一種泡孔均勻高緩沖聚乳酸發(fā)泡材料的制備方法
【專利說明】
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明涉及一種聚乳酸發(fā)泡材料的制備方法，尤其涉及一種具有均勻泡孔結(jié)構(gòu)， 高發(fā)泡倍率的高緩沖性的聚乳酸發(fā)泡材料的制備方法。
[0003]
【背景技術(shù)】
[0004] 塑料材料雖然擁有較優(yōu)異的性能和廣泛的適用性，但其來源于石油產(chǎn)品且無法降 解，在資源危機和環(huán)境污染越發(fā)嚴(yán)重的今天，尋找性能優(yōu)良且可再生的替代材料則成為目 前材料領(lǐng)域研究的重中之重。在緩沖包裝領(lǐng)域，聚苯乙烯發(fā)泡材料（EPS)因其優(yōu)良的成型能 力，發(fā)泡倍數(shù)和緩沖性能占據(jù)了緩沖包裝材料的大部分份額。而聚乙烯發(fā)泡材料（EPE)雖然 其緩沖性一般，但成本低廉，也被廣泛應(yīng)用于對緩沖性要求低的包裝領(lǐng)域。但隨著人們環(huán)保 意識的增強，由塑料的非降解性所帶來的"白色污染"已經(jīng)成為日益嚴(yán)峻的問題，因發(fā)泡塑 料如聚苯乙烯不易腐爛分解，燃燒時會散發(fā)有害氣體、造成環(huán)境污染且用于聚苯乙烯發(fā)泡 劑的氟氯碳化物（CFC8)會破壞大氣臭氧層，危害生物，在歐洲及美國部分地區(qū)，已明令禁 止使用EPS。找到一種制備工藝簡單，性能優(yōu)良，環(huán)境友好的發(fā)泡塑料替代材料及其可工業(yè) 化的發(fā)泡成型的方法則成為材料科學(xué)領(lǐng)域的一大課題。在國內(nèi)外，一些研究者在此領(lǐng)域進(jìn) 行了探索研究，但在工藝實現(xiàn)及材料的性能方面仍存在較大缺陷，如只可采用部分可降解 材料制備發(fā)泡塑料，降解后仍存在破碎的塑料顆粒；全降解發(fā)泡材料發(fā)泡倍率不足，在高發(fā) 泡倍率后成型能力差，緩沖性差，且成型困難等。而一般的可降解發(fā)泡材料由于大量淀粉的 使用，還導(dǎo)致易吸水，即容易造成霉變也容易導(dǎo)致力學(xué)性能的大幅下降。如可找到一種具有 良好力學(xué)性能，且具有優(yōu)異阻隔性和防水性的環(huán)保發(fā)泡材料，無疑將具有巨大的市場潛力。
[0005] 在目前的可降解材料中，淀粉因其便宜的價格和廣泛的來源已被深入研究并通過 改性與復(fù)合制備了多種生活與工業(yè)用品，如淀粉基膜、淀粉餐具等。但淀粉有其天然的缺 陷，它的力學(xué)性能差，性能不穩(wěn)定，只能運用于對力學(xué)性能要求低的領(lǐng)域。而聚乳酸的出現(xiàn) 改變了這一現(xiàn)狀。聚乳酸（PLA)是脂肪族聚酯，以乳酸（2-羥基丙酸)為基本結(jié)構(gòu)單元。PLA 可通過發(fā)酵玉米等天然原料制得，也可采用乳酸縮聚制得。PLA及其終端產(chǎn)品可在堆肥條 件下自然分解成為C02和水，降低了固體廢棄物排放量，是一種綠色環(huán)保的生物來源材料。 PLA具有類似于聚苯乙烯的力學(xué)特性，彎曲模量和拉伸強度較好，但熱穩(wěn)定性和抗沖擊性能 差，在熱成型加工過程中存在熔體黏度低的缺陷，限制了它的應(yīng)用。在改善了這些缺點后， PLA將可有望作為塑料材料的最佳替代品可被運用于工業(yè)、民用領(lǐng)域。在PLA的應(yīng)用中，通 常在采用不同物質(zhì)如淀粉、聚己內(nèi)酯、EVA等增韌后以替代普通塑料。而聚乳酸由于其特性， 如可作為發(fā)泡材料也極具前景。在此類研究中，CN1544525公布了一種可生物降解的聚乳 酸泡沫塑料制備方法，即在發(fā)泡過程中加入過氧化物交聯(lián)聚乳酸，CN103642185A公布了一 種聚乳酸泡沫材料及其制備方法，此專利采用水為發(fā)泡劑，加入了少量成核劑，通過水發(fā)泡 來實現(xiàn)材料的環(huán)保性。CN103242632A也公布了采用加入交聯(lián)劑、成核劑來實現(xiàn)聚乳酸發(fā)泡 的技術(shù)。CN1600814公布了一種聚乳酸、脂肪族一芳香族聚酯的共聚物、成核劑、內(nèi)滑劑與外 滑劑混合后的發(fā)泡技術(shù)。
[0006] 但總體而言，對于聚乳酸發(fā)泡材料而言，其泡孔大小難以控制，發(fā)泡倍率仍較低， 從而導(dǎo)致其緩沖性較差，嚴(yán)重影響了此類環(huán)保材料的應(yīng)用。如何得到具有良好發(fā)泡倍率且 泡孔均勻的聚乳酸發(fā)泡材料，仍然是需要解決的問題。
[0007]

【發(fā)明內(nèi)容】
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有聚乳酸發(fā)泡材料泡孔不均勻，發(fā)泡倍率低，緩沖性能差 的缺陷，提供一種具有良好發(fā)泡倍率且泡孔均勻的具有優(yōu)異緩沖特性的聚乳酸發(fā)泡材料的 制備方法。
[0008] 本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的： 一種泡孔均勻高緩沖聚乳酸發(fā)泡材料的制備方法，該發(fā)泡材料由主料和輔料加工而 成，主料中包括聚乳酸，EVA彈性體、醋酸丙酸纖維素、酯化改性納米纖維素、聚乳酸接枝馬 來酸酐、明膠；輔料包括抗氧劑、塑化劑、抗紫外線劑。按聚乳酸質(zhì)量為100份計算，在主料 中，EVA彈性體為20-35份、醋酸丙酸纖維素為8-15份、醋酸酯化改性納米纖維素為3-6份、 聚乳酸接枝馬來酸酐4-8份、明膠3-6份。輔料中，抗氧劑、塑化劑、抗紫外線劑均介于2-4 份之間。
[0009] 進(jìn)一步，所述聚乳酸為聚L-乳酸，聚D-乳酸、或聚L、聚D-乳酸組合物，其相對分 子量為 80000 -600000,優(yōu)選的，選擇 120000-200000。
[0010] 進(jìn)一步，所述醋酸酯化納米纖維素為一醋酸酯化納米纖維素、二醋酸酯化納米纖 維素、三醋酸酯化納米纖維素中的一種或幾種混合，醋酸酯化納米纖維素長度介于50-500 rim之間，長徑比介于10 :1-5 :1之間。其制備可采用將纖維素通過機械處理或水解納米化 后，以酸酐為酯化劑進(jìn)行酯化從而將酯基接入納米纖維素表面。
[0011] 進(jìn)一步，所述一醋酸酯化納米纖維素的乙酰取代度介于0-1之間、二醋酸酯化納 米纖維素的乙酰取代度介于1-2之間、三醋酸酯化納米纖維素的乙酰取代度介于2-3之間。
[0012] 進(jìn)一步，所述醋酸丙酸纖維素為以纖維素為原料，通過均相或非均相反應(yīng)以醋酸 酐、丙酸酐為酯化劑，以硫酸為催化劑酯化反應(yīng)制備得到，乙?；〈冉橛讴? 8-1. 3之 間，丙酰基取代度介于〇. 5-1. 5之間。
[0013] 進(jìn)一步，所述聚乳酸接枝馬來酸酐的接枝度介于0. 8%-1. 6%之間。
[0014] 進(jìn)一步，所述明膠為工業(yè)明膠顆粒，其粒徑為0.5-1. 5mm，優(yōu)選骨明膠。
[0015] 進(jìn)一步，所述抗氧劑為抗氧劑264,BHT，168,1010中的一種或幾種。
[0016] 進(jìn)一步，所述塑化劑為脂肪族二元酸酯類或苯二甲酸酯類塑化劑。
[0017] 進(jìn)一步，所述抗紫外線劑為UV531，UV-2908,UV477中的一種或幾種組合。
[0018] 進(jìn)一步，所述一種泡孔均勻高緩沖聚乳酸發(fā)泡材料，其加工方法為： (1) 物料的干燥：將包括聚乳酸，、醋酸丙酸纖維素、酯化改性納米纖維素、聚乳酸接枝 馬來酸酐、明膠，于真空干燥箱內(nèi)60度下干燥6-8小時，壓力低于0.OIMPa，備用； (2) 物料的預(yù)混：將所有原料于高速共混機中50度下共混3-5分鐘，共混機轉(zhuǎn)速為 50-100rad/min，后與擠出切粒。擠出溫度為190-210度，停留時間為1. 5-2. 5分鐘，擠出螺 桿轉(zhuǎn)速為200rad/min; (3)物料的發(fā)泡：將（2)中制備的顆粒放入高壓釜中，充入C02氣體，保持高壓釜一定 溫度及壓力，12小時后，迅速卸壓釋放C02，后取出樣品，放入容器中通入-40度液氮速冷 0. 5-1分鐘，放入室溫中放置24小時，得到產(chǎn)品。
[0019] 進(jìn)一步，所述高壓爸內(nèi)的壓力介于25_45Mpa之間，溫度介于100-140度之間，卸壓 速率介于l〇_18Mpa/s之間。
【附圖說明】
[0020] 圖1為實施例1制備聚乳酸發(fā)泡材料的泡孔結(jié)構(gòu)。
[0021 ] 圖2為實施例2制備聚乳酸發(fā)泡材料的泡孔結(jié)構(gòu)。
【具體實施方式】
[0022] 以下將詳細(xì)描述本發(fā)明的示例性實施方法。但這些實施方法僅為示范性目的，而 本發(fā)明不限于此。
[0023] 具體實施例1 一種泡孔均勻高緩沖聚乳酸發(fā)泡材料的制備方法，該發(fā)泡材料由主料和輔料加工而 成，主料包括聚乳酸，EVA彈性體