CN1786072A - 多元组合可降解发泡塑料及其制备方法 - Google Patents

多元组合可降解发泡塑料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

多元组合可降解发泡塑料及其制备方法，它涉及一种发泡塑料及其制备方法。本发明的发泡塑料由下述成分按照重量份数比组成：改性聚乳酸母粒70～100、二氧化碳树脂和/或脂肪族聚已内酯1～20、润滑脱模剂0.5～1.5、发泡剂及发泡助剂1～5、交联剂1～5。其制备方法为：一、无机粉体改性；二、淀粉改性；三、聚乳酸改性；四、塑化发泡，得到可降解发泡塑料片材。本发明克服了单一聚乳酸热稳定不好、成型困难的问题，降低了产品的成本，解决了单一聚乳酸本身不可克服的缺点，完成使用寿命后的废弃物可生物降解，不污染环境。本发明的可降解发泡塑料制品可以代替已有的不可降解的发泡塑料制品，节约不可再生资源。

Description

多元组合可降解发泡塑料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种发泡塑料及其制备方法。
背景技术
发泡塑料是一种气体与塑料共混而成的材料，它有较大的可压缩性、缓冲性，在防震、防破碎中起着重要的作用。同时由于空气的热传导性很小，且又被封闭在塑料中而不能对流，所以发泡塑料又是一种隔热、保温性能非常理想的材料。因而多种材质的泡沫塑料被广泛应用于多个包装、隔热、缓冲、防震领域。已有的发泡塑料有聚乙烯、EVA、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚氨酯、脲甲醛等材质的发泡塑料，都是不可降解的塑料。虽然得到社会的广泛认可，但完成使用寿命后的废弃物，不易回收，焚烧处理后又产生大量含有CO2、氮、硫、磷、卤素等化合物有害气体，严重污染人们赖以生存的自然环境。
US5348983中采用物理发泡法制备聚乳酸发泡沫塑料，但这种物理发泡法制备聚乳酸泡沫塑料，实施很困难，没能被推广应用。
US5763098中以聚乳酸为主要原料，无填充物，采用化学和物理方法发泡、热压法成型制备聚乳酸泡沫塑料，上述方法实施困难，即使应用，因其性价比高，推广应用也很困难，而且单一聚乳酸热稳定不好，成型困难。
CN1600814A中以聚乳酸为主要原料，无填充物，采用化学法发泡、热压法成型制备发泡成品，产品用于免洗餐具、快餐饭盒、生鲜托盘、花盆等制品，但性价比很高，难于被消费者接受。
CN1544516A中以超细聚乙烯醇和低分子量聚酰胺为主要原料，以淀粉和纤维作为填充物，采用物理法发泡、挤压法成型制备发泡成品，产品用于缓冲包装材料，可以替代聚苯乙烯，但性价比高。
CN1544525A以聚乳酸为主要原料，无填充物，采用化学法发泡、热压交联法成型制备发泡成品，产品用于密度不同的缓冲防震包装材料，可以替代聚苯乙烯泡沫塑料制品，但性价比高。
发明内容
针对现有发泡塑料性价比高、热稳定性不好、成型困难的问题，本发明提供一种多元组合可降解发泡塑料及其制备方法。本发明的多元组合可降解发泡塑料由下述成分按照重量份数比组成：改性聚乳酸母粒70～100、二氧化碳树脂和/或脂防族聚己内酯1～20、润滑脱模剂0.5～1.5、发泡剂及发泡助剂1～5、交联剂1～5。
多元组合可降解发泡塑料的制备方法按照下述步骤进行：一、无机粉体改性：将无机粉体粉磨至细度≥300目后加热到80～120℃，边加热边翻炒10～20分钟，然后加入0.1～2wt.％改性剂，继续加热翻炒10～20分钟，混合均匀；二、淀粉改性：按重量份数比取淀粉85～95、催化剂0.1～2、交联剂0.1～2、热稳定剂0.5～3、增塑剂5～20进行共混合后，置于带有加热装置的混合机中，温度控制60～120℃混合10～20分钟，再加入改性剂0.1～2，在80～120℃加热，继续混合10～20分钟；三、聚乳酸改性：首先将聚乳酸在塑料干燥机中除湿干燥，干燥温度60～70℃，时间3～4小时，然后按重量份数比为聚乳酸60～100、改性无机粉体5～40、改性淀粉5～20、柔韧剂5～10、乳酸10～15共混，在混合机中充分搅拌10～20分钟，然后用单、双螺杆挤出机中造粒，得到改性聚乳酸母粒；四、塑化发泡：按照重量份数比为改性聚乳酸母粒70～100、二氧化碳树脂和/或脂肪族聚己内酯1～20、润滑脱模剂0.5～1.5、发泡剂及发泡助剂1～5、交联剂1～5进行混合，在加热温度60～120℃的条件下混合5～15分钟，然后进行塑化挤出发泡制备成可降解发泡塑料片材。
本发明多元组合可降解发泡塑料主要用做餐具、餐盘，并可根据密度的不同制备其他包装材料。本发明发泡塑料的主体材料为聚乳酸、聚己内酯、二氧化碳聚合物，均是可被生物降解的热塑性塑料。上述三种塑料不同于以石化产品的化工产品塑料，消耗的是不可再生资源。这一塑料新品种的出现，对大幅提高城市环保水平，减少对不可代替石油资源的消耗，同时可以大大提高粮食转化增值能力。正是有了可完全生物降解塑料的出现，才给予此发明启示。随着人们环保意识的不断提高，节省不可再生资源，抑制能源浪费是时代的迫切需要，使人们越来越重视再生资源的利用和可环保材料的开发利用。本发明以可生物降解塑料为主要原料，采用多元组合的方法制备可降解发泡塑料制品，代替已有的不可降解的发泡塑料制品，节约不可再生资源，保护自然环境。本发明克服了单一聚乳酸热稳定不好、成型困难的问题，降低了产品的成本，解决了单一聚乳酸本身不可克服的缺点，完成使用寿命后的废弃物可生物降解，不污染环境。
附图说明
图1为本发明多元组合可降解发泡塑料的制备工艺流程图。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式的多元组合可降解发泡塑料由下述成分按照重量份数比组成：改性聚乳酸母粒70～100、二氧化碳树脂和/或脂肪族聚己内酯1～20、润滑脱模剂0.5～1.5、发泡剂及发泡助剂1～5、交联剂1～5。
本实施方式中所述改性聚乳酸母粒由下述成分按照重量份数比组成：聚乳酸60～100、改性无机粉体5～40、改性淀粉5～20、柔韧剂5～10。
本实施方式中交联剂为过氧化二异丙苯、二叔丁基过氧化物、硼砂、甲醛中的一种或几种的混合物；柔韧剂为脂肪族芳香型共聚酯或环烷油；发泡剂为偶氮二甲酰胺、偶氮氨基苯、对甲苯磺酰肼、对甲苯磺酰氨基脲、偶氮二异丁腈中的一种或几种的混合物；发泡助剂为肉豆蔻酸镉、脂肪酸锌皂、邻苯二甲酸酐中的一种或几种的混合物；润滑脱模剂为滑石粉、硬脂酸钙、硬脂酸锌、二甲基硅油中的一种或几种的混合物。
具体实施方式二：如图1所示，本实施方式的多元组合可降解发泡塑料的制备方法步骤如下：
一、无机粉体改性：
由于无机粉体材料与塑料的相容性差，易于集结成团，在制品中分散不均，影响制品质量，所以必须对多元组合中的无机矿物质粉料进行表面改性处理。改性的目的是解决与其它组分的相容性，分散性和可加工性。将无机粉体粉磨至细度≥300目后加热到80～120℃，边加热边翻炒10～20分钟，充分除湿，然后加入0.1～2wt.％改性剂，继续加热翻炒10～20分钟，混合均匀，冷却出锅，装袋防潮保管待用。所述无机粉体为CaCO3、蒙脱土、TiO2中的一种或几种的混合物；改性剂为GO2和/或偶联剂，其中偶联剂为硅烷偶联剂(KH550、KH570、KH560、KH590、乙烯基三乙氧基硅烷或辛基三乙氧基硅烷等)和/或钛酸偶联剂(三钛酸异丙酯或三异硬酯酰基钛酸异丙酯等)，GO2为如东金来氨基酸有限公司生产。GO2型改性剂是采用特殊的化学合成技术及功能性复合技术，将具有螯合能力的有机官能团接枝在表面活性剂上，因而产品集偶联剂、高效活化剂及加工助剂等多功能于一体。在高分子材料加工过程中直接添加GO2型改性剂，不仅能使无机填料得到高度分散，增加填料用量，而且能改善体系各组分的相容性、促进塑化，降低熔体粘度，改善加工流动性，提高生产效率。GO2型改性剂对无机填料具有极强的亲和性，使其得到充分的活化改性，破坏并阻止无机物团聚，从而更加均匀分散到高分子网络中，因而可以提高填料的加入量，同时依赖较强的界面键合作用，达到增韧补强的效果。应用于高分子复合材料加工中，能够很好地改善习题各组分的相容性，促进塑化，降低熔体粘度，改善加工流动性，提高生产效率，并能够提高制品的抗冲击强度及断裂伸长率，同时改善制品表面光泽。
二、淀粉改性：
其次，淀粉在多元组合中占有一定比例的组分，如果处理不好，会严重影响发泡制品的质量，对淀粉的改性尤其重要。天然淀粉与发泡剂是不相容的，尤其是热稳定不好，在热加工中热降解性提高不利于加工成型。按如下做法对天然淀粉进行改性处理后，便可解决上述问题。按重量份数比取淀粉85～95、催化剂0.1～2、交联剂0.1～2、热稳定剂0.5～3、增塑剂5～20进行共混合后，置于带有加热装置的混合机中，温度控制60～120℃混合10～20分钟，除去水分，再加入改性剂0.1～2，在80～120℃加热，继续混合10～20分钟，冷却装袋，防潮保管待用。所述交联剂为过氧化二异丙苯、二叔丁基过氧化物、硼砂、甲醛、过硫酸钾和亚硫酸钠中的一种或几种的混合物；增塑剂为多元醇、柠檬酸三正丁酯、邻苯二甲酸二正丁酯、邻苯二甲酸二正辛酯、甘油乙二酸酯、乙醇二乙酸酯、乙三醇二乙酸酯、乳酸中的一种或几种的混合物；催化剂为正丁锡；热稳定剂为季戊四醇和/或山梨醇；改性剂为GO-2、硅烷偶联剂、钛酸偶联剂中的一种或几种的混合物。
三、聚乳酸改性：
由于聚乳酸(PLA)树脂本身的特性，决定它具有如下不可克服的缺陷：一是聚乳酸低温脆性，本来发泡体应具有轻松柔软的性质，低温脆性会影响制品性能与应用，必须加以克服；二是聚乳酸热稳定性差，在热塑成型过程中往往会降解，降低分子量，给成型加工带来一定的困难。依照下述方法，改变聚乳酸这两个不可克服的缺陷。首先将聚乳酸在塑料干燥机中除湿干燥，干燥温度60～70℃，时间3～4小时，使水份降至0.25％，然后按重量份数比为聚乳酸60～100、改性无机粉体5～40、改性淀粉5～20、柔韧剂5～10、乳酸10～15共混，在混合机中充分搅拌10～20分钟，以求充分混合，然后用单螺杆、双螺杆挤出机中造粒，粒径1～15mm，粒长2～3mm。所述柔韧剂为脂肪族芳香型共聚酯(EcoFLZX，德国巴斯夫生产)或环烷油(SEBS)。
在完成造粒工序后，即可进行塑化发泡工艺工序的实施。
四、塑化发泡：
以上多元组合物的比例可根据发泡体的应用领域，预计的物理性能指标的不同，选择助剂品种，确定助剂的加入量。助剂在多元组合中的比例有一个选择的范围，这样运用起来就比较有灵活性和可实用性。将配制好的多元组合降解发泡塑料原料按照重量份数比为改性聚乳酸母粒70～100、二氧化碳树脂(PPC)和/或脂肪族聚己内酯(PCL)1～20、润滑脱模剂0.5～1.5、发泡剂及发泡助剂1～5、交联剂1～5进行混合。混合要求的条件是高速混合机要带有加温和控温装置，加热温度60～120℃，混合时间5～15分钟，然后即可按照塑化挤出发泡发制备可降解发泡塑料片材，片材厚度1.5mm～5.0mm，密度0.58g/cm3～0.53g/cm3，根据需要可进行二次加工。如有必要可填加着色剂制成带有颜色的多元组合可降解发泡塑料。所述交联剂为过氧化二异丙苯、二叔丁基过氧化物、硼砂、甲醛中的一种或几种的混合物；发泡剂为偶氮二甲酰胺、偶氮氨基苯、对甲苯磺酰肼、对甲苯磺酰氨基脲、偶氮二异丁腈中的一种或几种的混合物；发泡助剂为肉豆蔻酸镉、脂肪酸锌皂、邻苯二甲酸酐中的一种或几种的混合物；润滑脱模剂为滑石粉、硬脂酸钙、硬脂酸锌、二甲基硅油中的一种或几种的混合物。
具体实施方式三：本实施方式的多元组合可降解发泡塑料的制备方法步骤如下：
一、无机粉体改性：
将CaCO3、蒙脱土、TiO2分别粉磨至细度＞300目后加热到120℃，边加热边翻炒10～20分钟，充分除湿，然后加入0.5wt.％GO-2、0.2wt.％硅烷偶联剂，继续加热翻炒20分钟，混合均匀，冷却出锅，装袋防潮保管待用。
二、淀粉改性：
按重量份数比取淀粉：93.6％、正丁锡：1％、乳酸：10％、过硫酸钾和亚硫酸钠(摩尔比为2∶1)：0.2％、过氧化二异丙苯：0.2％、山梨醇：1％、柠檬酸三正丁酯：1％、甘油：2％进行共混合后，置于带有加热装置的混合机中，温度控制60～120℃混合10～20分钟，除去水分，再加入重量份数为0.5的GO-2，在120℃加热，继续混合20分钟充分混合，冷却装袋，防潮保管待用。
三、聚乳酸改性：
将聚乳酸在塑料干燥机中除湿干燥，干燥温度70℃，时间3～4小时，使水份降至0.25％，然后按重量份数比为聚乳酸90、改性后的蒙脱土5、改性后的TiO215、改性淀粉15、肪族芳香型共聚酯10、乳酸15共混，在混合机中充分搅拌10～20分钟，以求充分混合，然后用90mm双螺杆挤出机中造粒，粒径1～15mm，粒长2～3mm。推荐的双螺杆挤塑料出机控制参数如表1：
表1
  挤出部位   加料段   压缩段   计量段   机颈   模头
  温度设定℃   180   190   200   200   200
  挤出机转速r/min   20～70
在完成造粒工序后，即可进行塑化发泡工艺工序的实施。
四、塑化发泡：
按照重量份数比为改性聚乳酸母粒85、二氧化碳树脂5、脂肪族聚己内酯10、滑石粉1、偶氮二甲酰胺2、肉豆蔻酸镉1、硼砂4进行混合，混合要求的条件是高速混合机要带有加温和控温装置，加热温度60～120℃，混合时间5～15分钟，然后即可进行塑化挤出发泡法制备成可降解发泡塑料为片材，厚度1.5mm～5.0mm，密度0.58g/cm3～0.53g/cm3，根据需要可进行二次加工。如有必要可填加着色剂制成带有颜色的多元组合可降解发泡塑料。多元组合可降解发泡塑料推荐的工艺条件如下：
(一)双螺杆挤出机
1、螺杆直径：90mm
2、螺杆长径比：1/28或1/40-48
(二)模具
1、模口隙长度：600～1000mm
2、横口间隙：1.5mm～5.0mm
(三)温度、线速度、螺杆转数等工艺参数(见表2)
表2
  挤出机部位   加料段   压缩段   计量段   机颈   模头   冷却方式及温度
  温度设定(℃)   80～85   135～140   145   145   145   风冷、常温
  挤出机螺杆转数(r/min) 15～65
  挤出线速度(m/min)   5～35
具体实施方式四：本实施方式将通过以下三个实施例(见表3～4)来说明本发明的实施效果。本发明举例中仅是本发明实施例并非全部技术的实施，然而本技术领域的工程技术人员，对本技术的理解是轻而易举的，对本发明的技术的任何改动都应属本技术范畴。
表3
  多元组合类别及组合名称   1   2   3
  基体材料   1   聚乳酸   66.5   70   65
2 二氧化碳树脂 4.5 4 7
  3   脂肪族聚己内酯   3   10   4
填加剂   1   CaCO3   4   4   4
  2   TiO2   3   2   2.5
  3   蒙脱土   3   5   5
  4   淀粉   8   5   8
  加容剂   1   乳酸   5   3   4
  柔韧剂   1   EFCOLX   3   3   3
交联改性剂   1   硼砂   0.5   0.5   0.5
  2   硅烷偶联剂   0.1   0.2   0.3
  3   钛酸偶联剂   -   0.1   0.1
4 过氧化二异丙苯 1.0 0.8 1.2
  5   GO-2   0.8   0.6   0.4
  增塑剂   1   多元醇   -   5   -
  2   邻苯二甲酸二正辛酯   2   -   -
3 乙醇二醇酸脂 - - 3
  4   甘油乙二酸脂   2   -   -
  5   柠檬酸三正丁酯   -   -   2
  6   乳酸   5   3   4
  发泡   1   偶氮二甲酰胺   -   1.5   -
  2   二偶氮苯胺基苯   -   -   1.5
  剂   3   偶氮二异丁腈   -   1   -
  4   对甲苯磺酰氨基脲   1   -   -
  5   对甲苯磺酰肼   -   -   1
  发泡助剂   1   肉豆蔻酸镉   3   -   -
2 脂肪酸锌皂 - 3 -
3 邻苯二甲酸酐 - - 3
  热稳定剂   1   季戊四醇   1   1   1
  催化剂   1   正丁锡   0.2   0.2   -
  润滑剂脱模剂   1   滑石粉   2   4   6
  2   硬脂酸钙   -   -   1
  3   硬脂酸锌   -   1   -
  4   二甲基硅油   1.5   -   -
表4 发明实施效果
本发明是在克服已有技术的基础上发明的多元组合物制备的发泡塑料，以上仅是举例，凡在本技术基础上的任意改进或采用此方法都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1、多元组合可降解发泡塑料，其特征在于所述发泡塑料由下述成分按照重量份数比组成：改性聚乳酸母粒70～100、二氧化碳树脂和/或脂肪族聚已内酯1～20、润滑脱模剂03～1.5、发泡剂及发泡助剂1～5、交联剂1～5。
2、根据权利要求1所述的多元组合可降解发泡塑料，其特征在于所述改性聚乳酸母粒由下述成分按照重量份数比组成：聚乳酸60～100、改性无机粉体5～40、改性淀粉5～20、柔韧剂5～10、乳酸10～15。
3、根据权利要求1所述的多元组合可降解发泡塑料，其特征在于所述交联剂为过氧化二异丙苯、二叔丁基过氧化物、硼砂、甲醛中的一种或几种的混合物。
4、根据权利要求1所述的多元组合可降解发泡塑料，其特征在于所述发泡剂为偶氮二甲酰胺、偶氮氨基苯、对甲苯磺酰肼、对甲苯磺酰氨基脲、偶氮二异丁腈中的一种或几种的混合物。
5、根据权利要求1所述的多元组合可降解发泡塑料，其特征在于所述发泡助剂为肉豆蔻酸镉、脂肪酸锌皂、邻苯二甲酸酐中的一种或几种的混合物。
6、根据权利要求1所述的多元组合可降解发泡塑料，其特征在于所述润滑脱模剂为滑石粉、硬脂酸钙、硬脂酸锌、二甲基硅油中的一种或几种的混合物。
7、根据权利要求2所述的多元组合可降解发泡塑料，其特征在于所述柔韧剂为脂肪族芳香型共聚酯或环烷油。
8、权利要求1所述多元组合可降解发泡塑料的制备方法，其特征在于所述发泡塑料按照下述步骤进行制备：一、无机粉体改性：将无机粉体粉磨至细度≥300目后加热到80～120℃，边加热边翻炒10～20分钟，充分除湿，然后加入0.1～2wt.％改性剂，继续加热翻炒10～20分钟，混合均匀；二、淀粉改性：按重量份数比取淀粉85～95、催化剂0.1～2、交联剂0.1～2、热稳定剂0.5～3、增塑剂5～20进行共混合后，置于带有加热装置的混合机中，温度控制60～120℃混合10～20分钟，除去水分，再加入改性剂0.1～2，在80～120℃加热，继续混合10～20分钟；三、聚乳酸改性：首先将聚乳酸在塑料干燥机中除湿干燥，干燥温度60～70℃，时间3～4小时，然后按重量份数比为聚乳酸60～100、改性无机粉体5～40、改性淀粉5～20、柔韧剂5～10、乳酸10～15共混，在混合机中充分搅拌10～20分钟，然后用单、双螺杆挤出机中造粒，得到改性聚乳酸母粒；四、塑化发泡：按照重量份数比为改性聚乳酸母粒70～100、二氧化碳树脂和/或脂肪族聚已内酯1～20、润滑脱模剂0.5～1.5、发泡剂及发泡助剂1～5、交联剂1～5进行混合，在加热温度60～120℃的条件下混合5～15分钟，然后进行塑化挤出发泡法制备成可降解发泡塑料片材。
9、根据权利要求8所述多元组合可降解发泡塑料的制备方法，其特征在于所述改性聚乳酸母粒的粒径1～15mm，粒长2～3mm。
10、根据权利要求8所述多元组合可降解发泡塑料的制备方法，其特征在于所述可降解发泡塑料片材的厚度为1.5～5.0mm。
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