一种可降解PLA发泡材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种可降解PLA发泡材料及其制备方法，所述PLA发泡材料的制备步骤为：(1)：将聚乳酸投入至螺杆挤塑机一中，形成热熔体一；(2)：将分子链改性剂和降解剂投入至螺杆挤塑机二中，剪切熔融反应形成具有流动性的热熔体二；(3)：将热熔体一和热熔体二泵入螺杆反应器中，再加入扩链剂，反应；(4)：反应熔体接着泵入螺杆挤塑机三，再加入交联剂、成核剂和发泡剂，混合均质；(5)：所得均质熔体输出并发泡成型。与现有技术相比，本发明专利技术模拟DNA序列重组进行“高分子功能碎片化→功能片段序列重构”等过程，生成主链含功能片段和带多功能副链的超高分子结构，优化了发泡时间和温度窗口，实现PLA发泡材料的物性增强与连续可控稳定发泡。

A degradable PLA foaming material and its preparation method

The invention relates to a degradable PLA foaming material and a preparation method. The preparation steps of the PLA foam material include: (1): putting the polylactic acid into the screw extruder one, forming a hot melt one; (2): putting the molecular chain modifier and degrading agent into the screw extruder two and forming a flow heat by the shear melting reaction. Melt two; (3): the heat melt one and the hot melt two are pumped into the screw reactor, then the chain extender is added, and the reaction is added; (4) the reaction melt is then pumped into the screw extruder three, and then the crosslinking agent, nucleating agent and foaming agent are added, and (5): (5) the homogenized melt is transported out and foamed. Compared with the existing technology, the invention simulated the DNA sequence recombination process, such as \fragmentation of polymer function\, and the process of reconstructing functional fragment sequence. The structure of the main chain containing functional segments and multi-functional sub chains is generated, the foaming time and temperature window are optimized, and the physical property enhancement and continuous and controllable stability of the PLA foaming material are realized. Foamed.

【技术实现步骤摘要】
一种可降解PLA发泡材料及其制备方法
本专利技术涉及可降解发泡材料领域，尤其是涉及一种可降解PLA发泡材料及其制备方法。
技术介绍
高分子聚合物已广泛用于制造从飞机到衣物的所有与人类生活相关的各个领域，但由于大部分聚合物来源于有机烃，其废弃物数十年甚至于数百年都无法降解，而此类聚合物直接制成或发泡后制成日用包装材料，餐盒，易耗品，电子膜，农用膜等快速消耗品。仅中国每年产生的不可降解餐盒、不可降解塑料包装袋就达数百万吨，而使用寿命平均不足二十分钟。已给环境和资源带来难以衡量的压力，全社会从政府，企业，民众都深刻地认识到环境危机。目前可降解材料的开发，材料轻量化的开发，更高物理性能替代材料开发都成为最热门研究和开发领域。目前热塑性聚合物弹性体的膨化常见的工艺路线：共混入化学发泡剂发泡，共混入发泡球材料发泡，材料在高压釜内液化气体渗透临界发泡，螺杆物理临界发泡。成型制取工艺又包括：浇注模内膨化发泡，注塑膨化发泡，挤塑膨化发泡，发泡炉加热发泡等。注塑发泡的发泡均匀性和发泡倍率较差，挤塑发泡的材料易熔体破裂导致泡孔击穿和表面塌陷，高压釜内发泡存在较高安全风险和产能效率低。按发泡原理分为：物理发泡和化学发泡。不论选取哪一种聚合物原料，也不论采用哪一种发泡方法，其发泡过程一般都要经过：形成气泡核→气泡核膨胀→泡体固化定型等阶段。可降解热塑性聚合物弹性材料的发泡和膨化后仍然需保有良好的物性，这就要求对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，如PLA、PET、PBT、PBS、PHA等，在材料性质上以及加工工艺上鲜有稳定可控膨化案例。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，严重偏移了产品涉及的初衷。本专利技术正是基于上述问题而提出。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可降解PLA发泡材料及其制备方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：本专利技术的目的之一在于提供一种可降解PLA发泡材料，其包括以下重量份数的原料组分：聚乳酸PLA1-100份，分子链改性剂1-50份，降解剂0-10份，交联剂0-20份，扩链剂0-50份，成核剂0.01-1份，发泡剂0.1-10份。优选的，所述的分子链改性剂为聚对苯二甲酸乙二醇酯PET、聚对苯二甲酸丁二醇酯PBT、聚对苯二甲酸-1,3-丙二醇酯PTT、聚羟基脂肪酸脂PHA、聚酰胺PA或聚氨酯PU。优选的，所述的聚羟基脂肪酸脂PHA为聚羟基丁酸酯。优选的，所述的降解剂为醇、胺或有机二元酸。更优选的，所述的醇为丁二醇、己二醇或乙二醇；所述有机二元酸为脂肪二元酸或芳香二元酸。优选的，所述的交联剂采用含2个或2个以上可交联官能团的化合物。更优选的，所述交联剂采用二异氰酸酯、多异氰酸酯等异氰酸酯，氮吡啶等。进一步更优选的，异氰酸酯可以选用甲苯2，4二异氰酸酯TDI、二苯甲烷二异氰酸酯MDI、异佛尔酮二异氰酸酯IPDI、六亚甲基二异氰酸酯HDI、二环己基甲烷二异氰酸酯HMDI、HDI三聚体、多亚甲基多苯基多异氰酸酯等中的一种或几种的复合。优选的，所述的扩链剂采用二异氰酸酯封端的长链型聚氨酯预聚体或两端由环氧基封端的长链型聚合物等。更优选的，所述长链型聚氨酯预聚体为甲苯2，4二异氰酸酯TDI、二苯甲烷二异氰酸酯MDI、异佛尔酮二异氰酸酯IPDI或六亚甲基二异氰酸酯HDI等二异氰酸酯与多元醇聚合的产物。优选的，所述的成核剂选自碳纳米管、纳米钛白粉、滑石粉、改性碳酸钙、炭黑、石墨烯或四氟乙烯粉剂等中的至少一种。优选的，所述的发泡剂选自CO2、N2、正丁烷、正戊烷或异戊烷等中的至少一种。本专利技术的目的之二在于提供一种可降解PLA发泡材料的制备方法，包括以下步骤：(1)：将1-100份聚乳酸投入至螺杆挤塑机一中，剪切熔融形成具有流动性的热熔体一；(2)：将1-50份分子链改性剂和0-10份降解剂投入至螺杆挤塑机二中，剪切熔融反应形成具有流动性的热熔体二；(3)：将热熔体一和热熔体二泵入螺杆反应器中，再加入0-10份扩链剂，反应；(4)：从螺杆反应器出口排出的反应熔体接着被泵入螺杆挤塑机三中，同时，在螺杆挤塑机三中加入0-10份交联剂、0.01-1份成核剂和0.1-10发泡剂，混合均质；(5)：然后，将步骤(4)所得均质熔体送入混合器，再经增压泵稳压输出并发泡成型。优选的，所述的分子链改性剂为聚对苯二甲酸乙二醇酯PET、聚对苯二甲酸丁二醇酯PBT、聚对苯二甲酸-1,3-丙二醇酯、聚羟基脂肪酸脂PHA、聚酰胺PA或聚氨酯PU。优选的，所述的聚羟基脂肪酸脂PHA为聚羟基丁酸酯PHB。优选的，所述的降解剂为醇、胺或有机二元酸。更优选的，所述的醇为丁二醇、己二醇或乙二醇；所述有机二元酸为脂肪二元酸或芳香二元酸。优选的，所述的交联剂采用含2个或2个以上可交联官能团的化合物。更优选的，所述交联剂采用二异氰酸酯、多异氰酸酯等异氰酸酯，氮吡啶等。进一步更优选的，异氰酸酯可以选用甲苯2，4二异氰酸酯TDI、二苯甲烷二异氰酸酯MDI、异佛尔酮二异氰酸酯IPDI、六亚甲基二异氰酸酯HDI、二环己基甲烷二异氰酸酯HMDI、HDI三聚体、多亚甲基多苯基多异氰酸酯等中的一种或几种的复合。优选的，所述的扩链剂采用二异氰酸酯封端的长链型聚氨酯预聚体或两端由环氧基封端的长链型聚合物。更优选的，所述长链型聚氨酯预聚体为甲苯2，4二异氰酸酯TDI、二苯甲烷二异氰酸酯MDI、异佛尔酮二异氰酸酯IPDI或六亚甲基二异氰酸酯HDI等二异氰酸酯与多元醇聚合的产物。优选的，所述的成核剂选自碳纳米管、滑石粉、改性碳酸钙、炭黑、石墨烯或四氟乙烯粉剂等中的至少一种。所述的发泡剂选自CO2、N2、正丁烷、正戊烷或异戊烷等中的至少一种。优选的，步骤(1)中：螺杆挤塑机一的操作温度为120～200℃；步骤(2)中：螺杆挤塑机二的操作温度为130～260℃。优选的，步骤(3)中：螺杆反应器内的温度为130～260℃。优选的，步骤(4)中：螺杆挤塑机三按熔体前进方向分为前段、中段和后段，其中，所述交联剂在螺杆挤塑机三前段加入，成核剂在螺杆挤塑机三中段加入，发泡剂在螺杆挤塑机三后段加入；螺杆挤塑机三中控制熔体温度在均质熔体熔化温度Tm至熔化温度Tm+30℃的温度区间，熔体压力为60-150bar。优选的，步骤(4)中增压泵稳压输出的熔体出口压力为110-180bar。优选的，步骤(4)中发泡成型包括采用发泡定型模具成型、多层共挤模头挤出成型或水下切粒成型，其中，采用发泡定型模具成型具体为：将增压泵出口连接发泡定型模具，发泡定型模具中的流道夹层采用导热油控温在80～200℃，并且发泡定型模具腔体内接入高压气体或高压流体，均质熔体被送入发泡定型模具腔体后，控制其腔体内背压和导热油温度，使均质熔体发泡至设定倍率，即得到所述PLA发泡材料；多层共挤模头挤出成型具体为：增压泵出口连接多层共挤模头，均质熔体在多层共挤模头的的薄膜模头出口发泡膨胀，并流延发泡成膜，即得到所述PLA发泡材料；水下切粒成型本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可降解PLA发泡材料，其特征在于，包括以下重量份数的原料组分：聚乳酸PLA 1‑100份，分子链改性剂1‑50份，降解剂0‑10份，扩链剂0‑10份，交联剂0‑10份，成核剂0.01‑1份，发泡剂0.1‑10份。

【技术特征摘要】
1.一种可降解PLA发泡材料，其特征在于，包括以下重量份数的原料组分：聚乳酸PLA1-100份，分子链改性剂1-50份，降解剂0-10份，扩链剂0-10份，交联剂0-10份，成核剂0.01-1份，发泡剂0.1-10份。2.根据权利要求1所述的一种可降解PLA发泡材料，其特征在于，所述的分子链改性剂为聚对苯二甲酸乙二醇酯PET、聚对苯二甲酸丁二醇酯PBT、聚对苯二甲酸丙二醇酯PTT、聚羟基脂肪酸酯PHA、聚酰胺PA或聚氨酯PU。3.根据权利要求1所述的一种可降解PLA发泡材料，其特征在于，所述的聚羟基脂肪酸脂PHA为聚羟基丁酸酯。4.根据权利要求1所述的一种可降解PLA发泡材料，其特征在于，所述的降解剂为醇、胺或有机二元酸。5.根据权利要求4所述的一种可降解PLA发泡材料，其特征在于，所述的醇为丁二醇、己二醇或乙二醇；所述有机二元酸为脂肪二元酸或芳香二元酸。6.根据权利要求1所述的一种可降解PLA发泡材料，其特征在于，所述的交联剂采用含2个或2个以上可交联官能团的化合物；所述的扩链剂采用二异氰酸酯封端的长链型聚氨酯预聚体或两端由环氧基封端的长链型聚合物；所述的成核剂选自纳米钛白粉、碳纳米管、滑石粉、改性碳酸钙、石墨烯、炭黑或四氟乙烯粉剂中的至少一种；所述的发泡剂选自CO2、N2、正丁烷、正戊烷或异戊烷中的至少一种。7.一种可降解PLA发泡材料的制...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈乔健，郭杨龙，
申请(专利权)人：上海德亿化工有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31