中，所述生物基填料为玉米淀粉、木薯淀粉、马铃薯淀粉、改性淀粉、纤维素粉中的至少一种。
在其中一个实施例中，所述增塑剂为丙三醇、山梨醇、聚乙二醇中的至少一种。
本发明还提供了一种发泡母粒的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：(1)将生物可降解树脂、发泡剂、无机填料、生物基填料、增塑剂置于高速混合机中常温混合均匀，得到初步混合料；(2)将初步混合料加入螺杆挤出机料仓，分段挤出造粒得到发泡母粒。
在其中一个实施例中，所述步骤(1)中，混合时间为10-60min，转速为50-1000rpm。
在其中一个实施例中，步骤(2)中，所述料仓分段控温为60-180℃，包括：所述料仓从输入段到挤出段分为六段区域，每段区域的温度不低于前一段区域的温度，且每段区域的温度位于60-180℃，机头挤出温度为70-190℃，螺杆转速为150-300rpm。
与现有技术相比，本发明的优点在于：发泡母粒中的添加剂热膨胀微球相较于传统的化学发泡剂，无毒环保，无刺激性物质释放或残留于材料中，可应用于食品包装材料，应用广泛。同时将发泡剂以发泡母粒的形式添加于材料中，使其在制品中能达到更好的分散性，发泡性能与传统化学发泡剂相比并没有明显的下降，仍然保持良好的力学性能。而且制备发泡母粒的生产工艺路线简单，对设备要求较低，对可降解高分子材料要求低(熔体强度要求低)，生产成本较低。不仅如此，采用本方法制备发泡母粒的过程中，可以通过调节其泡孔大小控制材料发泡的倍率，以适应产品的不同功能用途。
具体实施方式
下面对本申请实施例进行详细描述。
以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本申请，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目和方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。
本申请实施例提供一种发泡母粒，包括以下质量份数的生物可降解树脂30-80份；发泡剂10-50份；无机填料0-20份；生物基填料0-60份；增塑剂0-20份，其中，生物可降解树脂为己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物(PBAT)、聚己内酯(PCL)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚乳酸(PLA)中的至少一种。
在其中一个实施例中，发泡剂为可膨胀微球，可膨胀微球为粒径10～50μm、起发温度为80～150℃、发泡峰值温度为120～220℃、最低发泡密度不大于15kg/m3。
在其中一个实施例中，可膨胀微球为由聚合物形成的壳体中内包作为芯剂的挥发性膨胀剂，壳体由聚合性单体的单体混合物聚合而成，聚合性单体为丙烯腈、甲基丙烯腈、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸中的至少一种。
在其中一个实施例中，芯剂为沸点不高于壳体的低沸点烃类，芯剂为正戊烷、异戊烷、新戊烷、丁烷、异丁烷、己烷、异己烷、新己烷、庚烷、异庚烷、辛烷、异辛烷和石油醚中的至少一种。
无机填料能够改善塑料刚性、改善塑料制品尺寸稳定性、改善强度，同时降低了原料成本。在其中一个实施例中，无机填料为碳酸钙、二氧化硅、滑石粉、高岭土中的至少一种。
生物基填料本身可降解，无毒无害更加环保。在其中一个实施例中，生物基填料为淀粉和纤维素粉中的至少一种。纤维素粉可以是木粉、秸秆粉中的至少一种。淀粉可以是玉米淀粉、木薯淀粉、马铃薯淀粉、改性淀粉中的至少一种。
增塑剂用于增塑改性和共混改性，改善树脂的加工性能。在其中一个实施例中，增塑剂为丙三醇、山梨醇、聚乙二醇中的至少一种。
本申请实施例还提供了一种可生物降解的发泡母粒的制备方法，包含以下步骤：(1)将生物可降解树脂30-80份、发泡剂10-50份、无机填料0-20份、生物基填料0-60份、增塑剂0-20份置于高速混合机中常温混合均匀，得到初步混合料；(2)将初步混合料加入螺杆挤出机料仓，分段挤出造粒得到发泡母粒。
在其中一个实施例中，步骤(1)中，混合时间为10-60min，转速为50-1000rpm。
在其中一个实施例中，步骤(2)中，所述料仓分段控温为60-180℃，包括：所述料仓从输入段到挤出段分为六段区域，每段区域的温度不低于前一段区域的温度，且每段区域的温度位于60-180℃，机头挤出温度为70-190℃，螺杆转速为150-300rpm。
上述发泡母粒以及发泡母粒制备方法，发泡母粒中的添加剂热膨胀微球相较于传统的化学发泡剂，无毒环保，无刺激性物质释放或残留于材料中，可应用于食品包装材料，应用广泛。同时将发泡剂以发泡母粒的形式添加于材料中，使其在制品中能达到更好的分散性，发泡性能与传统化学发泡剂相比并没有明显的下降，仍然保持良好的力学性能。而且制备发泡母粒的生产工艺路线简单，对设备要求较低，对可降解高分子材料要求低(熔体强度要求低)，生产成本较低。不仅如此，采用本方法制备发泡母粒的过程中，可以通过调节其泡孔大小可控制材料发泡的倍率，以适应产品的不同功能用途。
实施例一
本实施例一提供的发泡母粒中质量组份为：生物可降解树脂PLA 55份，发泡剂(可微球膨胀)20份，生物基填料(淀粉)20份，增塑剂丙三醇5份。
制备步骤如下：
步骤一：将生物可降解树脂、发泡剂、无机填料、生物基填料、增塑剂按照比例置于高速混合机中混合均匀，得到初步混合料，转速为300rpm，常温下混合时间30min；
步骤二：将初步混合料加入螺杆挤出机料仓，挤出造粒得到发泡母粒，料仓从输入段到挤出段分为六段区域，每段区域的温度不低于前一段区域的温度，挤出条件为一区到六区温度为160℃、170℃、180℃、180℃、190℃、190℃，机头挤出温度190℃，螺杆转速200rpm，制得可降解发泡母粒。
实施例二
本实施例二提供的发泡母粒中质量组份为：生物可降解树脂PLA 40份，发泡剂(可微球膨胀)40份，生物基填料(淀粉)16份，增塑剂丙三醇4份。
制备步骤如下：
步骤一：将生物可降解树脂、发泡剂、无机填料、生物基填料、增塑剂按照比例置于高速混合机中混合均匀，得到初步混合料，转速为300rpm，常温下混合时间30min；
步骤二：将初步混合料加入螺杆挤出机料仓，挤出造粒得到发泡母粒，料仓从输入段到挤出段分为六段区域，每段区域的温度不低于前一段区域的温度，挤出条件为一区到六区温度为160℃、170℃、180℃、180℃、190℃、190℃，机头挤出温度190℃，螺杆转速200rpm，制得可降解发泡母粒。
实施例三
本实施例三提供的发泡母粒中质量组份为：生物可降解树脂PBAT 55份，发泡剂(可微球膨胀)20份，生物基填料(淀粉)20份，增塑剂丙三醇5份。
制备步骤如下：
步骤一：将生物可降解树脂、发泡剂、无机填料、生物基填料、增塑剂按照比例置于高速混合机中混合均匀，得到初步混合料，转速为300rpm，常温下混合时间30min；
步骤二：将初步混合料加入螺杆挤出机料仓，挤出造粒得到发泡母粒，料仓从输入段到挤出段分为六段区域，每段区域的温度不低于前一段区域的温度，挤出条件为一区到六区温度为115℃、120℃、120℃、125℃、130℃、130℃，机头挤出温度130℃，螺杆转速200rpm，制得可降解发泡母粒。
实施例四：
本实施例四提供的发泡母粒中质量组份为：生物可降解树脂PBAT 40份，发泡剂(可微球膨胀)40份，生物基填料(淀粉)16份，增塑剂丙三醇4份。
制备步骤如下：
步骤一：将生物可降解树脂、发泡剂、无机填料、生物基填料、增塑剂按照比例置于高速混合机中混合均匀，得到初步混合料，转速为300rpm，常温下混合时间30min；
步骤二：将初步混合料加入螺杆挤出机料仓，挤出造粒得到发泡母粒，料仓从输入段到挤出段分为六段区域，每段区域的温度不低于前一段区域的温度，挤出条件为一区到六区温度为115℃、120℃、120℃、125℃、130℃、130℃，机头挤出温度130℃，螺杆转速200rpm，制得可降解塑料用发泡母粒。
| 样品 | 密度(g/cm<sup>3</sup>) | 拉伸强度(MP) | 断裂伸长率 | 冲击强度KJ/m<sup>2</sup> |
| 聚乳酸 | 1.25 | 55 | 4％ | 3.0 |
| 聚乳酸+2％实施例1 | 0.98 | 44 | 3.2％ | 2.4 |
| 聚乳酸+2％实施例2 | 0.85 | 40 | 2.8％ | 2.0 |
上表为将可生物降解的发泡母粒实施例1与实施例2用于聚乳酸(PLA，REVODE190)材料的检测结果，实验结果说明，在聚乳酸中添加2％或4％发泡母粒后，可有效降低聚乳酸制品的密度，且仍然保持良好的力学性能。而且根据发泡母粒成分可以明确得到的发泡母粒生物可降解、可发泡、无毒环保、加工工艺简便，从表格中的数据可以知道发泡母粒在此基础上有较好的减重效果，同时又能保持塑料良好的力学性能。
| 样品 | 密度(g/cm<sup>3</sup>) | 拉伸强度(MP) | 断裂伸长率 | 冲击强度KJ/m<sup>2</sup> |
| PBAT | 1.26 | 18 | 240％ | / |
| PBAT+2％实施例1 | 0.97 | 15 | 190％ | / |
| PBAT+2％实施例2 | 0.86 | 13 | 160％ | / |
上表为将可生物降解的发泡母粒实施例3与实施例4用于PBAT(PBAT THJS-5801)材料的检测结果，实验结果说明，在PBAT中添加2％或4％发泡母粒后，可有效降低PBAT制品的密度，且仍然保持良好的力学性能。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种发泡母粒，其特征在于，包括以下质量份数的：
生物可降解树脂30-80份；发泡剂10-50份；无机填料0-20份；生物基填料0-60份；增塑剂0-20份，其中，所述生物可降解树脂为己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物、聚己内酯、聚丁二酸丁二醇酯、聚乳酸中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的发泡母粒，其特征在于，所述发泡剂为可膨胀微球，所述可膨胀微球为粒径10～50μm、起发温度为80～150℃、发泡峰值温度为120～220℃、最低发泡密度不大于15kg/m3。
3.根据权利要求2所述的发泡母粒，其特征在于，所述可膨胀微球为由聚合物形成的壳体中内包作为芯剂的挥发性膨胀剂，所述壳体由聚合性单体的单体混合物聚合而成，所述聚合性单体为丙烯腈、甲基丙烯腈、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸中的至少一种。
4.根据权利要求3所述的发泡母粒，其特征在于，所述芯剂为沸点不高于壳体的低沸点烃类，所述芯剂为正戊烷、异戊烷、新戊烷、丁烷、异丁烷、己烷、异己烷、新己烷、庚烷、异庚烷、辛烷、异辛烷和石油醚中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的发泡母粒，其特征在于，所述无机填料为碳酸钙、二氧化硅、滑石粉、高岭土中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的发泡母粒，其特征在于，所述生物基填料为玉米淀粉、木薯淀粉、马铃薯淀粉、改性淀粉、纤维素粉中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的发泡母粒，其特征在于，所述增塑剂为丙三醇、山梨醇、聚乙二醇中的至少一种。
8.一种发泡母粒的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：
(1)将生物可降解树脂、发泡剂、无机填料、生物基填料、增塑剂置于高速混合机中常温混合均匀，得到初步混合料；
(2)将初步混合料加入螺杆挤出机料仓，分段挤出造粒得到发泡母粒。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，混合时间为10-60min，转速为50-1000rpm。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述料仓分段控温为60-180℃，包括：
所述料仓从输入段到挤出段分为六段区域，每段区域的温度不低于前一段区域的温度，且每段区域的温度位于60-180℃，机头挤出温度为70-190℃，螺杆转速为150-300rpm。
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