一种聚乳酸发泡复合材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术属于生物降解性发泡材料技术领域，公开了一种聚乳酸发泡复合材料及其制备方法与应用。该聚乳酸发泡复合材料包括以下按重量份数计的组分：聚乳酸树脂100份、其他生物可降解材料5～15份、生物基成核剂0.5～3份、扩链剂0.5～4份、润滑剂0.1～1份。将各组分经混炼、挤出、牵引、切粒制备得到聚乳酸发泡母料；将聚乳酸发泡母料投入高压反应釜中，向高压反应釜中通入作为发泡剂的流体，控制高压反应釜的温度为40～200℃、压力为8～20MPa，保持前述温度和压力30～120min，然后将反应釜内的气体释放，压力降至常压后从反应釜中取出聚乳酸发泡粒子，即为聚乳酸发泡复合材料。

【技术实现步骤摘要】
一种聚乳酸发泡复合材料及其制备方法与应用
本专利技术属于生物降解性发泡材料
，特别涉及一种聚乳酸发泡复合材料及其制备方法与应用。
技术介绍
聚乳酸(PLA)作为一种可再生聚合物，与其他生物材料相比，具有良好的物理性能和耐热性，是最有可能替代传统石油基聚合物的生物降解材料。但由于聚乳酸本身结晶速度慢、熔体强度低，导致其制品从力学性能、耐热性等方面仍无法替代常规的聚烯烃制品。此外，聚乳酸的密度远高于聚烯烃，因此聚乳酸产品的重量对比其他聚烯烃产品将上浮30～40％，不利于节能环保，价格上也远高于聚烯烃。因此开发质轻且机械性能良好的聚乳酸制品成为研究的重点。发泡是一种轻量化的有效手段，通过在制品中引入不同结构的微孔，可以有效降低生产成本并赋予制品阻尼、隔热等特殊性能。因此，发泡材料也被广泛应用于包装材料领域。聚乳酸泡沫塑料是一种理想的包装材料，现阶段在PLA泡沫塑料制造中主要有三种加工技术，挤出流延的方法制备PLA泡沫塑料包装材料应用最广泛，但由于PLA本身熔体强度低，对剪切的敏感度大，高剪切生产时容易导致熔体流动不稳定和破裂，并不适合高速生产；泡沫注塑成型具有材料成本低、尺寸稳定性高、能源效率高、时间周期短等优点，但产品大多存在孔隙率低的问题，并不能达到制品轻量化的目的；而超临界发泡技术是一种绿色和先进的加工技术，以超临界CO2、N2等物理发泡剂为主的物理发泡法因其环境友好性和操作可控性而优越于化学发泡法，越来越得到广泛的重视，其特点是在发泡过程中聚乳酸树脂粒子始终保持颗粒状态，无粒子熔融粘着现象，发泡倍率可控，发泡工序简单。不过，聚乳酸树脂熔体强度低，很难获得稳定形状的发泡制品，也很难获得较高的发泡倍率。通过商品化的通用聚乳酸树脂来制备性能优异的聚乳酸发泡材料仍存在技术上的难题。
技术实现思路
为了克服现有技术中聚乳酸发泡存在的缺点与不足，本专利技术的目的在于提供一种聚乳酸发泡复合材料。本专利技术的另一目的在于提供一种上述聚乳酸发泡复合材料的制备方法；该方法通过共混其他生物材料提高聚乳酸综合性能，能有效的提高聚乳酸结晶性能。本专利技术的再一目的在于提供一种上述聚乳酸发泡复合材料的应用。本专利技术的目的通过下述技术方案实现：一种聚乳酸发泡复合材料，该聚乳酸发泡复合材料包括以下按重量份数计的组分：所述的聚乳酸树脂的MFR在210℃、2.16kg下为5g/10min～7g/10min，其中D-乳酸的含量为0.6％～5％。所述聚乳酸树脂为NatureWorks的2003D、4032D、4042D、4043D、3251D、3052D或8051D。所述生物基成核剂按照以下方法制备：将生物基有机酸和乙酸锌溶于乙醇和蒸馏水的混合溶液中，在70℃油浴下搅拌回流3小时，继续反应出现大量的白色沉淀，待反应结束后自然冷却至室温，下层为粉末状固体，上层为黄色的液体，抽滤，滤纸用乙醇和蒸馏水反复清洗三次，真空干燥后得到白色粉末，即为生物基成核剂。所述生物基有机酸和乙酸锌的摩尔比为1.5:1；所述真空干燥是在60℃真空烘箱中干燥24小时。所述生物基有机酸为丙氨酸、苯丙氨酸、脯氨酸、苏氨酸、谷氨酸、天冬氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、丝氨酸和柠檬酸的一种以上。所述其他生物可降解材料为聚己二酸-对苯二甲酸-丁二醇酯(PBAT)、聚乙醇酸(PGA)、聚己内酯(PCL)、聚乙二醇(PEG)、聚乙烯醇(PVA)、聚羟基脂肪酸酯(PHA)、聚羟基丁酸酯(PHB)、聚羟基丁酸戊酸共聚酯(PHBV)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)和二氧化碳环氧丙烷共聚物(PPC)中的一种以上；所述扩链剂为巴斯夫公司生产的扩链剂ADR4370或ADR4368C；所述润滑剂为硬脂酸、油酸、硬脂酸钙和聚乙烯蜡中的一种以上。上述的聚乳酸发泡复合材料的制备方法，包括以下操作步骤：(1)将聚乳酸树脂100质量份、其他生物可降解材料5～15质量份、扩链剂0.5～4质量份、润滑剂0.1～1质量份以及生物基成核剂0.5～3质量份，经混炼、挤出、牵引、切粒制备得到聚乳酸发泡母料；(2)将聚乳酸发泡母料投入高压反应釜中，向高压反应釜中通入作为发泡剂的流体，进行反应，反应结束后将高压反应釜内的气体释放，压力降至常压后从高压反应釜中取出聚乳酸发泡粒子，即为聚乳酸发泡复合材料；所述反应是控制高压反应釜的温度为40～200℃、压力为8～20MPa，保持该温度和压力30～120min。步骤(2)所述反应是控制高压反应釜的温度为110℃、压力为15MPa，保持该温度和压力30min，然后将高压反应釜的温度降至100℃，压力保持15MPa，保持该温度和压力30min。所述发泡剂为二氧化碳、氮气、丁烷和戊烷的一种以上。上述的聚乳酸发泡复合材料在一次性餐盒、方便面碗及包装领域中的应用。本专利技术相对于现有技术具有如下的优点及效果：(1)本专利技术制备的生物基成核剂有极佳的生物亲和性，在医学和食品中是一种常用的有机补锌剂和食品添加剂，生产工艺简单，而且对人体有高度的安全性，在生物体内可完全吸收利用；将其用作聚乳酸成核剂，具有天然的安全性优势，对于扩展聚乳酸在生物医用和食品包装等领域的应用具有重要意义。(2)本专利技术方法直接共混改性即可得到聚乳酸发泡母料，通过提高聚乳酸的熔体强度、增强聚乳酸结晶能力来强化聚乳酸的发泡性能；采用的装置是本
内通用的装置，如双螺杆挤出机、高温反应釜等，加工过程中操作简便、易于控制，且材料利用率高，发泡剂安全无害，是一个完全绿色环保的体系。(3)本专利技术加入生物可降解共聚物改善了聚乳酸的低熔体强度和低弹性，提高了聚乳酸的断裂伸长率及耐冲击性，改性后的发泡母料具有结晶速率快、耐热性好、加工窗口宽等优点，并保持了其本身的全生物降解优势。(4)本专利技术制得的聚乳酸发泡复合材料，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，可广泛替代聚苯乙烯等发泡材料；而且根据配方不同还可以得到具有不同的断裂伸长率和发泡倍率的发泡材料；采用绿色环保的方法制备具有聚乳酸发泡材料必将成为今后的重要发展方向。(5)本专利技术是将混合后的聚乳酸复合材料经间歇发泡处理后，即可获得聚乳酸发泡复合材料，其制备方法工艺简单，对设备要求低，条件易控，成本低廉，绿色环保。其中，聚乳酸发泡复合材料泡孔尺寸均匀、闭孔率高，发泡倍率可控，且该发泡材料具有较高的机械性能、较好的缓冲性能和隔热性，能够完全降解，具有很好的环境相容性，在一次性餐盒、快餐盒及方便面碗及包装领域具有广阔的应用市场，对实现取代石油基塑料发泡产品具有重要的意义。附图说明图1为实施例1制备的聚乳酸/聚己二酸-对苯二甲酸-丁二醇酯发泡材料液氮脆断扫描电镜图；图2为实施例2制备的聚乳酸/聚己二酸-对苯二甲酸-丁二醇酯发泡材料液氮脆断扫描电镜图；图3为实施例3制备的聚乳酸/聚己二酸-对苯二甲酸-丁二醇酯发泡材料液氮脆断扫描电镜图；图4为实施例3制备的聚乳酸/聚己二酸-本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种聚乳酸发泡复合材料，其特征在于：该聚乳酸发泡复合材料包括以下按重量份数计的组分：/n

【技术特征摘要】
1.一种聚乳酸发泡复合材料，其特征在于：该聚乳酸发泡复合材料包括以下按重量份数计的组分：



所述的聚乳酸树脂的MFR在210℃、2.16kg下为5g/10min～7g/10min，其中D-乳酸的含量为0.6％～5％。


2.根据权利要求1所述的聚乳酸发泡复合材料，其特征在于：所述聚乳酸树脂为NatureWorks的2003D、4032D、4042D、4043D、3251D、3052D或8051D。


3.根据权利要求1所述的聚乳酸发泡复合材料，其特征在于：所述生物基成核剂按照以下方法制备：将生物基有机酸和乙酸锌溶于乙醇和蒸馏水的混合溶液中，在70℃油浴下搅拌回流3小时，继续反应出现大量的白色沉淀，待反应结束后自然冷却至室温，下层为粉末状固体，上层为黄色的液体，抽滤，滤纸用乙醇和蒸馏水反复清洗三次，真空干燥后得到白色粉末，即为生物基成核剂。


4.根据权利要求3所述的聚乳酸发泡复合材料，其特征在于：所述生物基有机酸和乙酸锌的摩尔比为1.5:1；所述真空干燥是在60℃真空烘箱中干燥24小时。


5.根据权利要求3所述的聚乳酸发泡复合材料，其特征在于：所述生物基有机酸为丙氨酸、苯丙氨酸、脯氨酸、苏氨酸、谷氨酸、天冬氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、丝氨酸和柠檬酸的一种以上。


6.根据权利要求1所述的聚乳酸发泡复合材料，其特征在于：所述其他生物可降解材料为聚己二酸-对苯二甲酸-丁二醇酯、聚乙醇酸、聚己内酯、聚乙二醇、聚乙...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈壮鑫，雷彩红，徐睿杰，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44