一种超临界CO₂微发泡聚乳酸/木粉复合材料及其制备方法

专利名称：一种超临界CO₂微发泡聚乳酸/木粉复合材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种木塑微发泡复合材料及其加工成型方法。
背景技术：
已有的木塑复合材料主要采用PE、PP和PVC等树脂来制备，为了克服其密度大的缺点，可以制备成木塑发泡材料，比如，中国专利CN1948384A、CN101200971A、CN101962455A、CN102229728A、CN102146187A、CN102250476A、CN102167872A 等涉及了木塑复合材料的发泡技术和方法。发泡方法可分为化学发泡和物理发泡两种，其中，化学发泡工艺较复杂，生产的泡沫材料成本相对较高，然而，物理发泡工艺简单，比如，超临界CO2作为一种特殊的物理发泡剂，具有价廉、无毒、不燃，环境友好，比常温高压CO2发泡所用时间少等优势。
但是，木塑发泡材料废弃物不易降解，存在潜在的环境危害。然而，聚乳酸(PLA)具有·可再生性，以及良好的力学性能，与木粉共混体系能够很好地弥补传统木塑复合材料的这一缺陷。PLA的来源主要有3个方面一是以含糖类的生物质材料为原料，提取淀粉，糖化、发酵得到乳酸，再聚合成PLA;二是以家庭产生的垃圾为原料，从其中的糖类发酵得到乳酸，再聚合成PLA ;三是由农作物、树木的根茎叶等废弃的生物质材料为原料，提取纤维素，(通过盐酸、硫酸、磷酸等酸解)糖化、发酵得到乳酸，再聚合成PLA。PLA类材料被使用后可以进行自然降解、堆肥和燃烧处理，最终产物只有水和C02，不会给环境带来污染，是一种环境友好材料。尤其是用超临界CO2发泡聚乳酸/木粉复合材料，可以获得孔径小、密度大的泡孔结构，其能有效阻止裂纹在应力作用下的扩展，赋予材料更好的物理机械性能。

发明内容
本发明提供一种微孔聚乳酸/木粉复合材料及其超临界CO2发泡制备方法，其优点在于发泡工艺简单，所得发泡材料微孔分布均匀，泡孔密度大。本发明采用的技术方案是一种超临界CO2发泡微孔聚乳酸/木粉复合材料，原料组成为
聚乳酸(PLA)20 90份木粉O 30份增韧剂5 IO份有机溶剂O 50份偶联剂0~2份润滑剂0.5 2份pH调节剂<0.1份
一种超临界CO2发泡微孔聚乳酸/木粉复合材料的制备方法，具体步骤为(I)将偶联剂溶解在无水乙醇中配制成15%的混合液，然后将该混合液和桉木粉在温度为50 70°C的高速混合机中混合5 15min后，取出烘干得到改性木粉；再将改性木粉、聚乳酸、聚乙二醇、润滑剂用双辊开炼机熔融共混，混炼温度为165 200°C、时间为10 20min,从而得到预混合物。(2)将步骤⑴所得预混合物在平板硫化仪中模压成型，成型温度为165 200°C、压力为8 12MPa、保压时间为6 lOmin，从而得到成型样品。(3)将步骤⑵所得的成型样品置于超临界CO2发泡釜体中进行溶胀，控制溶胀温度为80 100°C、溶胀压力为10 30MPa、溶胀时间为100 200min，然后快速卸压，卸压速率为7MPa/s以上，自然冷却至常温，从而得到微发泡聚乳酸/木粉复合材料。本发明的优点在于低温发泡，高速卸压，发泡工艺简单，用时少，制备的聚乳酸/ 木粉微孔材料，泡孔尺寸均匀，泡孔密度大，材料密度小。


图I是本发明实施例3制备的微孔聚乳酸/木粉复合材料断面扫描电子显微镜图。
具体实施例方式下面结合具体实施例对发明进一步说明，但发明的保护范围不限于此。实施例I原料组分为左旋聚乳酸(PLLA，熔融指数< 2g/10min)41份。桉木粉(8O目)I6份。聚乙二醇(PEG-400，分析纯)8· 2份。偶联剂(Υ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(狃570，分析纯))0.8份。无水乙醇(分析纯)33份。冰乙酸(分析纯)彡O. I份。二甲基硅油(分析纯)O. 8份。将木粉和偶联剂溶液加入高速混合机中混合改性，混合时间为Smin ;温度为50°C;再将改性木粉和聚乳酸混合，并通过双辊开炼机熔融共混得到预混合物；所述熔融共混温度为170°C ;混炼时间为20min ;所得预混合物在平板硫化仪中模压成型，得到成型样品；所述模压成型的温度为170°C ;压力为IOMPa ;保压时间为Smin ;将所得的成型样品置于超临界CO2发泡釜体中进行溶胀，控制溶胀温度为85°C;溶胀压力为19MPa，溶胀时间为IOOmin ；然后快速卸压，自然冷却至常温，即可得到所述的微发泡聚乳酸/木粉复合材料。以下通过检测证明本发明实施例I的效果，其检测效果如下未发泡木塑复合材料的密度为1.21g/cm3，本发明微发泡木塑复合材料密度为O. 71g/cm3。实施例2原料组分为
左旋聚乳酸(PLLA，熔融指数< 2g/10min)41份。桉木粉(80目)16份。聚乙二醇(PEG-400，分析纯)8. 2份。Y -甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570，分析纯)0. 8份。无水乙醇(分析纯)32. 5份。冰乙酸(分析纯)彡O. I份。二甲基硅油(分析纯)O. 8份。将木粉和偶联剂溶液加入高速混合机中混合改性，混合时间为Smin ;温度为50°C ；再将改性木粉和聚乳酸混合，并通过双辊开炼机熔融共混得到预混合物；所述熔融共混温 度为170°C ;混炼时间为20min ;所得预混合物在平板硫化仪中模压成型，得到成型样品；所述模压成型的温度为170°C ;压力为IOMPa ;保压时间为Smin ;将所得的成型样品置于超临界CO2发泡釜体中进行溶胀，控制溶胀温度为100°C ;溶胀压力为19MPa，溶胀时间为IOOmin ;然后快速卸压，自然冷却至常温，即可得到所述的微发泡聚乳酸/木粉复合材料。以下通过检测证明本发明实施例2的效果，其检测效果如下未发泡木塑复合材料的密度为1.20g/cm3，本发明微发泡木塑复合材料密度为
O.3lg/cm3。以上结果说明本发明微发泡木塑复合材料和普通木塑复合材料相比具有更低的
山/又ο实施例3原料组分为左旋聚乳酸(PLLA，熔融指数< 2g/10min)41份。桉木粉(80目)16份。聚乙二醇(PEG-400，分析纯)8. 2份。Y -甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570，分析纯)0. 8份。无水乙醇(分析纯)32. 5份。冰乙酸(分析纯)彡O. I份。二甲基硅油(分析纯)O. 8份。将木粉和偶联剂溶液加入高速混合机中混合改性，混合时间为Smin ;温度为50°C ；再将改性木粉和聚乳酸混合，并通过双辊开炼机熔融共混得到预混合物；所述熔融共混温度为170°C ;混炼时间为20min ;所得预混合物在平板硫化仪中模压成型，得到成型样品；所述模压成型的温度为170°C ;压力为IOMPa ;保压时间为Smin ;将所得的成型样品置于超临界CO2发泡釜体中进行溶胀，控制溶胀温度为90°C;溶胀压力为19MPa，溶胀时间为IOOmin ；然后快速卸压，自然冷却至常温，即可得到所述的微发泡聚乳酸/木粉复合材料。以下通过检测证明本发明实施例3的效果，其检测效果如下未发泡木塑复合材料的密度为1.21g/cm3，本发明微发泡木塑复合材料密度为
O.65g/cm3。实施例4原料组分为左旋聚乳酸(PLLA，熔融指数< 2g/10min)41份。
桉木粉(80目)16份。聚乙二醇(PEG-400，分析纯)8. 2份。Y -甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570，分析纯)0. 8份。无水乙醇(分析纯)32. 5份。冰乙酸(分析纯)彡O. I份。二甲基硅油(分析纯)0· 8份。将木粉和偶联剂溶液加入高速混合机中混合改性，混合时间为Smin ;温度为50°C ；
再将改性木粉和聚乳酸混合，并通过双辊开炼机熔融共混得到预混合物；所述熔融共混温度为170°C ;混炼时间为20min ;所得预混合物在平板硫化仪中模压成型，得到成型样品；所述模压成型的温度为170°C ;压力为12MPa ;保压时间为Smin ;将所得的成型样品置于超临界CO2发泡釜体中进行溶胀，控制溶胀温度为90°C;溶胀压力为23MPa，溶胀时间为IOOmin ；然后快速卸压，自然冷却至常温，即可得到所述的微发泡聚乳酸/木粉复合材料。以下通过检测证明本发明实施例4的效果，其检测效果如下未发泡木塑复合材料的密度为I. 19g/cm3，本发明微发泡木塑复合材料密度为
O.56g/cm3。实施例5原料组分为左旋聚乳酸(PLLA，熔融指数< 2g/10min) 27. 5份。桉木粉(80目)22份。聚乙二醇(PEG-400，分析纯)5. 5份。Y -甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570，分析纯)I. I份。无水乙醇(分析纯)43. 3份。冰乙酸(分析纯)调节< O. I份。二甲基硅油(分析纯)0· 5份。将木粉和偶联剂溶液加入高速混合机中混合改性，混合时间为Smin ;温度为60°C ；再将改性木粉和聚乳酸混合，并通过双辊开炼机熔融共混得到预混合物；所述熔融共混温度为175°C ;混炼时间为20min ;所得预混合物在平板硫化仪中模压成型，得到成型样品；所述模压成型的温度为175°C ;压力为IOMPa ;保压时间为Smin ;将所得的成型样品置于超临界CO2发泡釜体中进行溶胀，控制溶胀温度为90°C;溶胀压力为19MPa，溶胀时间为IOOmin ；然后快速卸压，自然冷却至常温，即可得到所述的微发泡聚乳酸/木粉复合材料。以下通过检测证明本发明实施例5的效果，其检测效果如下未发泡木塑复合材料的密度为1.24g/cm3，本发明微发泡木塑复合材料密度为
O.37g/cm3。对比例原料为左旋聚乳酸(PLLA，熔融指数< 2g/10min) 89份。聚乙二醇(PEG-400，分析纯)8. 9份。二甲基硅油(分析纯)I. 7份。将聚乙二醇、聚乳酸和润滑剂混合，通过双辊开炼机熔融共混得到预混合物；所述熔融共混温度为170°C ;混炼时间为20min ;所得预混合物在平板硫化仪中模压成型，得到成型样品；所述模压成型的温度为170°C;压力为IOMPa ;保压时间为Smin ;将所得的成型样品置于超临界CO2发泡釜体中进行溶胀，控制溶胀温度为90°C ;溶胀压力为19MPa，溶胀时间为IOOmin ;然后快速卸压，自然冷却至常温，即可得到所述的微发泡聚乳酸复合材料。以下通过检测证明本发明对比例的效果，其检测效果如下未发泡聚乳酸的密度为I. 14g/cm3,本发明微发泡聚乳酸的密度为O. 85g/cm3。以上结果均说明本发明所得的微发泡木塑复合材料密度较小。·
权利要求
1.一种超临界二氧化碳微发泡聚乳酸/木粉复合材料的制备方法。
2.权利要求I所述微发泡聚乳酸/木粉复合材料，其特征在于所用原料按质量份数组成为聚乳酸20~90份木粉O 30份增韧剂5 IO份有机溶剂O 50份。偶联剂O 2份润滑剂0.5 2份pH调节剂<0.1份
3.权利要求I所述超临界二氧化碳微发泡聚乳酸/木粉复合材料的制备方法，其特征在于 (1)将木粉和偶联剂混合液加入高速混合机中混合改性，混合时间为5 15min、温度为50 70°C ;再将改性木粉、聚乳酸、增韧剂、润滑剂用双辊开炼机熔融共混，得到预混合物，所述熔融共混温度为165 200°C ;混炼时间为10 20min ； (2)将步骤(I)所得预混合物在平板硫化仪中模压成型，得到成型样品；所述模压成型的温度为165 200°C ;压力为8 12MPa ;保压时间为6 IOmin ； (3)将步骤(2)所得的成型样品置于超临界二氧化碳发泡釜体中进行溶胀，控制溶胀温度为80 100°C;溶胀压力为10 30MPa，溶胀时间为100 200min ;快速卸压，卸压速率为7MPa/s以上；自然冷却至常温，即可得到所述的微发泡聚乳酸/木粉复合材料。
全文摘要
一种超临界二氧化碳发泡聚乳酸/木粉复合材料及其制备方法，它涉及了一种微发泡复合材料及其制备方法。针对普通木塑复合材料密度大、冲击强度低，以及其废弃物容易造成环境污染等问题，本发明采用聚乳酸、木粉、偶联剂、增韧剂和润滑剂等原料，先将原料按照一定比例在高速混合机中混合，通过双棍开炼机熔融共混，采用模压成型制备试样，然后以超临界二氧化碳作为发泡剂将试样溶胀，最后采用快速卸压得到微孔聚乳酸/木粉复合材料。本发明的优势在于发泡温度低、保压时间短、泡孔结构易于控制，所制备的微孔复合材料的孔径小、泡孔密度大，将是一种性能优良的绿色环保发泡材料。
文档编号C08L97/02GK102936401SQ20121049531
公开日2013年2月20日 申请日期2012年11月29日 优先权日2012年11月29日
发明者宋丽贤, 卢忠远, 姚妮娜, 张平, 康明, 宋开平 申请人:西南科技大学