專利名稱：一種超臨界CO₂微發(fā)泡聚乳酸/木粉復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種木塑微發(fā)泡復(fù)合材料及其加工成型方法。
背景技術(shù)：
已有的木塑復(fù)合材料主要采用PE、PP和PVC等樹脂來制備，為了克服其密度大的缺點(diǎn)，可以制備成木塑發(fā)泡材料，比如，中國專利CN1948384A、CN101200971A、CN101962455A、CN102229728A、CN102146187A、CN102250476A、CN102167872A 等涉及了木塑復(fù)合材料的發(fā)泡技術(shù)和方法。發(fā)泡方法可分為化學(xué)發(fā)泡和物理發(fā)泡兩種，其中，化學(xué)發(fā)泡工藝較復(fù)雜，生產(chǎn)的泡沫材料成本相對(duì)較高，然而，物理發(fā)泡工藝簡單，比如，超臨界CO2作為一種特殊的物理發(fā)泡劑，具有價(jià)廉、無毒、不燃，環(huán)境友好，比常溫高壓CO2發(fā)泡所用時(shí)間少等優(yōu)勢(shì)。
但是，木塑發(fā)泡材料廢棄物不易降解，存在潛在的環(huán)境危害。然而，聚乳酸(PLA)具有·可再生性，以及良好的力學(xué)性能，與木粉共混體系能夠很好地彌補(bǔ)傳統(tǒng)木塑復(fù)合材料的這一缺陷。PLA的來源主要有3個(gè)方面一是以含糖類的生物質(zhì)材料為原料，提取淀粉，糖化、發(fā)酵得到乳酸，再聚合成PLA;二是以家庭產(chǎn)生的垃圾為原料，從其中的糖類發(fā)酵得到乳酸，再聚合成PLA ;三是由農(nóng)作物、樹木的根莖葉等廢棄的生物質(zhì)材料為原料，提取纖維素，(通過鹽酸、硫酸、磷酸等酸解)糖化、發(fā)酵得到乳酸，再聚合成PLA。PLA類材料被使用后可以進(jìn)行自然降解、堆肥和燃燒處理，最終產(chǎn)物只有水和C02，不會(huì)給環(huán)境帶來污染，是一種環(huán)境友好材料。尤其是用超臨界CO2發(fā)泡聚乳酸/木粉復(fù)合材料，可以獲得孔徑小、密度大的泡孔結(jié)構(gòu)，其能有效阻止裂紋在應(yīng)力作用下的擴(kuò)展，賦予材料更好的物理機(jī)械性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種微孔聚乳酸/木粉復(fù)合材料及其超臨界CO2發(fā)泡制備方法，其優(yōu)點(diǎn)在于發(fā)泡工藝簡單，所得發(fā)泡材料微孔分布均勻，泡孔密度大。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種超臨界CO2發(fā)泡微孔聚乳酸/木粉復(fù)合材料，原料組成為
聚乳酸(PLA)20 90份木粉O 30份增韌劑5 IO份有機(jī)溶劑O 50份偶聯(lián)劑0~2份潤滑劑0.5 2份pH調(diào)節(jié)劑<0.1份
一種超臨界CO2發(fā)泡微孔聚乳酸/木粉復(fù)合材料的制備方法，具體步驟為(I)將偶聯(lián)劑溶解在無水乙醇中配制成15%的混合液，然后將該混合液和桉木粉在溫度為50 70°C的高速混合機(jī)中混合5 15min后，取出烘干得到改性木粉；再將改性木粉、聚乳酸、聚乙二醇、潤滑劑用雙輥開煉機(jī)熔融共混，混煉溫度為165 200°C、時(shí)間為10 20min,從而得到預(yù)混合物。(2)將步驟⑴所得預(yù)混合物在平板硫化儀中模壓成型，成型溫度為165 200°C、壓力為8 12MPa、保壓時(shí)間為6 lOmin，從而得到成型樣品。(3)將步驟⑵所得的成型樣品置于超臨界CO2發(fā)泡釜體中進(jìn)行溶脹，控制溶脹溫度為80 100°C、溶脹壓力為10 30MPa、溶脹時(shí)間為100 200min，然后快速卸壓，卸壓速率為7MPa/s以上，自然冷卻至常溫，從而得到微發(fā)泡聚乳酸/木粉復(fù)合材料。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于低溫發(fā)泡，高速卸壓，發(fā)泡工藝簡單，用時(shí)少，制備的聚乳酸/ 木粉微孔材料，泡孔尺寸均勻，泡孔密度大，材料密度小。


圖I是本發(fā)明實(shí)施例3制備的微孔聚乳酸/木粉復(fù)合材料斷面掃描電子顯微鏡圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)發(fā)明進(jìn)一步說明，但發(fā)明的保護(hù)范圍不限于此。實(shí)施例I原料組分為左旋聚乳酸(PLLA，熔融指數(shù)< 2g/10min)41份。桉木粉(8O目)I6份。聚乙二醇(PEG-400，分析純)8· 2份。偶聯(lián)劑(Υ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(狃570，分析純))0.8份。無水乙醇(分析純)33份。冰乙酸(分析純)彡O. I份。二甲基硅油(分析純)O. 8份。將木粉和偶聯(lián)劑溶液加入高速混合機(jī)中混合改性，混合時(shí)間為Smin ;溫度為50°C;再將改性木粉和聚乳酸混合，并通過雙輥開煉機(jī)熔融共混得到預(yù)混合物；所述熔融共混溫度為170°C ;混煉時(shí)間為20min ;所得預(yù)混合物在平板硫化儀中模壓成型，得到成型樣品；所述模壓成型的溫度為170°C ;壓力為IOMPa ;保壓時(shí)間為Smin ;將所得的成型樣品置于超臨界CO2發(fā)泡釜體中進(jìn)行溶脹，控制溶脹溫度為85°C;溶脹壓力為19MPa，溶脹時(shí)間為IOOmin ；然后快速卸壓，自然冷卻至常溫，即可得到所述的微發(fā)泡聚乳酸/木粉復(fù)合材料。以下通過檢測(cè)證明本發(fā)明實(shí)施例I的效果，其檢測(cè)效果如下未發(fā)泡木塑復(fù)合材料的密度為1.21g/cm3，本發(fā)明微發(fā)泡木塑復(fù)合材料密度為O. 71g/cm3。實(shí)施例2原料組分為
左旋聚乳酸(PLLA，熔融指數(shù)< 2g/10min)41份。桉木粉(80目)16份。聚乙二醇(PEG-400，分析純)8. 2份。Y -甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570，分析純)0. 8份。無水乙醇(分析純)32. 5份。冰乙酸(分析純)彡O. I份。二甲基硅油(分析純)O. 8份。將木粉和偶聯(lián)劑溶液加入高速混合機(jī)中混合改性，混合時(shí)間為Smin ;溫度為50°C ；再將改性木粉和聚乳酸混合，并通過雙輥開煉機(jī)熔融共混得到預(yù)混合物；所述熔融共混溫 度為170°C ;混煉時(shí)間為20min ;所得預(yù)混合物在平板硫化儀中模壓成型，得到成型樣品；所述模壓成型的溫度為170°C ;壓力為IOMPa ;保壓時(shí)間為Smin ;將所得的成型樣品置于超臨界CO2發(fā)泡釜體中進(jìn)行溶脹，控制溶脹溫度為100°C ;溶脹壓力為19MPa，溶脹時(shí)間為IOOmin ;然后快速卸壓，自然冷卻至常溫，即可得到所述的微發(fā)泡聚乳酸/木粉復(fù)合材料。以下通過檢測(cè)證明本發(fā)明實(shí)施例2的效果，其檢測(cè)效果如下未發(fā)泡木塑復(fù)合材料的密度為1.20g/cm3，本發(fā)明微發(fā)泡木塑復(fù)合材料密度為
O.3lg/cm3。以上結(jié)果說明本發(fā)明微發(fā)泡木塑復(fù)合材料和普通木塑復(fù)合材料相比具有更低的
山/又ο實(shí)施例3原料組分為左旋聚乳酸(PLLA，熔融指數(shù)< 2g/10min)41份。桉木粉(80目)16份。聚乙二醇(PEG-400，分析純)8. 2份。Y -甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570，分析純)0. 8份。無水乙醇(分析純)32. 5份。冰乙酸(分析純)彡O. I份。二甲基硅油(分析純)O. 8份。將木粉和偶聯(lián)劑溶液加入高速混合機(jī)中混合改性，混合時(shí)間為Smin ;溫度為50°C ；再將改性木粉和聚乳酸混合，并通過雙輥開煉機(jī)熔融共混得到預(yù)混合物；所述熔融共混溫度為170°C ;混煉時(shí)間為20min ;所得預(yù)混合物在平板硫化儀中模壓成型，得到成型樣品；所述模壓成型的溫度為170°C ;壓力為IOMPa ;保壓時(shí)間為Smin ;將所得的成型樣品置于超臨界CO2發(fā)泡釜體中進(jìn)行溶脹，控制溶脹溫度為90°C;溶脹壓力為19MPa，溶脹時(shí)間為IOOmin ；然后快速卸壓，自然冷卻至常溫，即可得到所述的微發(fā)泡聚乳酸/木粉復(fù)合材料。以下通過檢測(cè)證明本發(fā)明實(shí)施例3的效果，其檢測(cè)效果如下未發(fā)泡木塑復(fù)合材料的密度為1.21g/cm3，本發(fā)明微發(fā)泡木塑復(fù)合材料密度為
O.65g/cm3。實(shí)施例4原料組分為左旋聚乳酸(PLLA，熔融指數(shù)< 2g/10min)41份。
桉木粉(80目)16份。聚乙二醇(PEG-400，分析純)8. 2份。Y -甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570，分析純)0. 8份。無水乙醇(分析純)32. 5份。冰乙酸(分析純)彡O. I份。二甲基硅油(分析純)0· 8份。將木粉和偶聯(lián)劑溶液加入高速混合機(jī)中混合改性，混合時(shí)間為Smin ;溫度為50°C ；
再將改性木粉和聚乳酸混合，并通過雙輥開煉機(jī)熔融共混得到預(yù)混合物；所述熔融共混溫度為170°C ;混煉時(shí)間為20min ;所得預(yù)混合物在平板硫化儀中模壓成型，得到成型樣品；所述模壓成型的溫度為170°C ;壓力為12MPa ;保壓時(shí)間為Smin ;將所得的成型樣品置于超臨界CO2發(fā)泡釜體中進(jìn)行溶脹，控制溶脹溫度為90°C;溶脹壓力為23MPa，溶脹時(shí)間為IOOmin ；然后快速卸壓，自然冷卻至常溫，即可得到所述的微發(fā)泡聚乳酸/木粉復(fù)合材料。以下通過檢測(cè)證明本發(fā)明實(shí)施例4的效果，其檢測(cè)效果如下未發(fā)泡木塑復(fù)合材料的密度為I. 19g/cm3，本發(fā)明微發(fā)泡木塑復(fù)合材料密度為
O.56g/cm3。實(shí)施例5原料組分為左旋聚乳酸(PLLA，熔融指數(shù)< 2g/10min) 27. 5份。桉木粉(80目)22份。聚乙二醇(PEG-400，分析純)5. 5份。Y -甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570，分析純)I. I份。無水乙醇(分析純)43. 3份。冰乙酸(分析純)調(diào)節(jié)< O. I份。二甲基硅油(分析純)0· 5份。將木粉和偶聯(lián)劑溶液加入高速混合機(jī)中混合改性，混合時(shí)間為Smin ;溫度為60°C ；再將改性木粉和聚乳酸混合，并通過雙輥開煉機(jī)熔融共混得到預(yù)混合物；所述熔融共混溫度為175°C ;混煉時(shí)間為20min ;所得預(yù)混合物在平板硫化儀中模壓成型，得到成型樣品；所述模壓成型的溫度為175°C ;壓力為IOMPa ;保壓時(shí)間為Smin ;將所得的成型樣品置于超臨界CO2發(fā)泡釜體中進(jìn)行溶脹，控制溶脹溫度為90°C;溶脹壓力為19MPa，溶脹時(shí)間為IOOmin ；然后快速卸壓，自然冷卻至常溫，即可得到所述的微發(fā)泡聚乳酸/木粉復(fù)合材料。以下通過檢測(cè)證明本發(fā)明實(shí)施例5的效果，其檢測(cè)效果如下未發(fā)泡木塑復(fù)合材料的密度為1.24g/cm3，本發(fā)明微發(fā)泡木塑復(fù)合材料密度為
O.37g/cm3。對(duì)比例原料為左旋聚乳酸(PLLA，熔融指數(shù)< 2g/10min) 89份。聚乙二醇(PEG-400，分析純)8. 9份。二甲基硅油(分析純)I. 7份。將聚乙二醇、聚乳酸和潤滑劑混合，通過雙輥開煉機(jī)熔融共混得到預(yù)混合物；所述熔融共混溫度為170°C ;混煉時(shí)間為20min ;所得預(yù)混合物在平板硫化儀中模壓成型，得到成型樣品；所述模壓成型的溫度為170°C;壓力為IOMPa ;保壓時(shí)間為Smin ;將所得的成型樣品置于超臨界CO2發(fā)泡釜體中進(jìn)行溶脹，控制溶脹溫度為90°C ;溶脹壓力為19MPa，溶脹時(shí)間為IOOmin ;然后快速卸壓，自然冷卻至常溫，即可得到所述的微發(fā)泡聚乳酸復(fù)合材料。以下通過檢測(cè)證明本發(fā)明對(duì)比例的效果，其檢測(cè)效果如下未發(fā)泡聚乳酸的密度為I. 14g/cm3,本發(fā)明微發(fā)泡聚乳酸的密度為O. 85g/cm3。以上結(jié)果均說明本發(fā)明所得的微發(fā)泡木塑復(fù)合材料密度較小?！?br> 權(quán)利要求
1.一種超臨界二氧化碳微發(fā)泡聚乳酸/木粉復(fù)合材料的制備方法。
2.權(quán)利要求I所述微發(fā)泡聚乳酸/木粉復(fù)合材料，其特征在于所用原料按質(zhì)量份數(shù)組成為聚乳酸20~90份木粉O 30份增韌劑5 IO份有機(jī)溶劑O 50份。偶聯(lián)劑O 2份潤滑劑0.5 2份pH調(diào)節(jié)劑<0.1份
3.權(quán)利要求I所述超臨界二氧化碳微發(fā)泡聚乳酸/木粉復(fù)合材料的制備方法，其特征在于 (1)將木粉和偶聯(lián)劑混合液加入高速混合機(jī)中混合改性，混合時(shí)間為5 15min、溫度為50 70°C ;再將改性木粉、聚乳酸、增韌劑、潤滑劑用雙輥開煉機(jī)熔融共混，得到預(yù)混合物，所述熔融共混溫度為165 200°C ;混煉時(shí)間為10 20min ； (2)將步驟(I)所得預(yù)混合物在平板硫化儀中模壓成型，得到成型樣品；所述模壓成型的溫度為165 200°C ;壓力為8 12MPa ;保壓時(shí)間為6 IOmin ； (3)將步驟(2)所得的成型樣品置于超臨界二氧化碳發(fā)泡釜體中進(jìn)行溶脹，控制溶脹溫度為80 100°C;溶脹壓力為10 30MPa，溶脹時(shí)間為100 200min ;快速卸壓，卸壓速率為7MPa/s以上；自然冷卻至常溫，即可得到所述的微發(fā)泡聚乳酸/木粉復(fù)合材料。
全文摘要
一種超臨界二氧化碳發(fā)泡聚乳酸/木粉復(fù)合材料及其制備方法，它涉及了一種微發(fā)泡復(fù)合材料及其制備方法。針對(duì)普通木塑復(fù)合材料密度大、沖擊強(qiáng)度低，以及其廢棄物容易造成環(huán)境污染等問題，本發(fā)明采用聚乳酸、木粉、偶聯(lián)劑、增韌劑和潤滑劑等原料，先將原料按照一定比例在高速混合機(jī)中混合，通過雙棍開煉機(jī)熔融共混，采用模壓成型制備試樣，然后以超臨界二氧化碳作為發(fā)泡劑將試樣溶脹，最后采用快速卸壓得到微孔聚乳酸/木粉復(fù)合材料。本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在于發(fā)泡溫度低、保壓時(shí)間短、泡孔結(jié)構(gòu)易于控制，所制備的微孔復(fù)合材料的孔徑小、泡孔密度大，將是一種性能優(yōu)良的綠色環(huán)保發(fā)泡材料。
文檔編號(hào)C08L97/02GK102936401SQ20121049531
公開日2013年2月20日 申請(qǐng)日期2012年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月29日
發(fā)明者宋麗賢, 盧忠遠(yuǎn), 姚妮娜, 張平, 康明, 宋開平 申請(qǐng)人:西南科技大學(xué)