一种聚乳酸/微晶纤维素复合发泡片材及其制备方法与流程

[0001]
本发明属于生物基来源可生物降解的材料领域，涉及聚乳酸/微晶纤维素复合材料发泡片材的制备。


背景技术：

[0002]
聚乳酸是一种来源于可再生资源的全生物降解材料。原料乳酸由木薯、玉米、甜菜等发酵而成，制品在丢弃后可在土壤中微生物及水氧的作用下分解成二氧化碳和水，是一种真正意义上的绿色低碳环保材料，可以部分替代石油来源的传统塑料，从根源上解决“白色污染”的问题。聚乳酸本身无毒副作用，无有害物质释放，是一种理想的食品接触安全的包装材料。
[0003]
纤维素是自然界最丰富的可再生而且可生物降解的高分子聚合物，主要来源于植物。微晶纤维素与普通的纤维素相比，具有较大的化学反应活性、较大比表面积、高结晶度和高强度等。
[0004]
cn 107383434 a公开了一种纤维素纳米晶增强的聚乳酸发泡材料的制备方法，是将纤维素纳米晶与聚乳酸共混于有机溶剂中，烘干溶剂，得到纤维素纳米晶/聚乳酸复合材料，再利用超临界二氧化碳发泡的方法，对纤维素纳米晶/聚乳酸复合材料进行超临界二氧化碳发泡。该专利需要使用溶剂，然后烘干溶剂，加工方式复杂、影响环境。
[0005]
cn 109651783a公开了一种微发泡天然纤维增强聚乳酸复合材料及其制备方法 先用天然纤维改性聚乳酸制备天然纤维增强聚乳酸复合材料，然后通过注塑机进行微孔注塑发泡成型；该专利采用的天然纤维和聚乳酸的相容性较差，同时采用注塑机进行发泡成型，生产效率低。


技术实现要素：

[0006]
本发明提供一种聚乳酸/微晶纤维素复合发泡片材的制备方法，实现以下发明目的：制备的复合发泡片材，泡孔稳定性提高，泡孔分布更加均匀；提高抗压性和耐折性。
[0007]
为解决上述技术问题，本发明采取以下技术方案：一种聚乳酸/微晶纤维素复合发泡片材，所述发泡片材，以重量份计，包括以下原料：微晶纤维素5-45份，聚乳酸40-80份，增塑剂2-15份，，成核剂0.3-10份，马来酸酐2-3份，抗水解剂0.2-3份，交联剂0.1-1份。
[0008]
以下是对上述技术方案的进一步改进：所述发泡片材，以重量份计，包括以下原料：微晶纤维素15-34份，聚乳酸54-75份，增塑剂6-9份，成核剂0.3-1份，马来酸酐2-3份，抗水解剂0.2-0.5份，交联剂0.4-0.6份。
[0009]
一种聚乳酸/微晶纤维素复合发泡片材的制备方法，包括干燥、混合、挤出造粒、发泡。
[0010]
所述混合，微晶纤维素、成核剂、马来酸酐、交联剂和抗水解剂先进行预混均匀，得
到预混好的固体粉末，分别加入聚乳酸、增塑剂或者加入聚乳酸和增塑剂的混合物，混合均匀。
[0011]
所述聚乳酸、增塑剂的混合物的制备方法为将把增塑剂加入到聚乳酸颗粒中并搅拌至聚乳酸表面均匀润湿，得到聚乳酸和增塑剂的混合物。
[0012]
所述挤出造粒，螺杆挤出机的转动频率为23-27hz，加工温度为150-190℃。
[0013]
所述挤出造粒，从进料口到挤出口的各区温度分别是：150-160℃、160℃、165℃、170℃、175-185℃、185-190℃、190℃、190℃、175-180℃、165-170℃。
[0014]
所述发泡，造粒后的粒料加入双螺杆挤出机中，加入发泡剂，发泡剂注入量是5-8.5l/h，注入发泡剂的螺杆转动频率为17-25hz。
[0015]
所述双螺杆挤出机，一级挤出机螺杆转动频率24-26hz；加工温度为175-200℃；二级挤出机螺杆转动频率为16-20hz；加工温度为140-185℃。
[0016]
所述一级挤出机从进料口向出料口方向的温度分别为165-175℃、170-180℃、185-190℃、 190-200℃、 190-200℃、 190-200℃、 190-200℃、 190-200℃、190-200℃、 190-200℃；所述二级挤出机从进料口向出料口方向的温度分别为180-185℃、175-180℃、170-175℃、160-165℃、150-155℃、145-150℃、140-145℃、130-140℃。
[0017]
所述干燥，将聚乳酸和微晶纤维素在70-90℃内干燥1-12h；优选为80℃干燥4h。
[0018]
所述增塑剂包括但不限于：柠檬酸三丁酯、柠檬酸三乙酯、柠檬酸、甘油、二甘醇、三醋酸甘油酯、邻苯二甲酸二辛酯、乙二醇、丙二醇、山梨醇、季戊四醇、乙酰柠檬酸三丁酯、环氧大豆油、己二酸丙二醇酯、己二酸二异壬酯、马来酸二辛酯、聚丙二醇、聚乙二醇以及聚乙烯醇中的一种或几多种；优选为聚乙二醇、柠檬酸三丁酯；所述发泡剂包括但不限于：二氧化碳、氮气、氩气、氧气、烷烃、烷烃卤代物、碳酸氢钠、碳酸氢钙、偶氮二甲酰胺、偶氮二异丁氰、偶氮二甲酸二异丙酯；优选为二氟一氯甲烷；所述成核剂包括但不限于：无机成核剂，滑石粉、蒙脱土、二氧化硅、二氧化钛、酰胺类成核剂（例如乙撑双硬脂酰胺ebs、tmc-328或cz500等），酰肼类成核剂（例如tmc-300、chc-300或tmc-306等），有机磷酸盐类成核剂（例如苯基膦酸锌、sanulatertmhk162或sanulatertmhk160等）；优选为tmc-300、滑石粉；所述交联剂包括但不限于1 ,4-丁二醇、1 ,4-丁烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、六次甲基二异氰酸酯、十八烷基异氰酸酯、多亚甲基多苯基多异氰酸酯和二苯基甲烷二异氰酸酯，巴斯夫公司的adr系列，所组成的组中的一种或多种；优选为adr 4370s、joncryl adr 4370s；所述抗水解剂包括但不限于亚磷酸三乙酯、二羟基丙基十八烷酸、聚碳化二亚胺化合物、单碳化二亚胺化合物、双单碳化二亚胺化合物、带环氧基的丙烯酸共聚物中的一种或多种；优选为双(2,6-二异丙基苯基)碳二亚胺。
[0019]
所述加入发泡剂，气体发泡剂采用高压注入的方式加入，固体发泡剂通过粉体加料桶加入，连续生产出聚乳酸发泡片材，发泡倍率5-40倍可调，耐热温度可达130℃。
[0020]
与现有技术相比，本发明取得以下有益效果：（1）本发明制备的聚乳酸/微晶纤维素复合发泡片材，具有良好的抗压、抗弯折性能、保
温性能等，微晶纤维素加入后泡孔稳定性进一步提高，泡孔分布更加均匀，产品成本也进一步降低，成品可以广泛应用于餐具、食品包装、快递包装等领域。
[0021]
（2）本发明制备的聚乳酸/微晶纤维素复合发泡片材，发泡倍率为5-40倍，优选为15-25倍，耐热温度为130℃，拉伸强度（td）为525-820 kpa，拉伸强度（md）为714-968 kpa，断裂伸长率（td）为3.0-5.1%，断裂伸长率（md）为5.6-8.2%；撕裂强度（td）为2.7-4.7 kn/m，撕裂强度（md）为1.9-3.6 kn/m。
[0022]
（3）本发明制备的聚乳酸/微晶纤维素复合发泡片材，抗压性和耐折性好，高度变形率为2.4%。
具体实施方式
[0023]
实施例仅用于对本发明进行说明，并不构成对权利要求范围的限制，本领域技术人员可以想到的其他替代手段，均在本发明权利要求范围内。
[0024]
实施例1一种聚乳酸/微晶纤维素复合发泡片材的制备方法所述发泡片材，以重量份计，包括以下原料组分：所述增塑剂为聚乙二醇；所述成核剂为tmc-300；所述交联剂为adr 4370s；所述抗水解剂为双(2,6-二异丙基苯基)碳二亚胺。
[0025]
所述发泡片材的制备方法，包括以下步骤：（1）干燥将聚乳酸和微晶纤维素分别在80℃干燥4h；（2）表面润湿称取定量的干燥后的聚乳酸和增塑剂，把增塑剂加入到聚乳酸颗粒中并搅拌至聚乳酸表面均匀润湿，得到聚乳酸和增塑剂的混合物；（3）混合将微晶纤维素、成核剂、马来酸酐、交联剂和抗水解剂先进行预混均匀，得到预混物；然后将聚乳酸和增塑剂的混合物和上述预混物在搅拌机中搅拌至混合均匀；（4）挤出造粒通过聚乳酸专用双螺杆挤出机挤出造粒，加工温度在160-190℃，得到聚乳酸/微晶纤维素复合材料的粒料。
[0026]
螺杆挤出机的转动频率是25hz，从进料口到挤出口的各区温度分别是：160℃、160℃、165℃、170℃、175℃、185℃、190℃、190℃、175℃、165℃。
[0027]
（5）发泡将聚乳酸/微晶纤维素复合材料的粒料在80℃干燥4h，经聚乳酸专用一级双螺杆连续挤出发泡设备，聚乳酸/微晶纤维素复合材料通过主进料加入，加入发泡剂，发泡剂的量是
根据目标产品的要求结合实际测试的发泡倍率，通过调节主螺杆和发泡剂注入量的转动频率来决定，一级挤出机加工温度为165-190℃之间，二区挤出机的加工温度为130-180℃，连续生产出聚乳酸发泡片材，得到整卷的发泡片材。
[0028]
所述发泡剂的注入量是5l/h；所述发泡剂为二氟一氯甲烷；所述发泡剂注入量的转动频率为17hz；所述螺杆挤出机，一级挤出机螺杆转动频率25hz，二级挤出机螺杆转动频率是18hz；所述一级挤出机温度分别是（℃）：165、170、185、 190、 190、 190、 190、 190、190、 190；二级挤出机温度分别是（℃）： 180、175、170、160、150、145、140、130；上述温度的顺序都是从进料口向出料口方向。
[0029]
实施例二 一种聚乳酸/微晶纤维素复合发泡片材的制备方法所述发泡片材，以重量份计，包括以下原料组分：所述增塑剂为柠檬酸三丁酯；所述成核剂为滑石粉；所述交联剂为joncryl adr 4370s；所述抗水解剂为双(2,6-二异丙基苯基)碳二亚胺；所述复合发泡片材的制备方法，包括以下步骤：（1）干燥将聚乳酸和微晶纤维素分别在80℃干燥4h。
[0030]
（2）混合再按比例称取一定量的微晶纤维素、成核剂、马来酸酐、交联剂和抗水解剂先进行预混均匀，得到预混好的固体粉末；聚乳酸颗粒通过双螺杆挤出机主进料桶加入，增塑剂通过双螺杆挤出机的液体进料加入，预混好的固体粉末通过双螺杆挤出机的固体辅料加料桶加入。
[0031]
（4）挤出造粒通过聚乳酸专用双螺杆挤出机挤出造粒，得到聚乳酸/微晶纤维素复合材料的粒料。
[0032]
上述聚乳酸颗粒的进料速度为27kg/h；所述增塑剂的进料速度为4kg/h；所述固体辅料的进料速度为19kg/h。
[0033]
所述双螺杆挤出机，从进料口向出料口方向的各区温度分别是：150℃、160℃、165℃、170℃、185℃、190℃、190℃、190℃、180℃、170℃。
[0034]
（5）发泡将聚乳酸/微晶纤维素复合材料的粒料，在80℃干燥4h，经聚乳酸专用二级双螺杆连续挤出发泡设备，聚乳酸/微晶纤维素复合材料通过主进料加入，加入发泡剂，发泡剂的量是根据目标产品的要求结合实际测试的发泡倍率，通过调节主螺杆和发泡剂注入量的转动频
率来决定，一区温度在175-200℃之间，二区温度在140-185℃之间，连续生产出聚乳酸发泡片材，得到整卷的发泡片材。
[0035]
所述发泡剂注入量的转动频率 25hz；所述一级挤出机螺杆转动频率25hz；所述一级挤出机从进料口向出料口方向的温度分别是（℃）：175、180、190、200、200、200、200、200、200、200；所述二级挤出机螺杆转动频率18hz；所述二级挤出机从进料口向出料口方向的温度分别是（℃）： 185、180、175、165、155、150、145、140；上述发泡剂注入量是8.5l/h；所述发泡剂的种类是二氟一氯甲烷。
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上述测试数据是将发泡的片材，通过切割成样条进行测试得出的。
[0037]
上述实施例1和2制备的发泡片材具有泡孔稳定性提高，泡孔分布更加均匀，高抗压性和耐折性的特点。
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采用gb 18006.1-2009第6.9.2节检测耐热性，结果为：无变形、缺陷、渗漏、异常；抗压性能的检测方法为：将试样盒盖打开，开口向下平放在平滑表面上，取大于开口各边10mm、厚3mm的平板玻璃，放置在试样上，加上1.5
±
0.01kg静载荷（包括平板玻璃），用精度为1mm的直尺测量任两对边中点取平均值为原始高度，然后加上2
±
0.01kg砝码在30s内于同两点测得的高度平均值为试样受压高度，同时观察试样是否破裂。
[0039]
按以下公式计算高度变形率：；式中：w为整体受压高度变形，%；h0为试样原始高度，mm；h为试样受压高度，mm。
[0040]
按照上述方法，检测抗压性，抗压性能检测结果为：高度变形率为2.4%，样品未破裂；耐折性的检验方法为：将试样开合25次，开合角度为180度，观察盒体与盒盖之间折线处有无断裂，检测结果为：无断裂。