一种高阻隔改性聚乳酸材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种高阻隔改性聚乳酸材料及其制备方法和应用。该高阻隔改性聚乳酸材料，原料包括聚乳酸、接枝单体、扩链单体、填料。首先，本发明专利技术利用接枝单体与聚乳酸的端羧基和羟基反应，提高对小分子气体的阻隔性。其次，本发明专利技术还进一步引入了接枝单体形成围绕多个苯环的树枝状结构，提高熔体强度和气体阻隔性，此外多个苯环的引入，还能提高材料整体的刚度，有利于材料的压缩回弹。本发明专利技术高阻隔改性聚乳酸材料可以使用二氧化碳等气体进行发泡，发泡后可广泛应用于制备包装缓冲材料、一次性餐盒等。等。等。

【技术实现步骤摘要】
一种高阻隔改性聚乳酸材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及一种改性聚乳酸材料，尤其涉及一种高阻隔改性聚乳酸材料及其制备方法，以及该改性聚乳酸材料在二氧化碳挤出发泡中的应用。

技术介绍

[0002]聚乳酸(PLA)是以乳酸为原料聚合得到的聚酯类聚合物，是一种可完全生物降解的材料。聚乳酸的热稳定性好，加工窗口宽170～230℃，有好的抗溶剂性，可用多种方式进行加工，如挤压、纺丝、双轴拉伸、注射吹塑等，在日用品、包装、医疗、纺织、电子电器等诸多领域有着广泛的应用前景。但是由于PLA分子结构中侧甲基的存在，导致聚乳酸分子链不容易相互缠结，熔体强度低，难以发泡，尤其是对诸如二氧化碳等小分子的发泡气体阻隔性较差，限制了其发泡剂的选择和在包装材料、餐盒等领域的应用。
[0003]为了解决聚乳酸熔体强度低的问题常用的方法有引入长分子链的侧基、聚乳酸分子链交联、与高熔体强度的聚合物共混等。但是引入的长分子链往往难以降解或因分子量的增大导致降解速率受到影响，聚乳酸分子链交联会使降解速率变慢，目前已知的高熔体强度聚合物以非降解材料为主，非降解材料的引入会导致降解问题依然存在。此外，上述方法虽然可以解决聚乳酸熔体强度低的问题，但是对改善聚乳酸使用二氧化碳等小分子发泡气体阻隔性的问题贡献不大。因此，目前行业内对于如何解决改性PLA使用二氧化碳发泡剂还未有较好的解决方案。
[0004]专利CN 111286070 A通过，通过利用纤维素纳米纤维作为成核剂来改善聚乳酸材料的结晶性能与熔体性能。但是所述制备方法繁琐，且发泡倍率只有2～20倍。
[0005]专利CN 109762313 B通过一级挤出、二级挤出、挤出发泡片材等步骤，利用聚乳酸、成核剂、发泡剂、助剂，有效解决了工业生产中使用二氧化碳发泡倍率低、强度不高等难点，但是其发泡倍率只有十几倍，难以满足高发泡倍率的要求。
[0006]专利CN 114957947 A通过利用富含醚键的酚醛树脂
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PDLA，提供给聚合物较高的粘结性能，有利于发泡过程中异相成核产生气泡，交联结构有利于锁住气体同时提供刚性，但是其制备过程繁琐，工业化困难，且大量酚醛树脂的引入，使得制备的改性PLA难以完全降解。
[0007]综上，以上专利技术制备的改性聚乳酸材料未能解决对诸如二氧化碳等小分子的发泡气体阻隔性较差的问题，需要寻找新的解决方案以上述问题，以便可以使用二氧化碳等气体进行发泡。

技术实现思路

[0008]针对现有技术中存在的上述问题，本专利技术提出一种高阻隔改性聚乳酸材料及其制备方法，所述改性聚乳酸材料可用于二氧化碳挤出发泡。
[0009]首先，本专利技术利用接枝单体与聚乳酸的端羧基和羟基反应，从而使制备的改性聚乳酸具有酰胺基，利用酰胺基之间较强的分子间作用力，形成类似与尼龙的结构，提高对氧
气、二氧化碳等小分子气体的阻隔性。其次，作为优选，本专利技术还进一步地引入了接枝单体形成围绕多个苯环的树枝状结构，一方面增加了PLA的分子量，提高了熔体强度，有利于发泡，另一方面随着分子链长度的增加，有利于聚乳酸分子链的缠结，可进一步提高熔体强度和减小聚乳酸分子链之间的间隙，提高气体阻隔性，此外多个苯环的引入，一方面提高材料整体的刚度，有利于材料的压缩回弹，另一方面多个苯环连接在一起可进一步提高材料对气体的阻隔性能，从而可以使用二氧化碳等气体进行发泡。
[0010]为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：
[0011]本专利技术提供一种高阻隔改性聚乳酸材料，由包括以下重量百分比的原料组分制得：
[0012]聚乳酸，70～94％，优选75～88％；
[0013]接枝单体，0.5～3％，优选1～2％；
[0014]扩链单体，0.1～0.5％，优选0.2～0.4％；
[0015]填料，5～30％，优选10～25％；
[0016]其中，所述接枝单体为含有环氧基和酰胺基的化合物，优选N
‑
(2
‑
(环氧乙烷
‑2‑
基甲氧基)苯基)乙酰胺、4
‑
[(2S)
‑2‑
环氧乙烷基甲氧基]苯乙酰胺、3
‑
(苯甲酰基)环氧乙烷
‑
2,2
‑
二甲酰胺、N
‑
(3
‑
乙酰基
‑4‑
(2,3
‑
环氧基丙氧基)苯基)丁酰胺中的一种或多种。
[0017]本专利技术中，所述扩链单体为含有环氧官能团或异氰酸酯官能团的多苯环化合物，其中环氧官能团或异氰酸酯官能团为2～4个，优选3个，苯环为2～5个，优选3个；
[0018]优选地，所述扩链单体为三(4
‑
羟基苯基)甲烷三缩水甘油基醚、三(对异氰酸酯基苯)胺中的一种或多种。
[0019]本专利技术中，所述聚乳酸(PLA)，其熔指(190℃，2.16kg)为3～30g/10min，优选5～25g/10min。
[0020]本专利技术中，所述填料选自滑石粉、碳酸钙、高岭土、云母中的一种或多种。
[0021]本专利技术还提出一种如前文所述的一种高阻隔改性聚乳酸材料的制备方法，包括以下步骤：
[0022]1)将聚乳酸、接枝单体、扩链单体、填料在高混机中混合均匀得预混物；
[0023]2)将步骤1)的预混物通过双螺杆挤出机挤出造粒，得到高阻隔改性聚乳酸。
[0024]本专利技术中，步骤1)所述高混机的混合条件为：温度为10～40℃，转速为50～400rpm，优选100～300rpm，混合时间为3～8min，优选4～7min。
[0025]本专利技术中，步骤2)所述双螺杆挤出机的操作条件为：螺杆温度170～200℃，优选175～190℃，转速为150～500rpm，优选200～400rpm。
[0026]本专利技术上述高阻隔改性聚乳酸材料可用于挤出发泡、釜压发泡等领域，尤其适用于二氧化碳挤出发泡，发泡后产品可广泛应用于制备包装缓冲材料、一次性餐盒等。
[0027]在本专利技术一些具体示例中，所述高阻隔改性聚乳酸材料在采用二氧化碳挤出发泡制备发泡产品的应用中，具体制备方法，步骤包括：
[0028]S1：将高阻隔改性聚乳酸原料加入双螺杆挤出机中，加热熔融形成熔体；
[0029]S2：在双螺杆挤出机的压缩段注入超临界二氧化碳和氟氯昂，与熔体混合均匀，然后转入单螺杆挤出机，经机头挤出，得到发泡产品。
[0030]进一步地，S1中，所述双螺杆挤出机的温度为170～220℃，优选175～210℃，螺杆
转速为100～500rpm，优选200～400rpm；
[0031]进一步地，S2中，所述超临界二氧化碳和氟氯昂注入量之和为熔体质量的2～7％，优选3～6％；
[0032]所述超临界二氧化碳注入量为氟氯昂质量的10～40％，优选15～30％；
[0033]所述单螺杆挤本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高阻隔改性聚乳酸材料，其特征在于，由包括以下重量百分比的原料组分制得：聚乳酸，70～94％，优选75～88％；接枝单体，0.5～3％，优选1～2％；扩链单体，0.1～0.5％，优选0.2～0.4％；填料，5～30％，优选10～25％；其中，所述接枝单体为含有环氧基和酰胺基的化合物，优选N
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(2
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(环氧乙烷
‑2‑
基甲氧基)苯基)乙酰胺、4
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[(2S)
‑2‑
环氧乙烷基甲氧基]苯乙酰胺、3
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(苯甲酰基)环氧乙烷
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2,2
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二甲酰胺、N
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(3
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乙酰基
‑4‑
(2,3
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环氧基丙氧基)苯基)丁酰胺中的一种或多种。2.根据权利要求1所述高阻隔改性聚乳酸材料，其特征在于，所述扩链单体为含有环氧官能团或异氰酸酯官能团的多苯环化合物，其中环氧官能团或异氰酸酯官能团为2～4个，优选3个，苯环为2～5个，优选3个；优选地，所述扩链单体为三(4
‑
羟基苯基)甲烷三缩水甘油基醚、三(对异氰酸酯基苯)胺中的一种或多种。3.根据权利要求1或2所述高阻隔改性聚乳酸材料，其特征在于，所述聚乳酸，其熔指为3～30g/10min，优选5～25g/10min。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述高阻隔改性聚乳酸材料，其特征在于，所述填料选自滑石粉、碳酸钙、高岭土、云母中的一种或多种。5.一种权利要求1
‑
4任一项所述高阻隔改性聚...

【专利技术属性】
技术研发人员：花月庆，
申请(专利权)人：万华化学宁波有限公司，
类型：发明
国别省市：