一种高强度高缓冲POSS杂化聚乳酸发泡材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种高强度高缓冲POSS杂化聚乳酸发泡材料的制备方法，其特征在于：该发泡材料由主料和辅料复合加工而成，主料包括端羟基聚乳酸、热塑性弹性体聚氨酯、聚乳酸，辅料包括相容剂八臂马来酰胺酸基笼状倍半硅氧烷，缩聚催化剂钛酸四丁酯、及抗氧剂、塑化剂、抗紫外线剂；主料中，端羟基聚乳酸的质量比例介于45-65%之间，热塑性聚氨酯弹性体的质量比例介于10-25%之间，聚乳酸的质量比例介于20-30%之间，辅料中八八臂马来酰胺酸基笼状倍半硅氧烷的用量为主料中端羟基聚乳酸质量的3.5-6%，缩聚催化剂钛酸四丁酯的用量为主料中端羟基聚乳酸质量的0.5-1.5%，抗氧剂、增塑剂、抗紫外线剂的质量分数介于主料质量的1-2%之间。该发泡材料采用水蒸气挤出发泡成型，工艺简单。材料具有良好的强度和缓冲性，可适用于需高强度高缓冲要求的包装与工业领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种发泡材料的制备方法，尤其涉及一种可具有高强度、高缓冲性，且具有良好可降解性的聚乳酸发泡材料的制备方法。
技术介绍
塑料材料虽然拥有较优异的性能和广泛的适用性，但其来源于石油产品且无法降解，在资源危机和环境污染越发严重的今天，寻找性能优良且可再生的替代材料则成为目前材料领域研究的重中之重。在缓冲包装领域，聚苯乙烯发泡材料（EPS）因其优良的成型能力，发泡倍数和缓冲性能占据了缓冲包装材料的大部分份额。而聚乙烯发泡材料（EPE）虽然其缓冲性一般，但成本低廉，也被广泛应用于对缓冲性要求低的包装领域。但随着人们环保意识的增强，由塑料的非降解性所带来的“白色污染”已经成为日益严峻的问题,因发泡塑料如聚苯乙烯不易腐烂分解,燃烧时会散发有害气体、造成环境污染且用于聚苯乙烯发泡剂的氟氯碳化物(CFC8)会破坏大气臭氧层,危害生物，在欧洲及美国部分地区，已明令禁止使用EPS。找到一种制备工艺简单，性能优良，环境友好的发泡塑料替代材料及其可工业化的发泡成型的方法则成为材料科学领域的一大课题。在国内外，一些研究者在此领域进行了探索研究，但在工艺实现及材料的性能方面仍存在较大缺陷，如只可采用部分可降解材料制备发泡塑料，降解后仍存在破碎的塑料颗粒；全降解发泡材料发泡倍率不足，在高发泡倍率后成型能力差，缓冲性差，且成型困难等。而一般的可降解发泡材料由于大量淀粉的使用，还导致易吸水，即容易造成霉变也容易导致力学性能的大幅下降。如可找到一种具有良好力学性能，且具有优异阻隔性和防水性的环保发泡材料，无疑将具有巨大的市场潜力。在目前的可降解材料中，淀粉因其便宜的价格和广泛的来源已被深入研究并通过改性与复合制备了多种生活与工业用品，如淀粉基膜、淀粉餐具等。但淀粉有其天然的缺陷，它的力学性能差，性能不稳定，只能运用于对力学性能要求低的领域。而聚乳酸的出现改变了这一现状。聚乳酸（PLA）是脂肪族聚酯，以乳酸（2-羟基丙酸）为基本结构单元。PLA可通过发酵玉米等天然原料制得，也可采用乳酸缩聚制得。PLA及其终端产品可在堆肥条件下自然分解成为CO2和水，降低了固体废弃物排放量，是一种绿色环保的生物来源材料。PLA具有类似于聚苯乙烯的力学特性，弯曲模量和拉伸强度较好，但热稳定性和抗冲击性能差，在热成型加工过程中存在熔体黏度低的缺陷，限制了它的应用。在改善了这些缺点后，PLA将可有望作为塑料材料的最佳替代品可被运用于工业、民用领域。在PLA的应用中，通常在采用不同物质如淀粉、聚己内酯、EVA等增韧后以替代普通塑料。而聚乳酸由于其特性，如可作为发泡材料也极具前景。在此类研究中，CN1544525公布了一种可生物降解的聚乳酸泡沫塑料制备方法，即在发泡过程中加入过氧化物交联聚乳酸，CN103642185A公布了一种聚乳酸泡沫材料及其制备方法，此专利采用水为发泡剂，加入了少量成核剂，通过水发泡来实现材料的环保性。CN103242632A也公布了采用加入交联剂、成核剂来实现聚乳酸发泡的技术。CN1600814公布了一种聚乳酸、脂肪族－芳香族聚酯的共聚物、成核剂、内滑剂与外滑剂混合后的发泡技术。但总体而言，对于聚乳酸发泡材料而言，如何综合平衡材料的强度和韧性，并保证发泡过程的均匀，仍然是需要解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服聚乳酸发泡材料的脆性大，缓冲性差，不易成型的缺陷，提供一种具有优异强度和缓冲特性的聚乳酸发泡材料的制备方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种高强度高缓冲POSS杂化聚乳酸发泡材料的制备方法，该发泡材料由主料和辅料复合加工而成，主料包括端羟基聚乳酸、热塑性弹性体聚氨酯、聚乳酸，辅料包括相容剂八臂马来酰胺酸基笼状倍半硅氧烷，缩聚催化剂钛酸四丁酯、及抗氧剂、塑化剂、抗紫外线剂；主料中，端羟基聚乳酸的质量比例介于45-65%之间，热塑性聚氨酯弹性体的质量比例介于10-25%之间，聚乳酸的质量比例介于20-30%之间，辅料中八臂马来酰胺酸基笼状倍半硅氧烷的用量为主料中端羟基聚乳酸质量的3.5-6%，缩聚催化剂钛酸四丁酯的用量为主料中端羟基聚乳酸质量的0.5-1.5%，抗氧剂、增塑剂、抗紫外线剂的质量分数介于主料质量的1-2%之间。进一步，所述端羟基聚乳酸为端基为-OH（羟基）的聚乳酸共聚物，可通过在聚乳酸合成过程中引入具有羟基的单体进行共聚封端来得到。如聚(乳酸/1,4丁二醇)共聚物，聚(乳酸/二乙醇胺)共聚物，聚(乳酸/ε-己内酯)共聚物。其制备可以乳酸和双羟基单体如1,4丁二醇、二乙醇胺、ε-己内酯通过温度梯度法制备。也可以购买现有商品化产品。进一步，所述的端羟基聚乳酸的分子量为50000-300000g/mol之间，端基中羟基比例占总端基比例的70-90%之间。进一步，所述热塑性聚氨酯弹性体为聚醚型热塑性聚氨酯弹性体。此类热塑性聚氨酯弹性体具有更低的玻璃化转变温度及更好的水解稳定性。进一步，所述钛酸四丁酯为缩聚催化剂，可有效催化羟基之间的缩聚反应。在本体系中，催化剂可有效催化端羟基聚乳酸之间以及端羟基聚乳酸和八臂马来酰胺酸基笼状倍半硅氧烷中端羟基之间的缩聚反应。从而形成连接结构，使得POSS和聚乳酸稳定结合，并将热塑形聚氨酯弹性体均匀的包裹其中。进一步，本专利技术所涉及相容剂八臂马来酰胺酸基笼状倍半硅氧烷是笼状倍半硅氧烷（POSS）的衍生物。笼状倍半硅氧烷是一种具有八面体笼状结构的硅氧结构，它在笼状结构的角落上存在8个可进行改性的基团R。当R为亲水分子链时，因其纳米尺度的分子结构和亲水-疏水结构被运用于两性共混物的相容改性。本专利技术中所采用的POSS中的R为马来酰胺酸基，其分子结构如下：其中POSS的笼状硅-氧结构具有疏水性，可与聚乳酸及热塑性聚氨酯弹性体中的亲油链段结合，而端基的马来酰胺酸基团具有良好的亲水性，可与聚乳酸及热塑性聚氨酯分子中的亲水链段结合。有利于相容性的提高。更重要的是，其中马来酰胺酸基团末端的羟基可与端羟基聚乳酸的端基发生缩聚反应，与体系形成紧密的连接，从而使得POSS相容剂更好的发挥改善相容性的作用。进一步，所述高强度高缓冲POSS杂化聚乳酸发泡材料的泡孔为闭孔结构，孔径大小介于20-100um之间。进一步，所述聚乳酸为聚L-乳酸，聚D-乳酸、或聚L、聚D-乳酸组合物，该聚乳酸的分子量为80000g/mol-600000g/mol。进一步，所述抗氧剂为抗氧剂264，BHT，168，1010中的一种或几种。进一步，所述塑化剂为脂肪族二元酸酯类或苯二甲酸酯类塑化剂。进一步，所述抗紫外线剂为UV531，UV-2908，UV477中的一种或几种组合。进一步，一种高强度高缓冲POSS杂化聚乳酸发泡材料的制备方法如下：（1）物料的干燥：将端羟基聚乳酸、聚乳酸、热塑性聚氨酯弹性体、八臂马来酰胺酸基笼状倍半硅氧烷、钛酸四丁酯于真空干燥箱内60度下干燥6-8小时，压力低于0.01MPa，备用；（2）挤出发泡：（I）将端羟基聚乳酸、热塑形弹性体聚氨酯、八臂马来酰胺酸基笼状倍半硅氧烷、钛酸四丁酯按比例于高速共混本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高强度高缓冲POSS杂化聚乳酸发泡材料的制备方法，其特征在于：该发泡材料由主料和辅料复合加工而成，主料包括端羟基聚乳酸、热塑性弹性体聚氨酯、聚乳酸，辅料包括相容剂八臂马来酰胺酸基笼状倍半硅氧烷，缩聚催化剂钛酸四丁酯、及抗氧剂、塑化剂、抗紫外线剂；主料中，端羟基聚乳酸的质量比例介于45‑65%之间，热塑性聚氨酯弹性体的质量比例介于10‑25%之间，聚乳酸的质量比例介于20‑30%之间，辅料中八八臂马来酰胺酸基笼状倍半硅氧烷的用量为主料中端羟基聚乳酸质量的3.5‑6%，缩聚催化剂钛酸四丁酯的用量为主料中端羟基聚乳酸质量的0.5‑1.5%，抗氧剂、增塑剂、抗紫外线剂的质量分数介于主料质量的1‑2%之间；其加工方法为：（1）物料的干燥：将端羟基聚乳酸、聚乳酸、热塑性聚氨酯弹性体、八臂马来酰胺酸基笼状倍半硅氧烷、钛酸四丁酯于真空干燥箱内60度下干燥6‑8小时，压力低于0.01MPa，备用；（2）挤出发泡：（I）将端羟基聚乳酸、热塑形弹性体聚氨酯、八臂马来酰胺酸基笼状倍半硅氧烷、钛酸四丁酯按比例于高速共混机50度下高速共混5‑8分钟，后投入挤出机中抽真空挤出造粒，挤出温度介于170‑180度之间，真空度低于0.01MPa，挤出时间为3‑4分钟，得到母料A；（II）将母料A、聚乳酸、其他助剂于高速共混机50度下高速共混5‑8分钟，后投入挤出机中，挤出温度介于170‑190度之间，在挤出过程中通入水蒸汽，水蒸汽温度介于120‑140度之间，压力控制于1‑1.5MPa之间，挤出停留时间为2‑3分钟，卸压速率介于20‑50MPa/s之间，挤出得到发泡材料。...

【技术特征摘要】
1.一种高强度高缓冲POSS杂化聚乳酸发泡材料的制备方法，其特征在于：该发泡材料由主料和辅料复合加工而成，主料包括端羟基聚乳酸、热塑性弹性体聚氨酯、聚乳酸，辅料包括相容剂八臂马来酰胺酸基笼状倍半硅氧烷，缩聚催化剂钛酸四丁酯、及抗氧剂、塑化剂、抗紫外线剂；主料中，端羟基聚乳酸的质量比例介于45-65%之间，热塑性聚氨酯弹性体的质量比例介于10-25%之间，聚乳酸的质量比例介于20-30%之间，辅料中八八臂马来酰胺酸基笼状倍半硅氧烷的用量为主料中端羟基聚乳酸质量的3.5-6%，缩聚催化剂钛酸四丁酯的用量为主料中端羟基聚乳酸质量的0.5-1.5%，抗氧剂、增塑剂、抗紫外线剂的质量分数介于主料质量的1-2%之间；
其加工方法为：
（1）物料的干燥：将端羟基聚乳酸、聚乳酸、热塑性聚氨酯弹性体、八臂马来酰胺酸基笼状倍半硅氧烷、钛酸四丁酯于真空干燥箱内60度下干燥6-8小时，压力低于0.01MPa，备用；
（2）挤出发泡：
（I）将端羟基聚乳酸、热塑形弹性体聚氨酯、八臂马来酰胺酸基笼状倍半硅氧烷、钛酸四丁酯按比例于高速共混机50度下高速共混5-8分钟，后投入挤出机中抽真...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈一，
申请(专利权)人：湖南工业大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43