一种泡孔均匀高缓冲聚乳酸发泡材料的制备方法
【专利说明】
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技术领域
[0002] 本发明涉及一种聚乳酸发泡材料的制备方法，尤其涉及一种具有均匀泡孔结构， 高发泡倍率的高缓冲性的聚乳酸发泡材料的制备方法。
[0003]
【背景技术】
[0004] 塑料材料虽然拥有较优异的性能和广泛的适用性，但其来源于石油产品且无法降 解，在资源危机和环境污染越发严重的今天，寻找性能优良且可再生的替代材料则成为目 前材料领域研究的重中之重。在缓冲包装领域，聚苯乙烯发泡材料（EPS)因其优良的成型能 力，发泡倍数和缓冲性能占据了缓冲包装材料的大部分份额。而聚乙烯发泡材料（EPE)虽然 其缓冲性一般，但成本低廉，也被广泛应用于对缓冲性要求低的包装领域。但随着人们环保 意识的增强，由塑料的非降解性所带来的"白色污染"已经成为日益严峻的问题，因发泡塑 料如聚苯乙烯不易腐烂分解，燃烧时会散发有害气体、造成环境污染且用于聚苯乙烯发泡 剂的氟氯碳化物（CFC8)会破坏大气臭氧层，危害生物，在欧洲及美国部分地区，已明令禁 止使用EPS。找到一种制备工艺简单，性能优良，环境友好的发泡塑料替代材料及其可工业 化的发泡成型的方法则成为材料科学领域的一大课题。在国内外，一些研究者在此领域进 行了探索研究，但在工艺实现及材料的性能方面仍存在较大缺陷，如只可采用部分可降解 材料制备发泡塑料，降解后仍存在破碎的塑料颗粒；全降解发泡材料发泡倍率不足，在高发 泡倍率后成型能力差，缓冲性差，且成型困难等。而一般的可降解发泡材料由于大量淀粉的 使用，还导致易吸水，即容易造成霉变也容易导致力学性能的大幅下降。如可找到一种具有 良好力学性能，且具有优异阻隔性和防水性的环保发泡材料，无疑将具有巨大的市场潜力。
[0005] 在目前的可降解材料中，淀粉因其便宜的价格和广泛的来源已被深入研究并通过 改性与复合制备了多种生活与工业用品，如淀粉基膜、淀粉餐具等。但淀粉有其天然的缺 陷，它的力学性能差，性能不稳定，只能运用于对力学性能要求低的领域。而聚乳酸的出现 改变了这一现状。聚乳酸（PLA)是脂肪族聚酯，以乳酸（2-羟基丙酸)为基本结构单元。PLA 可通过发酵玉米等天然原料制得，也可采用乳酸缩聚制得。PLA及其终端产品可在堆肥条 件下自然分解成为C02和水，降低了固体废弃物排放量，是一种绿色环保的生物来源材料。 PLA具有类似于聚苯乙烯的力学特性，弯曲模量和拉伸强度较好，但热稳定性和抗冲击性能 差，在热成型加工过程中存在熔体黏度低的缺陷，限制了它的应用。在改善了这些缺点后， PLA将可有望作为塑料材料的最佳替代品可被运用于工业、民用领域。在PLA的应用中，通 常在采用不同物质如淀粉、聚己内酯、EVA等增韧后以替代普通塑料。而聚乳酸由于其特性， 如可作为发泡材料也极具前景。在此类研究中，CN1544525公布了一种可生物降解的聚乳 酸泡沫塑料制备方法，即在发泡过程中加入过氧化物交联聚乳酸，CN103642185A公布了一 种聚乳酸泡沫材料及其制备方法，此专利采用水为发泡剂，加入了少量成核剂，通过水发泡 来实现材料的环保性。CN103242632A也公布了采用加入交联剂、成核剂来实现聚乳酸发泡 的技术。CN1600814公布了一种聚乳酸、脂肪族一芳香族聚酯的共聚物、成核剂、内滑剂与外 滑剂混合后的发泡技术。
[0006] 但总体而言，对于聚乳酸发泡材料而言，其泡孔大小难以控制，发泡倍率仍较低， 从而导致其缓冲性较差，严重影响了此类环保材料的应用。如何得到具有良好发泡倍率且 泡孔均匀的聚乳酸发泡材料，仍然是需要解决的问题。
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【发明内容】
本发明的目的是为了克服现有聚乳酸发泡材料泡孔不均匀，发泡倍率低，缓冲性能差 的缺陷，提供一种具有良好发泡倍率且泡孔均匀的具有优异缓冲特性的聚乳酸发泡材料的 制备方法。
[0008] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的： 一种泡孔均匀高缓冲聚乳酸发泡材料的制备方法，该发泡材料由主料和辅料加工而 成，主料中包括聚乳酸，EVA弹性体、醋酸丙酸纤维素、酯化改性纳米纤维素、聚乳酸接枝马 来酸酐、明胶；辅料包括抗氧剂、塑化剂、抗紫外线剂。按聚乳酸质量为100份计算，在主料 中，EVA弹性体为20-35份、醋酸丙酸纤维素为8-15份、醋酸酯化改性纳米纤维素为3-6份、 聚乳酸接枝马来酸酐4-8份、明胶3-6份。辅料中，抗氧剂、塑化剂、抗紫外线剂均介于2-4 份之间。
[0009] 进一步，所述聚乳酸为聚L-乳酸，聚D-乳酸、或聚L、聚D-乳酸组合物，其相对分 子量为 80000 -600000,优选的，选择 120000-200000。
[0010] 进一步，所述醋酸酯化纳米纤维素为一醋酸酯化纳米纤维素、二醋酸酯化纳米纤 维素、三醋酸酯化纳米纤维素中的一种或几种混合，醋酸酯化纳米纤维素长度介于50-500 rim之间，长径比介于10 :1-5 :1之间。其制备可采用将纤维素通过机械处理或水解纳米化 后，以酸酐为酯化剂进行酯化从而将酯基接入纳米纤维素表面。
[0011] 进一步，所述一醋酸酯化纳米纤维素的乙酰取代度介于0-1之间、二醋酸酯化纳 米纤维素的乙酰取代度介于1-2之间、三醋酸酯化纳米纤维素的乙酰取代度介于2-3之间。
[0012] 进一步，所述醋酸丙酸纤维素为以纤维素为原料，通过均相或非均相反应以醋酸 酐、丙酸酐为酯化剂，以硫酸为催化剂酯化反应制备得到，乙酰基取代度介于〇. 8-1. 3之 间，丙酰基取代度介于〇. 5-1. 5之间。
[0013] 进一步，所述聚乳酸接枝马来酸酐的接枝度介于0. 8%-1. 6%之间。
[0014] 进一步，所述明胶为工业明胶颗粒，其粒径为0.5-1. 5mm，优选骨明胶。
[0015] 进一步，所述抗氧剂为抗氧剂264,BHT，168,1010中的一种或几种。
[0016] 进一步，所述塑化剂为脂肪族二元酸酯类或苯二甲酸酯类塑化剂。
[0017] 进一步，所述抗紫外线剂为UV531，UV-2908,UV477中的一种或几种组合。
[0018] 进一步，所述一种泡孔均匀高缓冲聚乳酸发泡材料，其加工方法为： (1) 物料的干燥：将包括聚乳酸，、醋酸丙酸纤维素、酯化改性纳米纤维素、聚乳酸接枝 马来酸酐、明胶，于真空干燥箱内60度下干燥6-8小时，压力低于0.OIMPa，备用； (2) 物料的预混：将所有原料于高速共混机中50度下共混3-5分钟，共混机转速为 50-100rad/min，后与挤出切粒。挤出温度为190-210度，停留时间为1. 5-2. 5分钟，挤出螺 杆转速为200rad/min; (3)物料的发泡：将（2)中制备的颗粒放入高压釜中，充入C02气体，保持高压釜一定 温度及压力，12小时后，迅速卸压释放C02，后取出样品，放入容器中通入-40度液氮速冷 0. 5-1分钟，放入室温中放置24小时，得到产品。
[0019] 进一步，所述高压爸内的压力介于25_45Mpa之间，温度介于100-140度之间，卸压 速率介于l〇_18Mpa/s之间。
【附图说明】
[0020] 图1为实施例1制备聚乳酸发泡材料的泡孔结构。
[0021 ] 图2为实施例2制备聚乳酸发泡材料的泡孔结构。
【具体实施方式】
[0022] 以下将详细描述本发明的示例性实施方法。但这些实施方法仅为示范性目的，而 本发明不限于此。
[0023] 具体实施例1 一种泡孔均匀高缓冲聚乳酸发泡材料的制备方法，该发泡材料由主料和辅料加工而 成，主料包括聚乳酸，EVA弹性体