本發(fā)明涉及發(fā)泡材料，具體涉及一種全生物降解泡沫及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、聚合物材料具有質(zhì)輕，耐用，性能優(yōu)異等優(yōu)點而被廣泛使用，但是其來源卻消耗大量的石油資源，此外，由于降解周期長或不能完全降解，焚燒處理時又會釋放出大量的二氧化碳，造成“白色污染”和“溫室效應(yīng)”。為了實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的低碳循環(huán)性社會，開發(fā)可生物降解的高分子材料來替代普通石油基高分子材料成為當(dāng)下關(guān)注的熱點。目前，商品化的生物基可降解高分子材料有熱塑性淀粉、聚乳酸、聚己內(nèi)酯等，這幾種材料占生物降解材料市場份額的80％-90％。在現(xiàn)有已經(jīng)開發(fā)利用的可生物降解高分子材料中，聚乳酸(pla)得到廣泛的研究和應(yīng)用，被譽為最具有發(fā)展?jié)摿Φ纳锟山到飧叻肿?。pla具有可完全生物降解性和以可再生資源為原料的植物來源性，而且是一種維持自然界“碳循環(huán)平衡”的材料。

2、泡沫是一種擁有多孔結(jié)構(gòu)的特殊材料。固相包裹氣相的復(fù)合結(jié)構(gòu)，以及固相和氣相在性質(zhì)上的巨大差異使泡沫成為獨特的組合體，具有特殊的性能可以滿足不同的應(yīng)用需求。最高可達到幾十倍的膨脹倍率也使得泡沫材料的重量可以減至原材料的幾分之一甚至幾十分之一，這使泡沫材料在環(huán)保節(jié)能上得到了越來越多的重視?；诔R界co2的發(fā)泡技術(shù)由于其在微納孔成型、環(huán)境保護和價格上的優(yōu)勢成為業(yè)界和學(xué)界的一個熱門研究方向。

3、專利cn201910551355.2公開了一種可生物降解pla微孔發(fā)泡材料的制備方法，擴鏈劑采用三環(huán)氧丙基異氰尿酸酯，成核劑采用納米有機蒙脫土，再通過擠出發(fā)泡成功制得可降解的pla泡沫材料，但泡沫的平均泡孔直徑為45μm-86μm，遠高于本發(fā)明的16μm-28μm。專利cn202010265302.7公開了一種pla/pa超臨界發(fā)泡復(fù)合材料及其制備方法，該方法使用4-羥乙基氧乙基-1-羥乙基苯二醚作為擴鏈劑提升材料的發(fā)泡性能，使用叔丁基過氧化氫和過氧化二異丙苯的混合物作為有機過氧化物，二者起到良好的協(xié)同作用，提高了發(fā)泡材料的回彈性、綜合力學(xué)性能。但叔丁基過氧化氫和過氧化二異丙苯的混合物使聚乳酸、聚酰胺、聚硅氧烷-聚酰亞胺嵌段共聚物復(fù)合交聯(lián)(硫化)，這降低了發(fā)泡材料的降解性能，制備得到的泡沫泡孔平均直徑為57μm-95μm，密度為0.60g/cm3-0.72g/cm3，密度比本發(fā)明高出一個數(shù)量級。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供了一種全生物降解泡沫及其制備方法，主要目的是為了制備出一種泡孔密度大、直徑小，力學(xué)性能優(yōu)異的可全生物降解的泡沫塑料。

2、為了實現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明提供一種全生物降解泡沫塑料，所述全生物降解泡沫塑料由如下質(zhì)量分數(shù)的原料制得：聚乳酸(pla)100份、引發(fā)劑0.1-0.5份、擴鏈劑0.5-3份、抗氧劑0.1-0.3份、塑化劑0.5-2份、添加劑8-10份、成核劑1-4份。

3、進一步的，所述的pla為光學(xué)純度大于85％的左旋聚乳酸，密度為1.24g/cm3。優(yōu)選的，光學(xué)純度大于96％的左旋聚乳酸，如lx175；或光學(xué)純度＞98％、99％的左旋聚乳酸，如lx575、l175等。

4、進一步的，所述擴鏈劑包括雙環(huán)氧官能化擴鏈劑、雙烯丙基類擴鏈劑、雙丙烯酸酯類擴鏈劑中的至少一種。

5、優(yōu)選的，所述雙環(huán)氧官能化擴鏈劑包括但不限于二縮水甘油醚、新戊二醇二縮水甘油醚中的至少一種。

6、優(yōu)選的，所述雙烯丙基類擴鏈劑包括但不限于烯丙基二甘醇二碳酸酯(doedb)、雙酚a雙烯丙基醚中的至少一種；

7、優(yōu)選的，所述丙烯酸酯類擴鏈劑包括但不限于二縮三丙二醇二丙烯酸酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯(egdma)以及二縮三丙二醇二丙烯酸酯(tpgda)中的至少一種。

8、優(yōu)選的，所述擴鏈劑選用雙烯丙基擴鏈劑烯丙基二甘醇二碳酸酯(doedb)。

9、進一步的，所述引發(fā)劑為3,6,9-三乙基-3,6,9-三甲基-1,4,7-三過氧壬烷。

10、進一步的，所述輔助抗氧劑、受阻酚類抗氧劑、芳香胺類抗氧劑中的至少一種。

11、進一步的，所述輔助抗氧劑包括抗氧劑168；所述受阻酚類抗氧劑包括抗氧劑1010、抗氧劑1135中的至少一種。

12、進一步的，所述成核劑為聚四氟乙烯微粒(ptfe)，其中ptfe微粒的直徑為0.35μm-5μm。

13、進一步的，所述塑化劑為聚己內(nèi)酯、聚羥基脂肪酸、環(huán)氧大豆油、甘油中的至少一種。

14、進一步的，所述添加劑為增強劑、阻燃劑中的一種或多種。

15、進一步的，所述增強劑包括玻璃纖維、碳纖維、陶瓷納米顆粒中的一種或多種。

16、進一步的，所述阻燃劑包括溴化阻燃劑、氮磷阻燃劑、有機阻燃劑中的一種或多種。

17、上述全生物降解泡沫塑料的制備方法，包括以下步驟：

18、步驟(1)：按質(zhì)量份數(shù)稱取pla、擴鏈劑、引發(fā)劑、抗氧劑、塑化劑、添加劑、成核劑；

19、步驟(2)：將步驟(1)稱取的各組分放置在攪拌機中混合均勻；

20、步驟(3)：將步驟(2)中獲得混合物料進行干燥處理后加入雙螺桿擠出機中，擠出造粒得到pla料；

21、步驟(4)：將步驟(3)得到的pla料進行干燥處理后通過平板硫化機制備成樣品薄片；

22、步驟(5)：將步驟(4)制備的樣品薄片放入高壓釜中，發(fā)泡，然后泄壓，自然降溫，獲得pla發(fā)泡材料。

23、進一步的，所述步驟(1)中所述pla、引發(fā)劑、擴鏈劑、抗氧劑、塑化劑、添加劑、成核劑在使用前經(jīng)過干燥處理，干燥時間為2h-6h，干燥溫度為60℃-90℃。

24、進一步的，所述步驟(3)中擠出機設(shè)置從進料段到機頭螺桿溫度設(shè)定為140℃～190℃，雙螺桿擠出機的螺桿長徑比為64:1以上，螺桿轉(zhuǎn)速為50rpm～300rpm，料斗喂料速度為10-15kg/h。

25、進一步的，所述步驟(4)中pla料干燥溫度為60℃-80℃，干燥時間為2h-6h；所述步驟(4)中平板硫化機溫度為180℃。

26、進一步的，步驟(4)所述的樣品薄片厚度為3mm-8mm。

27、進一步的，所述步驟(5)中所述的發(fā)泡，包括如下步驟：先升溫到材料熔點或是熔點以上(例如180℃)，然后立即降溫到115℃-135℃，使用恒壓注射泵向反應(yīng)釜中注入co2至反應(yīng)釜中壓力為5-15mpa，飽和0.5h-2h；所述升溫的速率為5℃/min-8℃/min。

28、本發(fā)明的發(fā)泡工藝是先將溫度升高至熔點或是熔點以上，旨在破壞樣品中既有的晶區(qū)結(jié)構(gòu)，尤其是那些結(jié)構(gòu)完整且尺寸較大的晶區(qū)。這些晶區(qū)的存在會妨礙氣體的擴散并限制泡孔的生長，從而影響發(fā)泡倍率，再快速降溫至發(fā)泡溫度，得到較低的結(jié)晶度和較小的晶體尺寸，這是因為快速降溫使聚乳酸分子沒有足夠的時間有序排列，一方面結(jié)晶可以作為異相成核劑，促進泡孔成核，另一方面小的結(jié)晶尺寸會降低對物理發(fā)泡劑擴散的阻礙。相對于常規(guī)方法，本發(fā)明的發(fā)泡工藝更有利于高發(fā)泡倍率(因為物理發(fā)泡劑受到的限制變小了)、高泡孔密度泡沫的制備。

29、進一步的，所述步驟(5)中所述泄壓時間為2s。

30、本發(fā)明的有益效果是：

31、(1)一方面，本發(fā)明使用引發(fā)劑和擴鏈劑制備具有纏結(jié)的長支鏈結(jié)構(gòu)的pla。另一方面，作為成核劑的ptfe在雙螺桿擠出期間，在高剪切應(yīng)力條件下，較大直徑的ptfe顆粒在pla基質(zhì)內(nèi)形成原位纖維化網(wǎng)絡(luò)，產(chǎn)生物理纏結(jié)。長支鏈纏結(jié)和物理纏結(jié)共同作用，提高了pla基質(zhì)強度和發(fā)泡倍率。

32、(2)優(yōu)化的引發(fā)劑和擴鏈劑組合，減少的凝膠成分的產(chǎn)生，極大的保留了pla的成型加工性能和生物降解性能。除此之外，在塑化劑的作用下，成核劑均勻分散在pla樹脂基質(zhì)中，采用升降溫的超臨界發(fā)泡工藝對改性pla發(fā)泡成核劑調(diào)控聚合物的結(jié)晶性能，升降溫誘導(dǎo)pla結(jié)晶，晶相與無定形相界面可以降低泡孔成核的能量壁壘，促進泡孔成核，有效的提高了泡孔密度，降低了泡孔的平均直徑，提高了壓縮性能。