CN101362833A - 聚乳酸发泡材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种聚乳酸发泡材料的制备方法，将聚乳酸、增粘改性剂、抗氧剂、发泡剂、发泡助剂、泡孔稳定剂和脱模剂等按比例进行高温混合，得到初混物，再将初混物置入模具中，在一定温度和压力的硫化机上进行模压发泡，制得聚乳酸泡沫材料。本发明方法制备的聚乳酸发泡材料具有可生物降解、密度可控、易加工、阻隔性好等优异性能，具有与聚苯乙烯相近的发泡成型性和缓冲性能，可广泛替代聚苯乙烯发泡材料，用做隔热、隔音、防震材料，在缓冲包装、运输、电器、冷藏、农林园艺等领域广泛应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种聚乳酸(PLA)发泡材料的制备方法，采用模压化学发泡法通过配方和工艺条件的控制制备可生物降解、密度可控、强度高、综合性能优异的PLA硬质发泡材料。本发明属于聚合物加工技术领域。
背景技术
聚乳酸是一种具有优良生物相容性并可完全生物降解的脂肪族聚酯类高分子材料，它在自然界中的微生物、水、酸、碱等的作用下能完全分解，最终产物是二氧化碳和水，对环境无污染，可作为环保材料代替传统的聚合物材料。聚乳酸不仅可以生物降解，而且制备它的原料也来源于环境可再生资源，它可由玉米淀粉发酵生成乳酸后聚合得到。
泡沫塑料的应用在工业和日常生活中非常广泛，常见的泡沫材料种类主要有聚氨酯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、乙丙橡胶、乙烯—醋酸乙烯共聚物等。聚乳酸与聚苯乙烯具有相似的物性，但是聚苯乙烯发泡材料使用后不可降解，又难于回收，会带来环境问题，因此希望用可降解的聚乳酸发泡材料来代替聚苯乙烯发泡材料。当前，聚乳酸发泡大多采用的是物理发泡(主要为水蒸气和二氧化碳)的方法，如日本钟纺公司开发了聚乳酸发泡板和发泡珠粒法制备的发泡成型体作为发泡聚苯乙烯的替代品(专利JP2002179832)，首先将聚乳酸发泡珠粒用水蒸气加热，送到成形模具中，用更高温度的水蒸气加热使其发泡、互相粘结进行型内发泡。该方法需要水蒸气产生设备且模具要求高，发泡材料密度难于控制；UNITIKA公司配合耐热聚乳酸纳米复合材料开发技术，进行纳米水平的分子设计、化学修饰技术和特殊的熔融混炼技术，提高聚乳酸熔体强度，使用超临界二氧化碳开发高倍率的聚乳酸挤出发泡片材(专利JP2004051803-A)，该方法需要特殊的装置，成本高。
发明内容
本发明的目的在于针对现有制备聚乳酸发泡材料技术上的缺陷和不足，提供一种聚乳酸发泡材料的制备方法，工艺简单，成本低，得到的发泡材料可生物降解，具有优异的综合性能，可广泛替代聚苯乙烯发泡材料，进而能扩大可生物降解材料聚乳酸的应用范围。
为实现这样的目的，在本发明的方案中，采用模压化学发泡法并通过调节聚乳酸、增粘改性剂、发泡剂、发泡助剂、泡孔稳定剂、抗氧剂和脱模剂的比例，同时控制工艺条件，从而制备可生物降解的PLA发泡材料，可替代聚苯乙烯硬质泡沫，用作各技术领域的隔热、隔音、防震材料。
本发明的方法具体为：按重量计，原料组分为：50—90份聚乳酸、1-40份增粘改性剂、0.2—5份抗氧剂、0.5—20份发泡剂、0.5—35份发泡助剂、0.1-3份泡孔稳定剂、0—5份脱模剂，各成分的总和为100份。首先将各组分在混炼机上100—170℃混合5—30分钟，转速为600-8000转/分钟，物料冷却后，在真空烘箱中60—120℃干燥6—30小时，得到初混物，然后在180-220℃的硫化机上进行模压发泡，时间为10—30分钟，压力为5—50MPa，制得PLA发泡材料。
本发明所述的聚乳酸是乳酸或丙交酯的缩聚物。
本发明所述的增粘改性剂是聚己内酯、聚甲基丙烯酸甲酯、环氧树脂、不饱和聚酯树脂、饱和聚酯树脂、乙烯—醋酸乙烯酯共聚物、甲苯二异氰酸酯、乙烯—丙烯酸酯共聚物、六亚甲基二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、双恶唑啉、均苯四甲酸二酐、偶氮二异丁氰、过氧化二异丙苯、过氧化二苯甲酰、特丁基过氧化物或酚醛树脂，或是它们的混合物。
本发明所述的抗氧剂可以是三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯(抗氧剂168)、2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚(抗氧剂264)、硫代二丙酸二月桂酯(抗氧剂DLTP)、四[β—(3，5—二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(抗氧剂1010)、β-(4-羟基苯基-3，5-二叔丁基)丙酸正十八碳醇酯、4，4′甲撑双(2，6-二叔丁基苯酚)或N，N′-双[3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰]肼(抗氧剂1098)，取其中的两种组分或两种以上组分的混合物。
本发明所述的发泡剂是无机盐类发泡剂如碳酸氢钠、偶氮类发泡剂如AC或ACDC、磺酰肼类发泡剂如OBSH，或是它们的复合物。
本发明所述的发泡助剂是碳酸钙、硬脂酸、硬脂酸钙、硬脂酸锌、氧化锌、滑石粉、粘土、二氧化硅、二氧化钛、氧化镁、高岭土、硅灰石或云母，或是它们的混合物。
本发明所述的泡孔稳定剂为钛酸酯偶联剂、山梨酸钾、铝酸酯偶联剂、柠檬酸钠、双金属偶联剂、硅烷偶联剂、α-烯基磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、十二烷基硫酸钠、椰油醇硫酸钠、月桂醇硫酸钠、烷基醇酰胺、脂肪醇聚氧乙烯醚或烷基酚聚氧乙烯醚，或是它们的混合物。
本发明所述的脱模剂为硅油、硅酮或硅酯，或是它们的混合物。
本发明方法工艺简单，成本低，所制得的PLA发泡材料具有可生物降解、密度可控、强度高、易加工、阻隔性好等优异性能，具有与聚苯乙烯相近的发泡成型性和缓冲性能，可广泛替代聚苯乙烯发泡材料，用做隔热、隔音、防震材料，并在缓冲包装、运输、电器、冷藏、农林园艺等领域广泛应用，扩大了可生物降解材料聚乳酸的应用范围。
具体实施方式
以下通过具体的实施例对本发明的技术方案作进一步描述。以下实施例是对本发明的进一步说明，而不是限制本发明的范围。
实施例1
原料组分按重量计为：90份聚乳酸、5份增粘改性剂聚甲基丙烯酸甲酯、0.5份抗氧剂三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、0.5份抗氧剂β-(4-羟基苯基-3，5-二叔丁基)丙酸正十八碳醇酯、2份发泡剂OBSH、1份发泡助剂氧化锌、1份泡孔稳定剂月桂醇硫酸钠。
先将聚乳酸、聚甲基丙烯酸甲酯、β(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸甲酯、β-(4-羟基苯基-3，5-二叔丁基)丙酸正十八碳醇酯、发泡剂OBSH、氧化锌和月桂醇硫酸钠在混炼机上100℃混合30分钟，转速为600转/分钟，物料冷却后，在真空烘箱中60℃干燥30小时，然后将烘好的初混物放入模具中，在温度为180℃和50MPa压力的硫化机上模压发泡30分钟，制得密度为0.50g/cm3的泡孔均匀的硬质聚乳酸发泡材料。
实施例2
原料组分按重量计为：50份聚乳酸、40份增粘改性剂乙烯—丙烯酸酯共聚物、0.1份抗氧剂N，N′-双[3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰]肼、0.1份抗氧剂2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚、7份发泡剂AC、1.5份发泡助剂高岭土、1.1份泡孔稳定剂α-烯基磺酸钠、0.2份脱模剂硅油。
先将聚乳酸、乙烯—丙烯酸酯共聚物、N，N′-双[3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰]肼、2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚、发泡剂AC、高岭土、α-烯基磺酸钠、硅油在混炼机上170℃混合5分钟，转速为8000转/分钟，物料冷却后，在真空烘箱中120℃干燥6小时，然后将烘好的初混物放入模具中，在温度为220℃和5MPa压力的硫化机上模压发泡10分钟，制得密度为0.35g/cm3的泡孔均匀的硬质聚乳酸发泡材料。
实施例3
原料组分按重量计为：70份聚乳酸、18份增粘改性剂酚醛树脂、1份增粘改性剂过氧化二异丙苯、1份增粘改性剂六亚甲基二异氰酸酯、1份抗氧剂4，4′甲撑双(2，6-二叔丁基苯酚)、1.5份抗氧剂硫代二丙酸二月桂酯、3份发泡剂OBSH、1份碳酸氢钠、1份发泡助剂硬酯酸、0.5份发泡助剂硅灰石、1份泡孔稳定剂钛酸酯偶联剂、1份脱模剂硅酮。
先将聚乳酸、酚醛树脂、过氧化二异丙苯、六亚甲基二异氰酸酯、4，4′甲撑双(2，6-二叔丁基苯酚)、硫代二丙酸二月桂酯、发泡剂OBSH、碳酸氢钠、硬酯酸、硅灰石、钛酸酯偶联剂、硅酮在混炼机上150℃混合15分钟，转速为4500转/分钟，物料冷却后，在真空烘箱中90℃干燥12小时，然后将烘好的初混物放入模具中，在温度为190℃和20MPa压力的硫化机上模压发泡15分钟，制得密度为0.40g/cm3的泡孔均匀的硬质聚乳酸发泡材料。
从实施例的结果可以看出，本发明通过改变组成和工艺条件可以制备具有不同密度的聚乳酸发泡材料，可用于隔热、隔音、防震、缓冲包装、运输、电器、冷藏、农林园艺等领域，有着广阔的应用及工业化前景。
Claims (8)
1、一种聚乳酸发泡材料的制备方法，其特征在于：原料组分按重量计为：50—90份聚乳酸、1-40份增粘改性剂、0.2—5份抗氧剂、0.5—20份发泡剂、0.5—35份发泡助剂、0.1-3份泡孔稳定剂、0—5份脱模剂，各成分的总和为100份；首先将各组分在混炼机上100—170℃混合5—30分钟，转速为600-8000转/分钟，物料冷却后，在真空烘箱中60—120℃干燥6—30小时，得到初混物，然后在180-220℃的硫化机上进行模压发泡，时间为10—30分钟，压力为5—50MPa，制得聚乳酸发泡材料。
2、根据权利要求1的聚乳酸发泡材料的制备方法，其特征在于所述的聚乳酸是乳酸或丙交酯的缩聚物。
3、根据权利要求1的聚乳酸发泡材料的制备方法，其特征在于所述的增粘改性剂是聚己内酯、聚甲基丙烯酸甲酯、环氧树脂、不饱和聚酯树脂、饱和聚酯树脂、乙烯—醋酸乙烯酯共聚物、甲苯二异氰酸酯、乙烯—丙烯酸酯共聚物、六亚甲基二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、双恶唑啉、均苯四甲酸二酐、偶氮二异丁氰、过氧化二异丙苯、过氧化二苯甲酰、特丁基过氧化物或酚醛树脂，或是它们的混合物。
4、根据权利要求1的聚乳酸发泡材料的制备方法，其特征在于所述的抗氧剂是三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚、硫代二丙酸二月桂酯、四[β—(3，5—二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、β-(4-羟基苯基-3，5-二叔丁基)丙酸正十八碳醇酯、4，4′甲撑双(2，6-二叔丁基苯酚)或N，N′-双[3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰]肼，取其中的两种组分或两种以上组分的混合物。
5、根据权利要求1的聚乳酸发泡材料的制备方法，其特征在于所述的发泡剂是无机盐类发泡剂、偶氮类发泡剂或磺酰肼类发泡剂，或是它们的复合物。
6、根据权利要求1的聚乳酸发泡材料的制备方法，其特征在于所述的发泡助剂是碳酸钙、硬脂酸、硬脂酸钙、硬脂酸锌、氧化锌、滑石粉、粘土、二氧化硅、二氧化钛、氧化镁、高岭土、硅灰石或云母，或是它们的混合物。
7、根据权利要求1的聚乳酸发泡材料的制备方法，其特征在于所述的泡孔稳定剂为钛酸酯偶联剂、山梨酸钾、铝酸酯偶联剂、柠檬酸钠、双金属偶联剂、硅烷偶联剂、α-烯基磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、十二烷基硫酸钠、椰油醇硫酸钠、月桂醇硫酸钠、烷基醇酰胺、脂肪醇聚氧乙烯醚或烷基酚聚氧乙烯醚，或是它们的混合物。
8、根据权利要求1的聚乳酸发泡材料的制备方法，其特征在于所述的脱模剂为硅油、硅酮或硅酯，或是它们的混合物。
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