一种全生物降解耐热聚乳酸发泡材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及耐热聚乳酸材料及其制备技术领域，具体设及一种全生物降解耐热聚 乳酸发泡材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 随着全球经济快速发展，塑料已经渗透到国民经济的各个领域。但是，现用的绝大 部分塑料均来源于石油，大大加剧了 "石油资源短缺"问题。另外，由于石油基塑料具有不 可降解性，特别是一次性石油基发泡餐盒，具有生产量大和体积大的特点，造成严重的"白 色污染"。不能回收的石油基塑料的处理手段主要为焚烧，运会大大加剧溫室效应及雾靈天 气。随着石油资源短缺、白色污染、溫室效应和雾靈天气逐渐严峻，生物基可降解高分子材 料逐步受到人们的关注。因此，符合低碳环保绿色经济发展需求的环境友好生物基高分子 材料具有广阔的发展空间，势必将逐步替代不可降解石油基高分子材料。聚乳酸（PLA)被 企业界认为最具产业化前景的环境友好高分子材料。
[0003] 运主要是由于聚乳酸来源于玉米等生物质资源从而具备可再生性，并具有优异的 生物降解性能W及类似聚苯乙締的机械性能。但是，耐热性差和价格高是限制聚乳酸大规 模产业化应用的关键因素。聚乳酸发泡产品可W有效的降低其密度，从而可W有效的降低 其单个产品重量，进而攻克其价格高的缺陷。耐热聚乳酸发泡材料在一次性餐盒、快餐盒及 汉堡盒、方便面碗及包装领域具有广阔的应用市场。因此，耐热聚乳酸发泡产品的工业化生 产，对实现大规模取代PS基发泡餐盒具有重要的意义。
[0004] 但是，聚乳酸是半结晶型聚合物，本身具有结晶速度慢、耐热性差（仅为55°C左 右）、烙体强度低、加工窗口窄的缺陷，导致现有的发泡技术及工艺并不适用于聚乳酸发泡。 针对上述PLA发泡难题，现有解决方案主要包括加入纳米粒子改善其发泡性能、采用扩链 剂增大分子量和改变工艺条件等。运些技术方案可W在一定程度上改善PLA发泡性能，但 是基本上仍处于实验阶段。专利CN101362833B、CN102321269B及CN104140659A等公开了 聚乳酸模压发泡或者反应蓋等间歇式发泡技术，成型工艺复杂，成型周期长，不利于工业化 生产。CN103819885A公开了一种聚乳酸发泡材料及其制备方法，但是通过复合聚乙締或聚 丙締等石油基塑料，大大的牺牲了聚乳酸的生物来源性及生物降解性的优势，仍不能彻底 解决其石油依赖性及白色污染危害。美国专利US20080262118和US20110263732等利用复 合D-构型PLA制备了聚乳酸发泡材料，但是泡沫尺寸较大，开孔率高，发泡工艺精度高，成 本高，难W实现工业化生产。
【发明内容】
阳0化]为攻克耐热聚乳酸连续发泡难题，本发明提供了一种全生物降解耐热聚乳酸发泡 材料及其制备方法，发泡倍率高，泡孔尺寸均匀，开孔率低，工艺溫和，制备简单，
[0006] 一种全生物降解耐热聚乳酸发泡材料，由W下重量百分比的原料制成：
[0007] 聚乳酸 90%~95%; 聚己二酸/对苯二甲酸T二醋 1%~5%; 扩链剂 0.1 %~3%; 成核剂 0.1 %~5%; 助发泡剂 0.1〇/〇~3%。
[0008] 所述的聚乳酸为市售通用牌号，包括美国化化reworks的4032D和2002D等。
[0009] 所述的聚己二酸/对苯二甲酸下二醋（PBAT树脂）可采用市售通用牌号，如己斯 夫Ecoflex系列及蠢富药业Biocosafe系列等。
[0010] 所述的扩链剂可采用己斯夫公司生产的扩链剂ADR4368C和己斯夫公司生产的扩 链剂ADR4370等。
[0011] 所述的成核剂为乙撑双-12-径基硬脂酷胺巧BH)、纳米有机蒙脱±、滑石粉等中 的一种或两种W上（包括两种）。进一步优选，所述的成核剂为乙撑双-12-径基硬脂酷胺 (邸H)和纳米有机蒙脱±的混合物或者乙撑双-12-径基硬脂酷胺巧BH)和滑石粉的混合 物。所述的滑石粉的粒径为4000~6000目。所述的乙撑双-12-径基硬脂酷胺巧BH)和 纳米有机蒙脱上的质量比为1 :1. 5~2. 5,所述的乙撑双-12-径基硬脂酷胺巧BH)和滑石 粉的质量比为1 :1. 5~2. 5。复配的成核剂能够起到协同作用，具有更好的发泡成核效果。
[0012] 所述的助发泡剂为聚氧乙締失水山梨醇脂肪酸醋、失水山梨脂肪酸醋、藍麻油聚 氧乙締酸、月桂酸单甘油醋等中的一种或两种W上。
[0013] 作为优选，所述的全生物降解耐热聚乳酸发泡材料，由W下重量百分比的原料制 成：
[0014] 聚乳酸 91 %~93%; 聚己二酸/对苯二甲酸下二鑑 3%~5%; 扩链剂 0.5%~1.5%; 成核剂 1.5%~3%; 助发泡剂 0.5%~3%。
[0015] 最优选地，所述的全生物降解耐热聚乳酸发泡材料，由W下重量百分比的原料制 成：
[0016] 聚乳酸 91%~92%; 聚己二酸/对苯二甲酸下二醋 3%; 扩链剂 1%; 成核剂 3%； 助发泡剂 1%~2%;
[0017] 所述的成核剂为乙撑双-12-径基硬脂酷胺巧BH)和滑石粉的混合物，所述的滑石 粉的粒径为5000目，乙撑双-12-径基硬脂酷胺的重量百分含量为I %，滑石粉的重量百分 含量为2% ;
[0018] 所述的助发泡剂为聚氧乙締失水山梨醇脂肪酸醋。
[0019] 从实施例4、5可W看出，上述的重量百分含量的组分具有更加优异的发泡性能， 具体表现在泡孔尺寸更均匀、闭孔率更高。
[0020] 本发明还提供了一种全生物降解耐热聚乳酸发泡材料的制备方法，过程简单、易 于控制、可操作性强、可连续生产、易于工业化实施。
[0021] 一种全生物降解耐热聚乳酸发泡材料的制备方法，包括W下步骤：
[0022] 利用高速混合机在100°C~110°C (优选105°C )下将聚乳酸干燥处理20~ 40min(优选30min)，冷却后加入其他组分，并混合均匀，得到混合后的物料；再将混合后的 物料加入至双螺杆挤出机中烙融共混后拉条、风冷、切粒，得到全生物降解耐热聚乳酸发泡 材料。
[0023] 所述的双螺杆挤出机的螺杆长径比为35:1~45:1 ;所述的烙融共混的溫度为 17(TC ~18(TC。
[0024] 所述的全生物降解耐热聚乳酸发泡材料，具有结晶速率快、耐热性好、加工窗口宽 等优点，并且保持了其本身的全生物降解优势。另外，利用双螺杆连续挤出，采用二氧化碳 发泡技术，制备的耐热聚乳酸发泡片材具有泡孔尺寸均匀、闭孔率高的优势。
[00巧]与现有技术相比，本发明具有如下优点：
[00%] 本发明通过添加扩链剂，大大的提高了聚乳酸的分子量及分子链长度，从而提高 聚乳酸的烙体强度和拓宽聚乳酸的加工窗口，彻底突破烙体强度低和加工窗口窄对聚乳酸 材料发泡的限制。
[0027] 现有技术制备的聚乳酸发泡材料存在发泡率低、泡孔尺寸不均匀和开孔率高的缺 陷，运不要是由于聚乳酸泡孔成长失控导致的。通过大量助发泡剂的筛选，最终获得一种对 聚乳酸发泡具有稳定作用的助剂，从而实现聚乳酸泡孔成长的可控性，最终获得聚乳酸发 泡材料具有泡孔尺寸均匀、闭孔率高的优势。运主要是由于，此类助发泡剂可W有效的改善 聚乳酸与超临界二氧化碳界面的亲和性，实现聚乳酸泡孔的稳定成长，从而克服了聚乳酸 泡孔尺寸不均匀和开孔率高的难题。
[0028] 本发明制备的耐热聚乳酸发泡材料，利用超临界二氧化碳发泡技术，可实现双螺 杆连续发泡，制备的吸塑产品耐热溫度达110°c及W上，对实现大规模替代PS等发泡材料 具有重要的意义。本发明公开的耐热聚乳酸发泡材料在一次性餐盒、快餐盒及汉堡盒、方便 面碗及包装领域具有广阔的应用市场，对实现大规模取代PS等石油基塑料发泡产品具有 重要的意义。
[0029] 本发明所述的耐热聚乳酸发泡材料保持了聚乳酸的全生物降解的优势，完全符合 美国ASTM D6400及欧盟EN13432降解认证标准，并且通过了 BPI、抑A、SGS等权威部口认 证。
【具体实施方式】
[0030] W下实施例和对比例进一步描述本发明，但本发明并不限于运些实施例。 阳0川实施例1
[0032] 称取W下重量的原料：
[0033]聚乳酸（美国化Uireworks 的 40320)92. 5Kg，PBAT 树脂度iocosafe2003,亿帆蠢 富药业股份有限公司）3Kg，扩链剂（ADR4370,己斯夫股份公司）化g，成核剂巧肌，苏州联胜 化学有限公司，Ikg ;滑石粉，5000目，丹东天赐阻燃材料科技有限公司，2kg)，助发泡剂（聚 氧乙締失水山梨醇脂肪酸