专利名称：一种吸塑用聚乳酸泡沫塑料片材及其制备方法
技术领域：
本发明属工程塑料技术领域，具体涉及一种聚乳酸泡沫塑料特别是吸塑用聚乳酸泡沫塑料片材及其制备方法。
背景技术：
进入21世纪以来，保护地球环境，构筑资源循环型社会，走可持续发展道路，已成为世界关注热点和紧迫任务。生物降解塑料通过产品整个生命周期分析，已确认为环境低负荷材料。另外，相当一部份生物降解塑料的主要原料是来自可年年再生的农业资源，作为有限的、日渐减少、日趋枯竭的不可再生的石油资源的补充替代，也已成为全球瞩目的发展趋势。因此，生物降解塑料已成为全球研究开发热点。
聚乳酸(PLA)也称为聚丙交酯，属于聚酯家族。作为新型可完全降解塑料，它受到越来越多国家、企业的关注。聚乳酸是以乳酸为主要原料聚合得到的聚合物，原料来源充分而且可以再生。聚乳酸可经由水解反应以及微生物分解作用而完全分解成二氧化碳和水，其在大气环境下、在含微生物的土壤或水中、在垃圾掩埋场中以及在堆肥中所需的分解时间分别为3-5年、2-3年、2-4月以及1-4周。聚乳酸的生产过程无污染，而且产品可以生物降解，实现在自然界中的循环，因此是理想的绿色高分子材料。
但是，由于聚乳酸生产成本过高的限制，它作为降解塑料使用起步较晚。近年来，由于环保要求和石油资源的短缺，使得人们对聚乳酸倍加重视，开始了聚乳酸产品的探索开发。目前，在市场上存在许多以聚乙烯、聚苯乙烯，大都以聚氨酯为原料制得的泡沫塑料吸塑产品，它们具有质轻、省料、热导率低、隔热性能好、吸收冲击载荷等性能，在包装行业发挥着巨大作用。然而，这些泡沫塑料被使用以后，很难回收处理再次循环使用，丢弃到环境中，不能与环境同化，对环境造成巨大危害。聚乳酸泡沫塑料的开发，不仅可以有效解决上述问题，而且降低了聚乳酸制品的成本。
由于PLA延伸性优，但脆性大，原有的一些聚乳酸发泡工艺存在一些不足。Sterzel等人采用在聚乳酸中混入物理发泡剂的方法制备聚乳酸结构泡沫塑料(美国专利5348983，1994)，但是要把聚乳酸制成粒径较小的粒子后才能发泡。Kameoka等人采用混入化学发泡剂和物理发泡剂直接挤出的方法制备聚乳酸泡沫塑料(美国专利5763098，1998)，但性脆，耐冲击性不好。
发明内容
本发明的目的是提供一种工艺要求低、耐冲击性能好的可降解吸塑用聚乳酸泡沫塑料片材及其制备方法。
本发明提出的一种吸塑用聚乳酸泡沫塑料片材，由挤出机直接挤出，发泡定型而制备获得，其原料组分按重量配比如下聚乳酸树脂100，扩链剂0.2-2，成核剂0.1-5，发泡剂0.3-2.5，增韧剂0.5-15，抗氧剂0.1-1，增强剂0.5-5。
本发明中，所述泡沫塑料片材的表观密度为0.40g/cm3-1.0g/cm3之间。
本发明中，所述的树脂为左旋光或者消旋光性聚乳酸树脂，数均分子量在3-15万之间，分子量分布为1-2，结晶度在20-60％。
本发明中，所述的扩链剂是丁二醇、甲苯二异氰酸酯(TDI)、苯二甲撑二异氰酸酯(XDI)、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)中1种或几种的混合物。
本发明中，所述的成核剂是蒙脱土、滑石粉、碳酸钙、碳酸镁、二氧化钛、陶土、云母中1种或几种混合物构成。所述蒙脱土为蒙皂石粘土(包括钙基、钠基、钠-钙基、镁基蒙粘土)经剥片分散、提纯改型、超细分级、有机复合而成，平均晶片厚度小于25nm，蒙脱石含量大于95％。
本发明中，所述发泡剂为AC发泡剂，分解温度在140℃-190℃之间。
本发明中，所述增韧剂为聚乙二醇(PEG)，数均分子量为1000～20000之间，可选用PEG4000，PEG6000中1种或2种混合物。
本发明中，所述抗氧剂为邻苯二酚和对苯二酚中1种或2种混合物。
本发明中，所述增强剂为甲基纤维素或乙基纤维素中1种或2种混合物成。
本发明提出的吸塑用聚乳酸泡沫塑料片材的制备方法，具体步骤如下(1)按计量将聚乳酸、成核剂、扩链剂、抗氧剂混合均匀，用挤出机挤出制成母料，冷却切粒；(2)按计量将母料、发泡剂均匀混合，用挤出机挤出发泡，挤出过程中向挤出机中注入增韧剂和增强剂，挤出机的温度控制在160-220℃之间，挤出得泡沫，冷却；(3)单向拉伸，定型，切割，展平，卷取，包装。
本发明制备的吸塑用聚乳酸泡沫塑料片材，它是闭孔式泡沫结构，是利用直接挤出过程后单向拉伸定型后得到的。利用此种片材吸塑制备的产品，使用废弃后可自动降解，降解产物对环境友好。本发明生产工艺先进，产品性能良好，原料来源广泛，性价比高。吸塑后产品可用于制作化妆品瓶、农药瓶、饮料瓶、食品包装容器、餐饮具、托盘、真空成型品等，应用十分广泛。原料来源广泛，性价比高，吸塑后产品可用于制作化妆品瓶、农药瓶、饮料瓶、食品包装容器、餐饮具、托盘、真空成型品等，应用十分广泛。
以下将通过本发明的实例来进一步详细的说明本发明。在实例中，除非另外指明分数和百分比均以重量计。但是不发明并不局限于这些实例。
具体实施例方式
有必要指出下列实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术熟练人员可根据上述内容对本发明做一些非实质性改进和调整。
实施例1将有聚乳酸树脂(上海同杰良生物材料有限公司，数均分子量3-15万)100重量份和扩链剂甲苯二异氰酸酯0.5重量份、成核剂蒙脱土(钠基)2重量份、抗氧剂对苯二酚0.5重量份组成的原料混合均匀，加入到挤出机中进行挤出，挤出机温度为160-200℃，主机转速为850rpm，螺杆的转速为30rpm，制得母料冷却切粒。将母料、发泡剂0.3重量份均匀混合加入到挤出机中进行挤出发泡，挤出温度以及主机转速、螺杆转速同上，挤出过程中通过计量泵加入增韧剂聚乙二醇(PEG4000)2重量份，甲基纤维素0.5重量份。挤出得泡沫，冷却，单向拉伸、定型、切割、展平、牵引后卷取。拉伸比率为5％，牵引速度为28rpm，所得产品规格为厚度3mm，宽度800mm。将片材制成标准样条(140mm×10mm×4mm)，于恒温、恒湿的条件下，拉伸速度为5.0/(mm/min)，测得的拉伸强度为30Mpa，断裂伸长率为5％。片材表观密度为0.75g/cm3。生物降解试验证实，可以完全降解。
实施例2将有聚乳酸树脂(上海同杰良生物材料有限公司，数均分子量3-15万)100重量份，扩链剂甲苯二异氰酸酯0.5重量份、成核剂蒙脱土(钠基)4重量份，抗氧剂邻苯二酚0.5重量份组成的原料混合均匀，加入到挤出机中进行挤出，挤出机温度为180-220℃，主机转速为850rpm，螺杆的转速为30rpm，制得母料，冷却切粒。将母料、发泡剂0.5重量份均匀混合加入到挤出机中进行挤出发泡，挤出温度以及主机转速、螺杆转速同上，挤出过程中通过计量泵加入聚乙二醇(PEG4000)2.5重量份，聚乙二醇(PEG6000)2.5重量份，甲基纤维素1重量份。挤出得泡沫经冷却、单向拉伸、定型、切割、展平、牵引后卷取。拉伸比率为5％，牵引速度为30rpm，所得产品规格为厚度2.8mm，宽度800mm。将片材制成标准样条(140mm×10mm×4mm)，于恒温、恒湿的条件下，拉伸速度为5.0/(mm/min)，测得的拉伸强度为28Mpa，断裂伸长率为5.6％。片材表观密度为0.71g/cm3。生物降解试验证实，可以完全降解。
实施例3将有聚乳酸树脂(上海同杰良生物材料有限公司，数均分子量3-15万)100重量份，扩链剂甲苯二异氰酸酯0.5重量份、苯二甲撑二异氰酸酯0.5重量份，成核剂蒙脱土(钠基)5重量份，抗氧剂邻苯二酚0.5重量份和对苯二酚0.5重量份组成的原料混合均匀，加入到挤出机中进行挤出，挤出机温度为170-210℃，主机转速为850rpm，螺杆的转速为30rpm，制得母料，冷却切粒。将母料、发泡剂0.7重量份均匀混合加入到挤出机中进行挤出发泡，挤出温度以及主机转速、螺杆转速同上，挤出过程中通过计量泵加入增韧剂聚乙二醇(PEG4000)5重量份、聚乙二醇(PEG6000)5重量份，增强剂甲基纤维素1.5重量份。挤出得泡沫，冷却，单向拉伸、定型、切割、展平、牵引后卷取。拉伸比率为5％，牵引速度为35rpm，所得产品规格为厚度2.5mm，宽度800mm。将片材制成标准样条(140mm×10mm×4mm)，于恒温、恒湿的条件下，拉伸速度为5.0/(mm/min)，测得的拉伸强度为25Mpa，断裂伸长率为6.2％。片材表观密度为0.67g/cm3。生物降解试验证实，可以完全降解。
实施例4将有聚乳酸树脂(上海同杰良生物材料有限公司，数均分子量3-15万)100重量份和扩链剂苯二甲撑二异氰酸酯0.5重量份、二苯基甲烷二异氰酸酯0.5重量份，成核剂滑石粉5重量份，抗氧剂对苯二酚1重量份组成的原料混合均匀，加入到挤出机中进行挤出，挤出机温度为160-210℃，主机转速为1000rpm，螺杆的转速为40rpm，制得母料，冷却切粒。将母料、发泡剂1.0重量份均匀混合加入到挤出机中进行挤出发泡，挤出温度以及主机转速、螺杆转速同上，挤出过程中通过计量泵加入增韧剂聚乙二醇(PEG4000)7.5重量份、聚乙二醇(PEG6000)2.5重量份，增强剂甲基纤维素1.5重量份。挤出得泡沫，冷却，单向拉伸、定型、切割、展平、牵引后卷取。拉伸比率为5％，牵引速度为35rpm，所得产品规格为厚度2.7mm，宽度800mm。将片材制成标准样条(140mm×10mm×4mm)，于恒温、恒湿的条件下，拉伸速度为5.0/(mm/min)，测得的拉伸强度为22Mpa，断裂伸长率为6.7％。片材表观密度为0.61g/cm3。生物降解试验证实，可以完全降解。
实施例5将有聚乳酸树脂(上海同杰良生物材料有限公司，数均分子量3-15万)100重量份和扩链剂甲苯二异氰酸酯1重量份、二苯基甲烷二异氰酸酯1重量份，成核剂蒙脱土7.5(钠基)重量份、抗氧剂对苯二酚1重量份组成的原料混合均匀，加入到挤出机中进行挤出，挤出机温度为160-200℃，主机转速为1000rpm，螺杆的转速为40rpm，制得母料，冷却切粒。将母料、发泡剂1.5重量份均匀混合加入到挤出机中进行挤出发泡，挤出温度以及主机转速、螺杆转速同上，挤出过程中通过计量泵加入增韧剂聚乙二醇(PEG4000)10重量份、聚乙二醇(PEG6000)5重量份，甲基纤维素3重量份。挤出得泡沫，冷却，单向拉伸、定型、切割、展平、牵引后卷取。拉伸比率为5％，牵引速度为40rpm，所得产品规格为厚度2.3mm，宽度800mm。将片材制成标准样条(140mm×10mm×4mm)，于恒温、恒湿的条件下，拉伸速度为5.0/(mm/min)，测得的拉伸强度为23Mpa，断裂伸长率为5.9％。片材表观密度为0.55g/cm3。生物降解试验证实，可以完全降解。
实施例6将有聚乳酸树脂(上海同杰良生物材料有限公司，数均分子量3-15万)100重量份和扩链剂二苯基甲烷二异氰酸酯1重量份，成核剂蒙脱土(钠基)5重量份、抗氧剂对苯二酚1重量份组成的原料混合均匀，加入到挤出机中进行挤出，挤出机温度为180-220℃，主机转速为850rpm，螺杆的转速为30rpm，制得母料，冷却切粒。将母料、发泡剂0.5重量份均匀混合加入到挤出机中进行挤出发泡，挤出温度以及主机转速、螺杆转速同上，挤出过程中通过计量泵加入增韧剂聚乙二醇(PEG4000)15重量份，增强剂乙基纤维素5重量份。挤出得泡沫，冷却，单向拉伸、定型、切割、展平、牵引后卷取。拉伸比率为5％，牵引速度为28rpm，所得产品规格为厚度2.8mm，宽度800mm。将片材制成标准样条(140mm×10mm×4mm)，于恒温、恒湿的条件下，拉伸速度为5.0/(mm/min)，测得的拉伸强度为17Mpa，断裂伸长率为7.5％。片材表观密度为0.66g/cm3。生物降解试验证实，可以完全降解。
权利要求
1.一种吸塑用聚乳酸泡沫塑料片材，其特征在于由挤出机直接挤出，发泡定型而制备获得，其原料组分按重量配比如下聚乳酸树脂100，扩链剂0.2-2，成核剂0.1-5，发泡剂0.3-2.5，增韧剂0.5-15，增强剂0.5-5，抗氧剂0.1-1；该泡沫塑料片材的表观密度为0.40g/cm3-1.0g/cm3之间。
2.根据权利要求1所述的吸塑用聚乳酸泡沫塑料片材，其特征在于所述的树脂为左旋光或者消旋光性聚乳酸树脂，数均分子量3-15万之间，分子量分布为1-2，结晶度在20-60％。
3.根据权利要求1所述的吸塑用聚乳酸泡沫塑料片材，其特征在于所述的扩链剂是丁二醇、甲苯二异氰酸酯、苯二甲撑二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯中1种或几种的混合物。
4.根据权利要求1所述的吸塑用聚乳酸泡沫塑料片材，其特征在于所述的成核剂是由蒙脱土、滑石粉、碳酸钙、碳酸镁、二氧化钛、陶土、云母中1种或几种混合物构成。
5.根据权利要求4所述的蒙脱土为蒙皂石粘土经剥片分散、提纯改型、超细分级、有机复合而成，平均晶片厚度小于25nm，蒙脱石含量大于95％。
6.根据权利要求1所述的吸塑用聚乳酸泡沫塑料片材，其特征在于所述发泡剂为AC发泡剂，分解温度在140℃-190℃之间。
7.根据权利要求1所述的吸塑用聚乳酸泡沫塑料片材，其特征在于所述增韧剂为聚乙二醇，数均分子量为1000-20000之间，聚乙二醇的加入可有效改善聚乳酸泡沫片材的韧性。
8.根据权利要求1所述的吸塑用聚乳酸泡沫塑料片材，其特征在于所述抗氧剂为邻苯二酚和对苯二酚中1种或2种混合物。
9.根据权利要求1所述的吸塑用聚乳酸泡沫塑料片材，其特征在于所述增强剂为甲基纤维素或乙基纤维素中1种或2种混合物。
10.一种如权利要求1所述的吸塑用聚乳酸泡沫塑料片材的制备方法，其特征在于具体步骤如下(1)按计量将聚乳酸、成核剂、扩链剂、抗氧剂混合均匀，用挤出机挤出制成母料，冷却切粒；(2)按计量将母料、发泡剂均匀混合，用挤出机挤出发泡，挤出过程中向挤出机中注入增韧剂和增强剂，挤出机的温度控制在160-220℃之间，挤出得泡沫，冷却；(3)单向拉伸，定型，切割，展平，卷取，包装。
全文摘要
本发明涉及聚乳酸泡沫塑料，特别是吸塑用聚乳酸泡沫塑料片材及其制备方法。该材料的原料组分按重量计为聚乳酸树脂100份，扩链剂0.2－2份，成核剂0.1－5份，发泡剂0.3－2.5份，增韧剂0.5－15份，抗氧剂0.1－1份，增强剂0.5－5份。制备方法是将未添加发泡剂的混料通过直接挤出制成母料，然后在母料中添加发泡剂后通过直接挤出，将挤出料单向拉伸，定型，分切，展平，卷取，包装。本发明直接挤出吸塑用聚乳酸泡沫塑料片材，生产工艺先进，产品力学性能以及阻隔性能良好，可生物降解，不会污染环境，且产品原料来源广泛，性价比高，吸塑后产品可用于制作化妆品瓶、农药瓶、饮料瓶、食品包装容器、餐饮具、托盘、真空成型品等，应用十分广泛。
文档编号C08J9/00GK1958668SQ200610117069
公开日2007年5月9日 申请日期2006年10月12日 优先权日2006年10月12日
发明者任杰, 刘智勇, 袁华 申请人:同济大学