本发明属于高分子技术领域，具体涉及一种聚乳酸硬质泡沫。
背景技术：
目前，墙纸的种类有很多，比较常见的有：纯纸墙纸、聚氯乙烯(pvc)墙纸、聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)墙纸、无纺布墙纸等。纯纸墙纸表面多为发泡或半发泡型，单平米的比重相对比较轻，但其韧性与耐水性相对比较弱。pvc壁纸的装饰效果好，使用寿命长、易维修保养，但其透气性较差，使得墙面的相对湿度较大，而潮湿环境对墙面的损害较大，并且pvc墙纸在高温下易产生单体氯乙烯与致癌物质己二酸酯(deha)，危害人体健康。面对日益严峻的白色污染，pvc和pet墙纸的不可降解性也逐渐受到人们的广泛关注。
随着科学技术和现代工业的发展，人们对墙面装修提出了更高的要求，墙纸除了起到美化墙面，增强墙体的坚固性、耐久性，还需要改善墙体的使用功能，提高墙体的保温、隔热和隔音等能力。防撞墙纸是一种能起到缓冲作用的功能性墙纸，防撞墙纸材料在使用过程中，除需承受来自平行于墙面的纵/横方向的拉、压等作用外，还需承受来自垂直墙面方向的冲击作用力，因此理想的防撞材料需在这三维方向上同时保持较好的力学性能。而采用常规加工方法成型的pla弯曲强度为53-95mpa，拉伸强度仅为45-57mpa，无法满足防撞内墙材料对其力学性能的相关要求。
技术实现要素：
本发明的目的在于：解决现有技术中的不足，提供一种防撞墙纸用的聚乳酸硬质泡沫，该硬质泡沫的力学性能符合防撞墙纸的相关要求，具有优异的力学性能和疏水性，并且由聚乳酸制备的防撞墙纸，具有可降解性，绿色环保。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种防撞墙纸用聚乳酸硬质泡沫制备方法，包括以下步骤，
s1：干燥聚乳酸颗粒；
s2：将上述步骤s1干燥后的聚乳酸颗粒先热压处理，再冷压处理，形成板材；
s3：双轴热拉伸上述步骤s2制得的板材，空气冷却至室温；
s4：将上述步骤s3拉伸后的板材置于超临界二氧化碳反应釜中发泡，冷却至室温。
在热压之前，对聚乳酸颗粒进行干燥，除去聚乳酸颗粒中的水分，以防止在热压过程中，聚乳酸降解；在本发明的技术方案中，先通过热压再冷压，使颗粒状的聚乳酸颗粒形成板材，再对板材进行双轴热拉伸，在拉伸过程中，聚乳酸分子链重新排布、取向，使得分子链排列均匀，提高聚乳酸的力学性能。
进一步的，在所述步骤s1中，所述干燥温度为70-80℃，干燥后的聚乳酸颗粒的含水量小于400ppm。将干燥温度控制在70-80℃，聚乳酸玻璃化转变温度至冷结晶温度范围内，既能以相对较高的温度来除去聚乳酸中的水分，同时还能保证聚乳酸在干燥过程中不降解，使聚乳酸分子链保持原有的形态。
进一步的，在所述步骤s2中，所述热压处理为，将所述聚乳酸颗粒置于热压模框中，再置于平板硫化机中，在180-190℃下预热3-8min，进行10-30次排气处理，再在10-20mpa，180-190℃下，热压2-5min。聚乳酸的熔点在170℃左右，将聚乳酸颗粒放置在热压模框中，在180-190℃下预热，是聚乳酸熔融，熔融态的聚乳酸的流动性好，使得模框内的聚乳酸的温度均匀，在热压过程中，受力均匀，成型效果好。在热压处理过程中，对模框内的聚乳酸进行排气处理，除去熔融态聚乳酸中的气体，避免在板材中形成气泡，在后续的双轴热拉伸过程中，板材中的气泡处易出现应力集中，使得拉伸不均匀，不能保证拉伸后板材的均一性，严重时还会导致板材断裂。
进一步的，在所述步骤s2中，所述冷压处理中，冷压的压力为10-20mpa，冷压时间为5-10min。冷压的作用是降低聚乳酸的温度，并结合在10-20mpa的压力下，使聚乳酸冷却成型，成型更加规则、均匀。
进一步的，在所述步骤s3中，所述双轴热拉伸为，将所述板材置于热拉伸机中，在预热温度70-90℃下，预热30-50min，随后以5-50mm/min的拉伸速率进行双轴热拉伸。当拉伸速率低于5mm/min时，拉伸过程中板材会下垂，使得拉伸不均；当拉伸速率高于50mm/min时，分子链之间解脱缠，使板材产生破裂。
进一步的，在所述步骤s4中，所述发泡过程为，在温度60-85℃，压力20-30mpa的超临界二氧化碳中溶胀30-120min，随后以10-15mpa/min的速率卸压至标准大气压。当溶胀的温度过高、压力过大时，溶胀的速度过快，并且当溶胀的温度过高时，会导致聚乳酸分子失去取向性，降低硬质泡沫的强度。
进一步的，所述聚乳酸颗粒的重均分子量为1×105-2×105g/mol。
进一步的，在所述步骤s1中，于干燥前，在聚乳酸颗粒中加入抗氧化剂，混合均匀，所述抗氧化剂的质量分数为0.5％。
进一步的，在所述步骤s3中，所述双轴热拉伸的长宽倍率为2*2-6*6。
一种由上述制备方法制得的聚乳酸硬质泡沫，该聚乳酸硬质泡沫应用于制备防撞墙纸、防撞墙面结构、防撞墙面型材。
由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
聚乳酸属于酯类物质，其本身具有较好的疏水性和印染效果，在本发明中，通过双轴热拉伸取向，聚乳酸板材沿拉伸平面进行一定倍数的拉伸，从而使聚乳酸的分子链及晶粒在两个拉伸方向上发生取向及有序排列，材料的自增强结构在拉伸平面上实现均质化，提高聚乳酸的拉伸强度。在双轴热拉伸后，再结合超临界二氧化碳发泡，使聚乳酸板材的内部形成微泡孔结构，提高垂直面方向上的抗冲击韧性，同时微泡孔结构使得聚乳酸板材具有良好的保温功效。
本发明制备的聚乳酸硬质泡沫，其拉伸强度和断裂伸长率有明显提高，拉伸强度可达到80mpa，其断裂伸长率可达到86％。
将本发明方法制备的聚乳酸硬质泡沫制备成防撞墙纸、防撞墙面结构等，具有优异的力学性能，抗冲击韧性，防撞效果优异。
具体实施方式
实施例1：
将99.5份重均分子量为1×105g/mol的聚乳酸颗粒料，与0.5份抗氧化剂1010混合，然后将混合物置于80℃的真空干燥箱中干燥6h，再置于高速共混机中混合均匀；
将颗粒置于与平板硫化机配合使用的热压模框中，放置在平板硫化机中，将平板硫化机的温度升高至180℃，在该温度下预热5min，并排气30次，随后，将平板硫化机的压力加载至10mpa，在10mpa和180℃下，热压3min，再将热压模框放置于冷压机中，以10mpa的压力冷压5min，制得10cm*10cm*4mm的聚乳酸板材；
将制备得到的聚乳酸板材安置在双轴热拉伸设备中，在80℃预热30min，然后进行双轴热拉伸，在该温度下，以50mm/min的拉伸速率，拉伸至倍率达到4*4时，停止拉伸，然后空气冷却至室温；
将双轴热拉伸后的板材置于超临界二氧化碳反应釜内，升温至70℃，加压至20mpa，在该条件下，溶胀60min，然后以10mpa/min的速率快速将反应釜内的压力卸压至标准大气压，然后自然冷却至室温，即聚乳酸硬质泡沫。
实施例2：将99.5份重均分子量为2×105g/mol的聚乳酸颗粒料，与0.5份抗氧化剂1010混合，然后将混合物置于70℃的真空干燥箱中干燥7h，再置于高速共混机中混合均匀；
将颗粒置于与平板硫化机配合使用的热压模框中，放置在平板硫化机中，将平板硫化机的温度升高至190℃，在该温度下预热8min，并排气30次，随后，将平板硫化机的压力加载至10mpa，在10mpa和190℃下，热压3min，再将热压模框放置于冷压机中，以10mpa的压力冷压5min，制得10cm*10cm*4mm的聚乳酸板材；
将制备得到的聚乳酸板材安置在双轴热拉伸设备中，在90℃预热50min，然后进行双轴热拉伸，在该温度下，以250mm/min的拉伸速率，拉伸至倍率达到6*6时，停止拉伸，然后空气冷却至室温；
将双轴热拉伸后的板材置于超临界二氧化碳反应釜内，升温至80℃，加压至30mpa，在该条件下，溶胀120min，然后以15mpa/min的速率快速将反应釜内的压力卸压至标准大气压，然后自然冷却至室温，即聚乳酸硬质泡沫。
实施例3
将99.5份重均分子量为1×105g/mol的聚乳酸颗粒料，与0.5份抗氧化剂1010混合，然后将混合物置于75℃的真空干燥箱中干燥7h，再置于高速共混机中混合均匀；
将颗粒置于与平板硫化机配合使用的热压模框中，放置在平板硫化机中，将平板硫化机的温度升高至190℃，在该温度下预热5min，并排气10次，随后，将平板硫化机的压力加载至20mpa，在20mpa和190℃下，热压2min，再将热压模框放置于冷压机中，以20mpa的压力冷压8min，制得10cm*10cm*4mm的聚乳酸板材；
将制备得到的聚乳酸板材安置在双轴热拉伸设备中，在70℃预热40min，然后进行双轴热拉伸，在该温度下，以40mm/min的拉伸速率，拉伸至倍率达到2*2时，停止拉伸，然后空气冷却至室温；
将双轴热拉伸后的板材置于超临界二氧化碳反应釜内，升温至60℃，加压至30mpa，在该条件下，溶胀30min，然后以8mpa/min的速率快速将反应釜内的压力卸压至标准大气压，然后自然冷却至室温，即聚乳酸硬质泡沫。
实施例4
将99.5份重均分子量为2×105g/mol的聚乳酸颗粒料，与0.5份抗氧化剂1010混合，然后将混合物置于80℃的真空干燥箱中干燥5h，再置于高速共混机中混合均匀；
将颗粒置于与平板硫化机配合使用的热压模框中，放置在平板硫化机中，将平板硫化机的温度升高至185℃，在该温度下预热3min，并排气20次，随后，将平板硫化机的压力加载至15mpa，在15mpa和185℃下，热压3min，再将热压模框放置于冷压机中，以15mpa的压力冷压10min，制得10cm*10cm*4mm的聚乳酸板材；
将制备得到的聚乳酸板材安置在双轴热拉伸设备中，在70℃预热40min，然后进行双轴热拉伸，在该温度下，以10mm/min的拉伸速率，拉伸至倍率达到3*3时，停止拉伸，然后空气冷却至室温；
将双轴热拉伸后的板材置于超临界二氧化碳反应釜内，升温至85℃，加压至25mpa，在该条件下，溶胀100min，然后以10mpa/min的速率快速将反应釜内的压力卸压至标准大气压，然后自然冷却至室温，即聚乳酸硬质泡沫。
实施例5
将99.5份重均分子量为1×105g/mol的聚乳酸颗粒料，与0.5份抗氧化剂1010混合，然后将混合物置于70℃的真空干燥箱中干燥6h，再置于高速共混机中混合均匀；
将颗粒置于与平板硫化机配合使用的热压模框中，放置在平板硫化机中，将平板硫化机的温度升高至180℃，在该温度下预热8min，并排气30次，随后，将平板硫化机的压力加载至10mpa，在10mpa和180℃下，热压5min，再将热压模框放置于冷压机中，以10mpa的压力冷压10min，制得10cm*10cm*4mm的聚乳酸板材；
将制备得到的聚乳酸板材安置在双轴热拉伸设备中，在80℃预热30min，然后进行双轴热拉伸，在该温度下，以50mm/min的拉伸速率，拉伸至倍率达到6*6时，停止拉伸，然后空气冷却至室温；
将双轴热拉伸后的板材置于超临界二氧化碳反应釜内，升温至85℃，加压至25mpa，在该条件下，溶胀100min，然后以8mpa/min的速率快速将反应釜内的压力卸压至标准大气压，然后自然冷却至室温，即聚乳酸硬质泡沫。
实验例
对上述实施例1-5中的聚乳酸硬质泡沫进行相关的检测，其结果如下表1所示：
表1聚乳酸硬质泡沫性能检测结果
从上表中可以看出，实施例1-5中的聚乳酸硬质泡沫的拉伸强度较一般的聚乳酸硬质泡沫(拉伸强度仅为45-57mpa)有所提高，达到制备防撞墙纸的力学要求。聚乳酸硬质泡沫的表面的接触角大于75°，表面的疏水性好，使得其具有优异的韧性前提下，还具有较高的拉伸强度，将本发明的聚乳酸硬质泡沫用于制备防撞墙纸、防撞墙面等，产品具有优异的强度和防撞性能，通过聚乳酸可生物降解，绿色环保。