【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及聚合物发泡材料领域，尤其涉及一种全降解聚乳酸发泡材料及其制备方法。
技术介绍
1、塑料的大规模应用一方面推动了科技的快速发展，为人们生活提供了各种便利；然而另一方面，传统石油基塑料（如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯）在生产过程中需要消耗大量的不可再生资源，并且这些塑料在自然环境中难以降解，造成了“白色污染”，严重威胁着地球的生态环境。随着“双碳”战略的提出以及“禁塑令”的实施，生物基可降解材料的发展和应用成为当前的研究重点之一。其中，聚乳酸由于其较好的综合性能，成为应用较为广泛的可降解聚合物。聚乳酸可以由生物基材料（如玉米、土豆、甘蔗）的发酵产物——乳酸来合成，并且聚乳酸可以在自然环境中完全降解为水和二氧化碳，因而是一种绿色环保型塑料。聚乳酸发泡材料具有轻质、比强度高、抗冲击、吸音隔热等优点，因此在食品包装、医用材料等领域被认为是石油基发泡材料的理想替代。
2、物理发泡是一种环境友好的加工方法，该方法通过加压的方式将物理发泡剂溶入待发泡坯体中，之后利用降压或升温的方式促使发泡剂与坯体相分离，从而在坯体内形成孔结构。目前物理发泡法已经被广泛用于生产各种轻质塑料泡沫。然而，聚乳酸熔体强度低，常规方法的加工窗口较窄，难以制备发泡倍率高和泡孔直径小的聚乳酸泡沫材料。
3、专利cn114989589a公开了一种高倍率聚乳酸泡沫及其制备方法。该方法通过加入扩链剂以及聚四氟乙烯（ptfe）提高了聚乳酸的可发性，从而得到低泡孔尺寸和高泡孔密度的聚乳酸发泡材料，但该专利技术需要添加扩链剂以实现高倍率发泡，
4、专利cn109572130a公开了一种轻质聚乳酸泡沫材料及其制备方法，采用了共混的方式，通过添加熔体强度较高的ptfe来减少泡孔破裂，并通过添加成核剂来促进气泡成核，降低泡孔尺寸，提高泡孔成核密度。但该方法需要添加ptfe，影响聚乳酸的可降解性并增加成本，并且ptfe及无机填料和聚乳酸的相容性较差，加工过程分散相容易发生团聚，对加工设备有一定要求。
5、专利cn108409985a公开了一种利用预等温冷结晶处理制备高发泡倍率聚乳酸泡沫材料的方法，该专利技术将聚乳酸进行等温处理提高其结晶度，使后续饱和过程能保留更多的晶体，这些晶体形成物理缠结网络，改善聚乳酸熔体粘弹性，从而提高聚乳酸的可发性。然而该方法需要较长的等温冷结晶时间及饱和时间（>50 min），不利于大规模批量生产。
6、现有技术多通过扩链、共混以及添加无机粒子等方式提高聚乳酸的可发泡性，但这些方法会引入异相成分，影响聚乳酸的可降解性，还增加生产成本。尽管专利cn108409985a采用纯聚乳酸实现了高倍率发泡材料的制备，但其制备周期长，生产效率低。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术主要目的是提供一种发泡周期短、操作简单、泡孔结构可控的全降解聚乳酸发泡材料的制备方法以及由该方法制得的发泡材料，该制备方法基于聚乳酸发泡前的凝聚态结构调控，通过限制聚乳酸的冷结晶行为，使发泡时聚乳酸基本维持在无定形态进而实现高倍率发泡，并通过有效调节发泡温度和发泡时间可制得具有皮芯泡孔结构或均匀泡孔结构的聚乳酸发泡材料，从而能针对性的调控聚乳酸的泡孔形貌结构，实现了快速发泡且泡孔结构可控的目的，得到的泡孔密度大于105个/cm3和发泡倍率在2–12之间的聚乳酸发泡材料。
2、具体地，本专利技术所保护的技术方案如下：
3、一种全降解聚乳酸发泡材料的制备方法，包括步骤：
4、步骤一，提供结晶度不大于2%的聚乳酸片材坯；
5、步骤二，在密闭环境中，向所述聚乳酸片材坯中注入物理发泡气体，并在90–130 °c下进行饱和处理，然后快速降温至10 °c以下后泄压，得到富有发泡气体的饱和聚乳酸片材；
6、步骤三，对所述饱和聚乳酸片材于40–100 °c进行恒温发泡处理，通过控制发泡温度和发泡时间调控所述饱和聚乳酸片材中形成的泡孔结构，制得全降解聚乳酸发泡材料。
7、本文中的“结晶度不大于2%的聚乳酸片材坯”指样品坯中无定形态聚乳酸的占比达到98%以上。由于完全为无定形态的聚乳酸很难获得，因此“结晶度不大于2%的聚乳酸片材坯”可以理解为聚乳酸片材坯基本上处于无定形态。
8、其中，步骤三中，当所述发泡温度为40–80 °c时，制得的全降解聚乳酸发泡材料具有皮芯泡孔结构；当所述发泡温度为80–100 °c时，制得的全降解聚乳酸发泡材料中的泡孔分布相对均匀。
9、本专利技术还提供一种由上述制备方法制得的全降解聚乳酸发泡材料，且其泡孔密度大于105个/cm3。
10、其中，所述聚乳酸发泡材料可以为具有皮芯泡孔结构的泡沫材料，且其芯层主要由孔径5–70 μm的小孔径泡孔组成，且所述小孔径泡孔的密度为106–108个/cm3。优选地，所述聚乳酸发泡材料的皮层主要由孔径>70 μm的大孔径泡孔组成，所述大孔径泡孔的密度为105–106个/cm3，且垂直于聚乳酸发泡材料的表面方向具有一定的取向结构。
11、本专利技术提供的上述制备方法首先在高温下使无定形态的聚乳酸片材坯快速吸附物理发泡气体，并使之达到饱和状态；再快速降温至10 °c以下后泄压，得到富有发泡气体的饱和聚乳酸片材；然后控制发泡温度和发泡时间，以调控聚乳酸发泡材料中的泡孔结构；该制备方法简单，易于操作，而且制备周期短，生产效率高。另外，本专利技术提供的上述方法主要通过调控相关压力、温度和时间等参数，无需添加其他组分（如扩链剂、共混高分子、无机粒子等）即可实现高倍率聚乳酸发泡材料的制备，以及对其泡孔形貌进行有效调控，从而达到绿色环保的目的。
12、由上述制备方法制得的聚乳酸发泡材料可以为皮芯泡孔结构和均匀泡孔结构，从而可应用于不同的场景，如对力学性能要求高时，则皮芯泡孔结构更合适，如对隔热、缓冲等性能要求高时，则均匀泡孔结构更合适。
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1.一种全降解聚乳酸发泡材料的制备方法，包括步骤：
2. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤二中，在密闭环境中，向所述聚乳酸片材坯中注入所述物理发泡气体，并在饱和温度90–130 °C和饱和压力5–20 MPa下进行饱和处理1–15 min；然后快速降温至10 °C以下后泄压，得到所述饱和聚乳酸片材；
3. 根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤二中所述聚乳酸片材坯进行饱和处理之后，快速降温的速率大于20 °C/min，且泄压时釜内温度低于10 °C；
4. 根据权利要求1或2或3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤三包括：将所述饱和聚乳酸片材置于恒温浴中，于40–100 °C发泡5–150 s后，将其取出冷却定型，制得全降解聚乳酸发泡材料；
5. 根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤三中，所述发泡温度为40–80 °C，制得的全降解聚乳酸发泡材料具有皮芯泡孔结构；
6. 根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤三中，所述发泡温度为80–100 °C，制得的全降解聚乳酸
7.根据权利要求1或2或3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤二中物理发泡气体优选为二氧化碳、氮气或两者任意比例混合气体。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤一包括先将干燥后的聚乳酸粒料熔融，消除聚乳酸中的晶体；再压成片材，然后将片材淬冷，得到结晶度不大于2%的所述聚乳酸片材坯。
9. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤一中聚乳酸粒料的熔融温度高于所选的聚乳酸的熔点15–40 °C；
10.一种由上述权利要求1～9任一项所述的制备方法制得的全降解聚乳酸发泡材料，且其泡孔密度大于105个/cm3；
...【技术特征摘要】
1.一种全降解聚乳酸发泡材料的制备方法，包括步骤：
2. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤二中，在密闭环境中，向所述聚乳酸片材坯中注入所述物理发泡气体，并在饱和温度90–130 °c和饱和压力5–20 mpa下进行饱和处理1–15 min；然后快速降温至10 °c以下后泄压，得到所述饱和聚乳酸片材；
3. 根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤二中所述聚乳酸片材坯进行饱和处理之后，快速降温的速率大于20 °c/min，且泄压时釜内温度低于10 °c；
4. 根据权利要求1或2或3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤三包括：将所述饱和聚乳酸片材置于恒温浴中，于40–100 °c发泡5–150 s后，将其取出冷却定型，制得全降解聚乳酸发泡材料；
5. 根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤三中，所述发泡温度为4...
【专利技术属性】
技术研发人员：侯俊吉，陈静波，余科松，田东旭，张晓黎，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：
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