CN116144067A - 一种可降解pbat发泡材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可降解PBAT发泡材料的制备方法，属于高分子材料技术领域，具体包括将65‑90重量份的PBAT、5‑30重量份的PLA、0.2‑2重量份的扩链剂、0.5‑3重量份的熔体增强剂、0.1‑1.5重量份的成核剂混合后进行挤出超临界气体发泡或者间歇超临界气体发泡，得到可降解PBAT发泡材料，本发明操作简单，得到的全生物降解发泡材料具有强度高、收缩率小、压缩回复率大、回弹性好。
Description
技术领域
本发明涉及一种可降解PBAT发泡材料的制备方法，属于高分子材料技术领域。
背景技术
随着工业化的发展，塑料制品在我们生活中随处可见，塑料制品丰富了我们的生活，也给我们的生活带来了便利，被广泛应用于生产、生活和科研等领域。
但是塑料制品在给我们带来了诸多便利的同时，越来越多塑料制品的废弃，也导致了严重的环境污染。因随意丢弃、处理不当和难以降解特性引起的堆积，大大增加环境中固体废弃物的数量，对人类身体健康、生态环境和周围景观造成了难以估量的严重污染和破坏。为了克服这些问题，妥善处理废弃的聚合物，解决这些环境问题的方法之一是使用可生物降解聚合物代替不可降解聚合物。
PBAT在生物降解性和生物相容性方面较其他可生物降解塑料其性能同样十分优越，从医疗器械到农业，再到包装用薄膜，PBAT 都是非常有前景的可降解材料，具有广泛的应用前景，大量与PBAT 产业相关的应用市场得到高速增长。
生物降解聚合物发泡材料具有重量轻、孔隙率高、柔韧性好、高效吸能和隔热以及优异的可生物降解性特点，在缓冲包装、物流运输、航空航天、体育休闲等领域有很大的应用前景。与无定形聚合物相比，PBAT作为一种线形构造的半结晶聚合物，在制备发泡材料方面存在以下两个技术难题：
（1）熔体强度较低。PBAT分子量较低，分子链呈线形结构，分子链间缠结程度较低，导致泡孔壁无法承受泡孔增长的驱动力，在泡孔生长和定型阶段容易出现泡孔塌陷、合并和破裂现象。
（2）加工温度窗口窄。PBAT作为一种半结晶聚合物，发泡剂在晶区中的溶解度和扩散速率低，会抑制泡孔成核，同时，晶区不易发生塑性变形，容易限制泡孔生长，影响泡孔形态、发泡倍率等发泡性能，导致PBAT的发泡加工窗口窄，可发性较差。
可降解热塑性聚合物弹性材料的发泡和膨化后仍需保有良好的物性，这就要求膨化后材料结构和材料泡孔等进行设计。但受制于材料本身结构性质和加工工艺，发泡原理的理解等诸多方面，导致国内对膨化的热塑性聚合物弹性材料的控制方式简单和不稳定，特别是高度结晶的聚合物材料。此外，现有的可降解发泡材料在改善其可降解性的同时，往往难以保证其良好的拉伸强度等物理特性，进而使得发泡材料虽然可以实现可降解，但是自身强度等不够而不耐用，严重偏移了产品设计的初衷。本发明正是基于上述问题而提出。
发明内容
为解决现有技术存在的技术问题，本发明提供了一种可降解PBAT发泡材料的制备方法，其操作简单，得到的全生物降解发泡材料具有强度高、收缩率小、压缩回复率大、回弹性好的优点。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为一种可降解PBAT发泡材料的制备方法，将65-90重量份的PBAT、5-30重量份的PLA、0.2-2重量份的扩链剂、0.5-3重量份的熔体增强剂、0.1-1.5重量份的成核剂混合后进行挤出超临界气体发泡或者间歇超临界气体发泡，得到可降解PBAT发泡材料。
优选的，所述PBAT在190℃和2.16kg载荷下的熔融指数为2-30g/10min。
优选的，所述PLA在190℃和2.16kg载荷下的熔融指数为1-20g/10min。
优选的，所述扩链剂采用ADR-4370、KL-E4370和KL-E4370B中的至少一种。
优选的，所述熔体增强剂为多异腈酸酯类化合物。
优选的，所述成核剂为葵二酸二酰肼类成核剂。
优选的，所述挤出超临界气体发泡为混合后在熔融共混的过程中利用超临界气体进行发泡，所述挤出超临界气体发泡的条件包括：加料段温度140-190℃，塑化段温度180-220℃，均化段温度150-200℃，挤出模头温度在110-160℃。
优选的，所述间歇超临界气体发泡为混合后先进行熔融共混得到颗粒产品，再将颗粒产品压制成片状产品后利用超临界气体进行发泡；所述熔融共混的条件包括：温度为170-210℃；转速为50-120r/min；所述超临界气体进行发泡的条件包括：发泡温度为110-160℃，发泡压力为5-25MPa，发泡时间为1-3h。
优选的，该方法制备的可降解PBAT发泡材料应用于缓冲包装材料中。
与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：本发明通过共混PLA来改善PBAT单独发泡材料存在的力学性能不足的问题，同时添加熔体增强剂解决PBAT发泡过程熔体强度低的问题；采用本发明的的制备方法制备的PBAT发泡颗粒，在提高PBAT熔体强度的同时，保持了PBAT的高柔性，在发泡成型过程中有效阻止泡孔的塌陷和破裂，进而形成泡孔尺寸和形态分布均匀的制品，使发泡制品保持了高回弹性，同时具有泡孔不易破裂、高回弹、高发泡倍率的特点；添加葵二酸二酰肼类成核剂提高生物可降解塑料发泡制品的加工应用性能。
实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。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。
实施例
一种可降解PBAT发泡材料的制备方法，先将所有原料在80℃的烘箱中干燥8小时，之后将65重量份的PBAT、5重量份的PLA、0.2重量份的扩链剂、0.5重量份的熔体增强剂、0.1重量份的成核剂混合后进行挤出超临界气体发泡，得到可降解PBAT发泡材料。
其中，PBAT在190℃和2.16kg载荷下的熔融指数为2g/10min，PLA在190℃和2.16kg载荷下的熔融指数为1g/10min。扩链剂采用ADR-4370，熔体增强剂为多异腈酸酯类化合物，成核剂为葵二酸二酰肼类成核剂。
挤出超临界气体发泡为混合后在熔融共混的过程中利用超临界气体进行发泡，该过程在双螺杆挤出机中进行，挤出超临界气体发泡的条件包括：加料段温度140℃，塑化段温度180℃，均化段温度150℃，挤出模头温度在110℃。
实施例
一种可降解PBAT发泡材料的制备方法，先将所有原料在80℃的烘箱中干燥8小时，之后将80重量份的PBAT、15重量份的PLA、0.8重量份的扩链剂KL-E4370B、0.8重量份的熔体增强剂聚异氰酸酯、0.5重量份的成核剂葵二酸二酰肼在高速混合机中混合后进行挤出超临界气体发泡，挤出超临界气体发泡在双螺杆挤出机中进行。
其中，PBAT在190℃和2.16kg载荷下的熔融指数为5g/10min，PLA在190℃和2.16kg载荷下的熔融指数为5g/10min。挤出超临界气体发泡的条件包括：加料段温度170℃，塑化段温度190℃，均化段温度180℃，挤出模头温度在140℃。挤出模头压力20Mpa。
实施例
一种可降解PBAT发泡材料的制备方法，先将所有原料在80℃的烘箱中干燥8小时，之后将90重量份的PBAT、30重量份的PLA、2重量份的扩链剂、3重量份的熔体增强剂、1.5重量份的成核剂混合后进行挤出超临界气体发泡，得到可降解PBAT发泡材料。
其中，PBAT在190℃和2.16kg载荷下的熔融指数为10g/10min，PLA在190℃和2.16kg载荷下的熔融指数为20g/10min。扩链剂采用KL-E4370，熔体增强剂为多异腈酸酯类化合物，成核剂为葵二酸二酰肼类成核剂。
挤出超临界气体发泡为混合后在熔融共混的过程中利用超临界气体进行发泡，该过程在双螺杆挤出机中进行，挤出超临界气体发泡的条件包括：加料段温度190℃，塑化段温度220℃，均化段温度200℃，挤出模头温度在160℃。
实施例
一种可降解PBAT发泡材料的制备方法，先将所有原料在80℃的烘箱中干燥8小时，之后将90重量份的PBAT、30重量份的PLA、2重量份的扩链剂、3重量份的熔体增强剂、1.5重量份的成核剂混合后进行挤出超临界气体发泡，得到可降解PBAT发泡材料。
其中，PBAT在190℃和2.16kg载荷下的熔融指数为30g/10min，PLA在190℃和2.16kg载荷下的熔融指数为12g/10min。扩链剂采用KL-E4370B和ADR-4370，熔体增强剂为多异腈酸酯类化合物，成核剂为葵二酸二酰肼类成核剂。
挤出超临界气体发泡为混合后在熔融共混的过程中利用超临界气体进行发泡，该过程在双螺杆挤出机中进行，挤出超临界气体发泡的条件包括：加料段温度180℃，塑化段温度200℃，均化段温度170℃，挤出模头温度在150℃。
实施例
一种可降解PBAT发泡材料的制备方法，先将所有原料在80℃的烘箱中干燥8小时，之后将90重量份的PBAT、30重量份的PLA、2重量份的扩链剂、3重量份的熔体增强剂、1.5重量份的成核剂混合后进行挤出超临界气体发泡，得到可降解PBAT发泡材料。
其中，PBAT在190℃和2.16kg载荷下的熔融指数为20g/10min，PLA在190℃和2.16kg载荷下的熔融指数为10g/10min。扩链剂采用KL-E4370、KL-E4370B和ADR-4370，熔体增强剂为多异腈酸酯类化合物，成核剂为葵二酸二酰肼类成核剂。
挤出超临界气体发泡为混合后在熔融共混的过程中利用超临界气体进行发泡，该过程在双螺杆挤出机中进行，挤出超临界气体发泡的条件包括：加料段温度180℃，塑化段温度200℃，均化段温度170℃，挤出模头温度在150℃。
实施例
一种可降解PBAT发泡材料的制备方法，先将所有原料在80℃的烘箱中干燥8小时，之后将65重量份的PBAT、5重量份的PLA、0.2重量份的扩链剂、0.5重量份的熔体增强剂、0.1重量份的成核剂混合后进行熔融共混，得到颗粒产品，再将颗粒产品压制成片状产品后利用超临界气体进行发泡，得到可降解PBAT发泡材料。
其中，PBAT在190℃和2.16kg载荷下的熔融指数为20g/10min，PLA在190℃和2.16kg载荷下的熔融指数为10g/10min。扩链剂采用KL-E4370，熔体增强剂为多异腈酸酯类化合物，成核剂为葵二酸二酰肼类成核剂。所述熔融共混的条件包括：温度为170℃；转速为50r/min；所述超临界气体进行发泡的条件包括：发泡温度为110℃，发泡压力为5MPa，发泡时间为1h。
实施例
一种可降解PBAT发泡材料的制备方法，先将所有原料在80℃的烘箱中干燥8小时，之后将80重量份的PBAT、15重量份的PLA、1重量份的扩链剂、2重量份的熔体增强剂、1重量份的成核剂混合后进行熔融共混，得到颗粒产品，再将颗粒产品压制成片状产品后利用超临界气体进行发泡，得到可降解PBAT发泡材料。
其中，PBAT在190℃和2.16kg载荷下的熔融指数为20g/10min，PLA在190℃和2.16kg载荷下的熔融指数为10g/10min。扩链剂采用KL-E4370B，熔体增强剂为多异腈酸酯类化合物，成核剂为葵二酸二酰肼类成核剂。所述熔融共混的条件包括：温度为210℃；转速为120r/min；所述超临界气体进行发泡的条件包括：发泡温度为160℃，发泡压力为25MPa，发泡时间为3h。
实施例
一种可降解PBAT发泡材料的制备方法，先将所有原料在80℃的烘箱中干燥8小时，之后将80重量份的PBAT、15重量份的PLA、1重量份的扩链剂、2重量份的熔体增强剂、1重量份的成核剂混合后进行熔融共混，得到颗粒产品，再将颗粒产品压制成片状产品后利用超临界气体进行发泡，得到可降解PBAT发泡材料。
其中，PBAT在190℃和2.16kg载荷下的熔融指数为20g/10min，PLA在190℃和2.16kg载荷下的熔融指数为10g/10min。扩链剂采用KL-E4370B和ADR-4370，熔体增强剂为多异腈酸酯类化合物，成核剂为葵二酸二酰肼类成核剂。所述熔融共混的条件包括：温度为180℃；转速为90r/min；所述超临界气体进行发泡的条件包括：发泡温度为140℃，发泡压力为20MPa，发泡时间为2.5h。
实施例
一种可降解PBAT发泡材料的制备方法，包括以下步骤：先将所有原料在80℃的烘箱中干燥8小时，之后将80重量份的PBAT、15重量份的PLA、0.8重量份的扩链剂KL-E4370B、0.8重量份的熔体增强剂聚异氰酸酯、0.5重量份的成核剂葵二酸二酰肼在高速混合机中混合后进行熔融共混，得到颗粒产品，再将颗粒产品压制成片状产品后利用超临界气体进行发泡。
其中，其中，PBAT在190℃和2.16kg载荷下的熔融指数为20g/10min，PLA在190℃和2.16kg载荷下的熔融指数为10g/10min。所述熔融共混的条件包括：温度为180℃，转速为100r/min。其中，所述超临界气体发泡的条件包括：发泡温度为140℃，发泡压力为20MPa，；发泡时间为2.5h。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包在本发明范围内。
Claims (9)
1.一种可降解PBAT发泡材料的制备方法，其特征在于：将65-90重量份的PBAT、5-30重量份的PLA、0.2-2重量份的扩链剂、0.5-3重量份的熔体增强剂、0.1-1.5重量份的成核剂混合后进行挤出超临界气体发泡或者间歇超临界气体发泡，得到可降解PBAT发泡材料。
2.根据权利要求1所述的一种可降解PBAT发泡材料的制备方法，其特征在于：所述PBAT在190℃和2.16kg载荷下的熔融指数为2-30g/10min。
3.根据权利要求1或2所述的一种可降解PBAT发泡材料的制备方法，其特征在于：所述PLA在190℃和2.16kg载荷下的熔融指数为1-20g/10min。
4.根据权利要求3所述的一种可降解PBAT发泡材料的制备方法，其特征在于：所述扩链剂采用ADR-4370、KL-E4370和KL-E4370B中的至少一种。
5.根据权利要求3所述的一种可降解PBAT发泡材料的制备方法，其特征在于：所述熔体增强剂为多异腈酸酯类化合物。
6.根据权利要求3所述的一种可降解PBAT发泡材料的制备方法，其特征在于：所述成核剂为葵二酸二酰肼类成核剂。
7.根据权利要求1所述的一种可降解PBAT发泡材料的制备方法，其特征在于：所述挤出超临界气体发泡为混合后在熔融共混的过程中利用超临界气体进行发泡，所述挤出超临界气体发泡的条件包括：加料段温度140-190℃，塑化段温度180-220℃，均化段温度150-200℃，挤出模头温度在110-160℃。
8.根据权利要求1所述的一种可降解PBAT发泡材料的制备方法，其特征在于：所述间歇超临界气体发泡为混合后先进行熔融共混得到颗粒产品，再将颗粒产品压制成片状产品后利用超临界气体进行发泡；所述熔融共混的条件包括：温度为170-210℃；转速为50-120r/min；所述超临界气体进行发泡的条件包括：发泡温度为110-160℃，发泡压力为5-25MPa，发泡时间为1-3h。
9.根据权利要求4-8任一项所述的一种可降解PBAT发泡材料的制备方法，其特征在于：该方法制备的可降解PBAT发泡材料应用于缓冲包装材料中。
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