[發明專利]一種高強聚乳酸微孔泡沫材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202111457385.0
• 申請日: 2021-12-01
• 公開（公告）號: CN114213697B
• 公開（公告）日: 2022-11-01
• 發明（設計）人: 趙曉文;葉林
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: C08J9/12
• 分類號: C08J9/12;C08L87/00;C08G81/00;C08G63/91;C08G65/331;C08G65/333
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本發明公開一種高強聚乳酸微孔泡沫材料及其制備方法，其特點是首先通過分子設計，采用簡便高效的大分子反應性加工方法將具有較低熔點及良好生物可降解性的聚合物鏈節引入聚乳酸分子鏈，制備長鏈支化聚乳酸基嵌段聚合物，在增加聚乳酸分子纏結程度的同時形成具有熔點差異的兩相分離結構；在此基礎上，利用固相熱拉伸聯合超臨界CO₂發泡技術，通過調控發泡溫度(低熔點相熔點附近)遠低于拉伸取向溫度(介于聚乳酸相與低熔點相熔點之間)，從而使嵌段聚合物分子在取向?發泡過程中形成并保持高度取向結晶結構而獲得高強聚乳酸微孔泡沫材料。

技術領域

本發明涉及一種高強聚乳酸微孔泡沫材料及其制備方法，屬于生物可降解泡沫材料和高分子材料加工技術領域。

背景技術

聚合物泡沫材料具有質輕、比強度高、能量吸收性優異等特點而廣泛應用于建筑、包裝和運輸等領域。目前常用的聚合物泡沫材料，如聚苯乙烯(PS)、聚丙烯(PP)等，多以石油基聚合物為基體材料，該類材料難于降解且回收困難，其過度使用引發了一系列石油化工能源危機及生態環境問題。為代替石油基聚合物泡沫材料，實現綠色可持續經濟發展，生物可降解聚合物發泡材料的研究引起了廣泛關注。

聚乳酸(PLA)是一種可生物降解的脂肪族聚酯，來源于玉米、木薯、高粱等可再生資源，由于其優異的力學性能、良好的生物相容性及加工性能，被認為是最有希望替代石油基聚合物的材料。然而，由于其線性分子結構和緩慢的結晶動力學，聚乳酸在加工溫度下通常表現出較低的粘彈性，在發泡過程中，易發生泡孔并聚和破裂，對泡孔生長和泡孔均勻性產生不利影響。CN200310110047.5以異氰酸酯作為擴鏈劑，通過反應性熔融加工及高溫化學發泡制備了抗拉強度為3.6～12.8MPa，斷裂伸長率為3.3～5.5％的聚乳酸泡沫材料；CN202010086835.9利用纖維素納米纖維作為成核劑以改善聚乳酸的結晶性能與熔體強度，進一步采用超臨界流體作為發泡劑，通過注塑發泡成型獲得密度為0.05～0.7g/cm³的聚乳酸發泡材料；CN201410691587.5以羥基戊酸酯作為增韌劑、以二異氰酸酯及丁二醇作為交聯劑、以滑石粉或蒙脫石作為成核劑，采用AC發泡劑在擠出過程中對聚乳酸進行發泡，制得具有較好韌性的聚乳酸泡沫材料，其沖擊韌性達3.7～6.7KJ/m²，斷裂伸長率達56～91％。然而，上述普通改性方法雖能在一定程度上改善聚乳酸的發泡行為及泡沫體力學性能，但增強效果仍較為有限，難以實現其力學強度成倍提升。

發明內容

本發明的目的是提供一種高強聚乳酸微孔泡沫材料及其制備方法，其特點是以多官能團環氧化合物聯合多官能團酸酐或多官能團異氰酸酯化合物作為支化改性劑，并選擇熔點(T_m2)遠低于聚乳酸熔點(T_m1)的生物可降解聚合物鏈節作為共聚單元，通過簡便易行的反應性加工方法制備具有長鏈支化結構的聚乳酸基嵌段聚合物，在增加聚乳酸分子纏結程度的同時，形成具有熔點差異的兩相分離結構；進一步采用固相熱拉伸技術，通過施加拉伸應力場誘導嵌段聚合物分子形成大量取向微纖化結晶結構，隨后以CO₂作為發泡劑，采用超臨界二氧化碳(sc-CO₂)發泡技術，對其進行發泡處理，利用聚乳酸相與低熔點聚合物相兩相間存在熔點差異，調控其固相熱拉伸溫度介于兩相熔點之間(T_m2～T_m1)，而發泡溫度在低熔點相的熔點(T_m2)附近，以防止拉伸取向后材料內部高熔點聚乳酸相在隨后超臨界CO₂發泡過程中解取向的發生，保持其穩定取向結晶結構，同時發泡劑CO₂又可在處于熔融態的低熔點相內形成快速溶解與擴散，進而獲得具有高發泡倍率、且泡壁聚合物分子呈高度取向結晶結構的高強聚乳酸微孔泡沫材料。

本發明的目的由以下技術措施實現，其中所述原料分數除特殊說明外，均為重量份數。

高度取向微纖化聚乳酸基嵌段聚合物的制備：