CN1919926B - 一种聚乳酸-淀粉发泡材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种聚乳酸-淀粉发泡材料及其制备方法，包括先将聚乳酸和淀粉分别熔融后，再混合发泡，形成耐水性、发泡率高的泡沫制品。本发明的制备方法可以降低聚乳酸的降解，改进淀粉和聚乳酸的混和效果，提高聚乳酸-淀粉的发泡率，使得复合制品有良好的机械强度和耐水性。

Description

一种聚乳酸-淀粉发泡材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及发泡性材料领域，具体地说，涉及一种聚乳酸-淀粉发泡材料及其制备方法。
背景技术
随着社会的发展，人们使用的一次性的包装、装饰材料、餐具等一次性材料越来越多，早期开发的发泡性包装材料都是基于石油化工产品，它们虽然价格低廉，但是降解性很差，造成所谓的白色污染。为了消除白色污染，人们在石油基高分子材料的基础上开发了光降解的包装材料。光降解材料在光的作用下，可以降解成细小的碎块，消除视觉污染，但是此碎块要为微生物降解，仍然需要数十年甚至上百年，而且由光降解造成的难降解高分子碎块污染空气、水体和土壤，严重影响了动植物的生长，直接和间接影响人类的健康，因此有必要开发完全生物降解的一次性使用材料。
为了取代不能降解的基于石油的合成高分子材料，人们采用生物方法和化学方法合成了一些完全生物降解的高分子材料，虽然这些材料在力学性质和耐环境性比基于石油的高分子材料有很大的差距，但是，用于可降解包装材料还是很合适的，但是这些材料基本上都是在淀粉水解、发酵、聚合的基础上合成，因而成本很高，目前其主要应用还是限于医学和特殊应用场合。此外，合成高分子材料的熔融强度一般比较低，往往不能加工成市场需求旺盛的泡沫材料。
很多天然高分子材料有很好的生物降解性，价格非常低廉，可以采用一般合成高分子塑料的加工方法成型，但是水溶性大，材料耐热性不足，难以满足包装材料对力学和防护性的要求。为了改进天然高分子材料的不足，人们尝试对天然高分子进行化学改性，实践表明，如果改性程度太小，改性对天然高分子的影响不大，但是如果改性程度大，虽然天然高分子的性能可以得到很大的改善，但是最终产品的成本也会大幅度增加，而且材料的生物降解性也会大幅度下降甚至消失。
基于前面的原因，人们致力于研究合成可降解材料与天然高分子共混，以期解决成本-综合性能的问题，目前研究比较多的是采用淀粉与合成高分子复合。聚乳酸是一种综合性能良好的可生物降解高分子，但其价格偏高，直接用作实体型的一次性用具成本较高，若能将其制成发泡制品，则可以降低成本，改善机械性能，但是其自身的发泡性很差。而且聚乳酸在高温下耐水性较差，在以前的聚乳酸-淀粉复合发泡技术中，由于聚乳酸的降解，所得发泡材料发泡率低，机械性能差，没有得到实质性的应用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有聚乳酸-淀粉发泡材料存在的问题，提供一种聚乳酸-淀粉发泡材料的制备方法，以提高发泡材料的发泡率，制备具有良好的机械强度和耐水性的聚乳酸-淀粉发泡材料。
为了实现上述口的，本发明采用如下技术方案：
本发明的聚乳酸-淀粉发泡材料的制备方法，如下步骤：先将聚乳酸和淀粉分别熔融后再混和，发泡。
在上述制备方法中，淀粉加入一定量的水后采用高压装置加热糊化，最好采用螺杆挤出机挤压糊化，糊化温度和水分含量根据最终的膨化度和所选用的设备决定。所用的螺杆挤可以是单螺杆挤出机，也可以是双螺杆挤出机，为了使淀粉更好地糊化，最好采用双螺杆挤出机。挤出温度范围在90℃-180℃，最好在120℃-150℃之间。淀粉的水分含量在10％-30％之间，比较合适的范围在12％-27％之间，最好在16％-25％之间。水分可以之间加入淀粉中，也可以通过计量泵或者其他加料装置在淀粉加热输送过程中加入。
在上述制备方法中，聚乳酸先用一个装置熔融，在聚乳酸完全熔融后，将其与淀粉糊化物在耐压设备内混和，然后用公知的方法发泡膨化。聚乳酸可以用一般的加热装置加热溶化，但较好的熔化聚乳酸的装置是螺杆挤出机，可以同时完成溶化和输送。
溶化后的聚乳酸和淀粉可以用一般的加压混合装置混合，比较好的方式是用螺杆挤出机混合，混合中最好同时有剪切和拉伸作用，混合的效率要高，速度要快，尽量较少聚乳酸和淀粉的接触时间。
聚乳酸和淀粉混合后，可以直接挤出发泡，也可以引入其他发泡设备中进行发泡。
发泡剂可以采用化学发泡剂和/或物理发泡剂，可以采用一种发泡剂也可以采用两种或两种以上的复合发泡剂。发泡剂可以事先加入聚乳酸中，也可以直接加入淀粉中，也可以直接用淀粉中的水分作发泡剂。
在上述制备方法中，聚乳酸5～97重量％，淀粉3～95重量％。
在上述制备方法中，所述聚乳酸为L-聚乳酸、D-聚乳酸、DL聚乳酸或其混合物或其复合物，或是乳酸与羟基酸、二元酸、二元醇的共聚物。
在上述制备方法中，所述淀粉包括玉米淀粉、木薯淀粉、小麦淀粉、红薯淀粉等各种天然植物和转基因植物来源的淀粉或者它们的混合物，和植物来源的淀粉的不同程度的分离产物如支链淀粉，直链淀粉和它们的混合物以及他们与植物淀粉的混合物，和前述淀粉的物理和化学变性产物和变性产物与直接来源于植物的淀粉的混和物。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明的制备方法先将聚乳酸和淀粉分开熔融，再混合发泡，可以降低聚乳酸的降解，改进淀粉和聚乳酸的混和效果，提高聚乳酸-淀粉的发泡率，使得复合制品有良好的机械强度和耐水性。
具体实施方式
实施例1
L-聚乳酸2千克，采用同向转动的双螺杆挤出机在180℃-180℃-180℃-160℃-140℃温度分布，螺杆长度700mm，转速120rpm条件下，充分熔融并冷却到140℃。2千克淀粉中加入20％的水分(以淀粉于基计)在另外一个双螺杆挤出机中在80℃-120℃-140℃-140℃温度分布，螺杆长度700mm，转速120rpm条件下，充分糊化后，于前述的熔融聚乳酸引入另一双螺杆挤出机中，挤出机的各个温度区控制在140℃，挤出机中设一高效混合元件，物料混合后，通过一个直径为4mm的圆形模口，直接膨化，膨化物用旋转刀片切割成长度50mm左右的长度，在60℃温度烘干后测定其膨化倍率，吸水性。
实施例2
L-聚乳酸2千克，采用同向转动的双螺杆挤出机在180℃-180℃-180℃-160℃-140℃温度分布，螺杆长度700mm，转速120rpm条件下，充分熔融并适度冷却到140℃。1千克淀粉中加入20％的水分(以淀粉干基计)在另外一个类似的双螺杆挤出机中在80℃-120℃-140℃-140℃温度分布，螺杆长度700mm，转速120rpm条件下，充分糊化后，于前述的熔融聚乳酸引入另一双螺杆挤出机中，挤出机的各个温度区控制在140℃，挤出机中设一高效混合元件，物料混合后，通过一个直径为4mm的圆形模口，直接膨化，膨化物用旋转刀片切割成长度50mm左右的长度，在60℃温度烘干后测定其膨化倍率，吸水性。
对比例1
L-聚乳酸2千克，2千克淀粉中加入20％的水分(以淀粉干基计)，采用同向转动的双螺杆挤出机在80℃-120℃-140℃-140℃-140℃温度分布，螺杆长度900mm，挤出机中设一高效混合元件，转速120rpm条件下，物料混合后，通过一个直径为4mm的圆形模口，直接膨化，膨化物用旋转刀片切割成长度50mm左右的长度，在60℃温度烘干后测定其膨化倍率，吸水性。
对比例2
L-聚乳酸2千克，1千克淀粉中加入20％的水分(以淀粉干基计)，采用同向转动的双螺杆挤出机在80℃-120℃-140℃-140℃-140℃温度分布，螺杆长度900mm，挤出机中设一高效混合元件，转速120rpm条件下，物料混合后，通过一个直径为4mm的圆形模口，直接膨化，膨化物用旋转刀片切割成长度50mm左右的长度，在60℃温度烘干后测定其膨化倍率，吸水性。
利用本发明的制备方法所得到的聚乳酸-淀粉发泡材料与现有制备方法得到的聚乳酸-淀粉发泡材料相比，具有更高的发泡率和耐水性，见表1。
表1
  比容(mL/g)   吸水性％
 实施例1   14.1   17
 实施例2   13.2   22
 对比例1   4.3   36
 对比例2   3.4   46

Claims (7)

1.一种聚乳酸-淀粉发泡材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：先将聚乳酸和含水量为10％-30％的淀粉分别采用螺杆挤出机在90℃-180℃熔融，再混和，发泡。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述淀粉的含水量为12％-27％。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述挤出温度为120℃-150℃。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，聚乳酸5～97重量％，淀粉3～95重量％。
5.如权利要求1所述的聚乳酸-淀粉发泡材料，其特征在于所述聚乳酸为L-聚乳酸、D-聚乳酸、DL聚乳酸或其混合物或其复合物，或是乳酸与羟基酸、二元酸、二元醇的共聚物。
6.权利要求1所述的聚乳酸-淀粉发泡材料，其特征在于所述淀粉包括玉米淀粉、木薯淀粉、小麦淀粉或红薯淀粉或其混合物。
7.利用权利要求1所述制备方法得到的聚乳酸-淀粉发泡材料。
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