[发明专利]一种三元共聚聚碳酸酯泡沫材料

说明书

技术领域：

本发明涉及高分子材料合成，具体属于利用双金属氰络合物催化剂催化二氧化碳、环氧化物共聚制备一种新型二氧化碳发泡的生物可降解泡沫材料。

背景技术

聚合物发泡材料是一种以聚合物为基体，其内部具有无数气泡的孔材料，由于其具有冲击强度高、密度低和隔热隔音性能好等优点，广泛用于家庭日常用品、交通工具、包装材料、建筑材料、军事工业及航空航天等领域。随着人类生活水平的不断提高，聚合物发泡材料的需求也在不断增加，然而，由此带来的环境污染问题也日益引起人们的重视。因此，选择更加环保的发泡方式，制备生物可降解型的聚合物发泡材料成为泡沫材料的研究热点。

目前，常用的两类物理发泡剂为氯氟烃(俗称氟利昂)发泡剂和烷烃发泡剂，由于它们对环境的严重破环，发展环境友好的“绿色发泡剂”已成为学界一致的方向。其中，二氧化碳发泡技术具有其独特的优点：不燃，消耗臭氧潜能值(ODP)为0，环保，有丰富的自然资源；价廉，可降低发泡生产的成本。其完全符合绿色发泡剂的要求。因此，该技术是目前世界上发展较快的传统发泡剂替代技术。专利CN101942055A报道了利用超临界二氧化碳发泡制备一种无规共聚物泡沫材料，其发泡方式绿色环保，有效提高了二氧化碳在发泡体系中的溶解度，制得的材料密度低，泡孔尺寸小，泡孔密度高。专利CN102010517A报道了利用超临界二氧化碳技术制备硅橡胶泡沫材料的方法，得到了泡孔孔径小、泡孔密度大、泡孔分布均匀及泡孔壁结构稳定的硅橡胶泡沫材料。上述两种方法，虽然在发泡方式上实现了绿色环保，但是最终的泡沫材料因为无法生物降解，所以不能在根本上解决环境保护问题。

随着聚合物材料在日常生活中的大量应用，“白色污染”已成为环境问题中突出的一环，发展生物可降解聚合物材料已势在必行，在泡沫材料领域同样如此。专利CN101880405A报道了一种生物可降解球形多空淀粉泡沫材料的制备方法，得到孔径1-1000nm、直径在200μm以下的泡沫颗粒，用作药物载体，但是，由于其自身结构特点限制了它的应用范围。专利CN101717475A报道了一种生物可降解材料的制备方法，其在酶的作用下生物降解性能优良，一周降解17.6％，但是其发泡温度较高，而且材料制备过程需要经紫外光辐射照射片材，操作比较繁琐，限制了其工业应用。

发明内容

本发明提供了一种既可以利用二氧化碳发泡，又兼具生物降解性能的高产率聚碳酸酯类共聚物发泡材料的制备方法，通过锌-钴双金属氰络合物催化剂的作用下，催化CO₂/PO/第三单体三元共聚反应。利用该方法合成的三元共聚物具有优良的发泡性能、热稳定性、机械性能和一定的降解性能。

由于CO₂/PO二元共聚物PPC泡沫材料相对比较低的玻璃化转变温度，导致材料的泡孔稳定性不是很好。因此，在二元共聚的基础上引入环氧环己烷(CHO)等第三单体后，利用第三单体中的刚性结构来提高聚碳酸酯的玻璃化转变温度和机械性能，从而起到稳定泡孔的作用。

本发明的技术方案为：

一种三元共聚聚碳酸酯发泡材料，该材料在双金属氰络合物催化下，由环氧丙烷(PO)、第三单体和CO₂三元共聚方法合成，其数均分子量为10000～150000，分子量分布为2.0～4.0，聚合物中二氧化碳单元含量为30～48％，通过DSC测试得出玻璃化转变温度为20～80℃，电镜表征得出平均泡孔尺寸在1mm以下，冲击回弹率9～40％。

所述的三元共聚聚碳酸酯发泡材料的合成方法，为以下两种方法之一：

方法一：直接合成法，包括以下步骤：

将双金属氰络合物催化剂置于高压釜中，加入环氧丙烷(PO)和第三单体，通入CO₂保持反应压力为3～12MPa，反应温度为40～150℃，反应3～8小时即得到聚碳酸酯发泡材料；

其中，物料配比为每3～20mg双金属氰络合物催化剂加入反应单体总体积为10ml～60ml，环氧丙烷(PO)与第三单体体积比＝1∶0.1～10。

或者方法二：间歇合成方法：