[发明专利]一种高强度高缓冲POSS杂化聚乳酸发泡材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚乳酸发泡材料的制备方法，尤其涉及一种通过缩聚反应及POSS增容改性制备的具有高强度和高缓冲性的发泡材料的制备方法。

背景技术

塑料材料虽然拥有较优异的性能和广泛的适用性，但其来源于石油产品且无法降解，在资源危机和环境污染越发严重的今天，寻找性能优良且可再生的替代材料则成为目前材料领域研究的重中之重。在缓冲包装领域，聚苯乙烯发泡材料（EPS）因其优良的成型能力，发泡倍数和缓冲性能占据了缓冲包装材料的大部分份额。而聚乙烯发泡材料（EPE）虽然其缓冲性一般，但成本低廉，也被广泛应用于对缓冲性要求低的包装领域。但随着人们环保意识的增强，由塑料的非降解性所带来的“白色污染”已经成为日益严峻的问题,因发泡塑料如聚苯乙烯不易腐烂分解,燃烧时会散发有害气体、造成环境污染且用于聚苯乙烯发泡剂的氟氯碳化物(CFC8)会破坏大气臭氧层,危害生物，在欧洲及美国部分地区，已明令禁止使用EPS。找到一种制备工艺简单，性能优良，环境友好的发泡塑料替代材料及其可工业化的发泡成型的方法则成为材料科学领域的一大课题。在国内外，一些研究者在此领域进行了探索研究，但在工艺实现及材料的性能方面仍存在较大缺陷，如只可采用部分可降解材料制备发泡塑料，降解后仍存在破碎的塑料颗粒；全降解发泡材料发泡倍率不足，在高发泡倍率后成型能力差，缓冲性差，且成型困难等。而一般的可降解发泡材料由于大量淀粉的使用，还导致易吸水，即容易造成霉变也容易导致力学性能的大幅下降。如可找到一种具有良好力学性能，且具有优异阻隔性和防水性的环保发泡材料，无疑将具有巨大的市场潜力。

在目前的可降解材料中，淀粉因其便宜的价格和广泛的来源已被深入研究并通过改性与复合制备了多种生活与工业用品，如淀粉基膜、淀粉餐具等。但淀粉有其天然的缺陷，它的力学性能差，性能不稳定，只能运用于对力学性能要求低的领域。而聚乳酸的出现改变了这一现状。聚乳酸（PLA）是脂肪族聚酯，以乳酸（2-羟基丙酸）为基本结构单元。PLA可通过发酵玉米等天然原料制得，也可采用乳酸缩聚制得。PLA及其终端产品可在堆肥条件下自然分解成为CO₂和水，降低了固体废弃物排放量，是一种绿色环保的生物来源材料。PLA具有类似于聚苯乙烯的力学特性，弯曲模量和拉伸强度较好，但热稳定性和抗冲击性能差，在热成型加工过程中存在熔体黏度低的缺陷，限制了它的应用。在改善了这些缺点后，PLA将可有望作为塑料材料的最佳替代品可被运用于工业、民用领域。在PLA的应用中，通常在采用不同物质如淀粉、聚己内酯、EVA等增韧后以替代普通塑料。而聚乳酸由于其特性，如可作为发泡材料也极具前景。在此类研究中，CN1544525公布了一种可生物降解的聚乳酸泡沫塑料制备方法，即在发泡过程中加入过氧化物交联聚乳酸，CN103642185A公布了一种聚乳酸泡沫材料及其制备方法，此专利采用水为发泡剂，加入了少量成核剂，通过水发泡来实现材料的环保性。CN103242632A也公布了采用加入交联剂、成核剂来实现聚乳酸发泡的技术。CN1600814公布了一种聚乳酸、脂肪族－芳香族聚酯的共聚物、成核剂、内滑剂与外滑剂混合后的发泡技术。但总体而言，对于聚乳酸发泡材料而言，如何综合平衡材料的强度和韧性，并保证发泡过程的均匀，仍然是需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的是为了克服聚乳酸发泡材料的脆性大，缓冲性差，不易成型的缺陷，提供一种具有优异强度和缓冲特性的聚乳酸发泡材料的制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种高强度高缓冲POSS杂化聚乳酸发泡材料的制备方法。该发泡材料由主料及辅料组成，主料包括端羟基聚乳酸，热塑性弹性体聚氨酯，聚乳酸，辅料包括相容剂八臂马来酰胺酸基笼状倍半硅氧烷，缩聚催化剂钛酸四丁酯、及助剂抗氧剂、塑化剂、抗紫外线剂。在主料中，端羟基聚乳酸的质量比例介于45-65%之间，热塑性聚氨酯弹性体的质量比例介于25-45%之间，聚乳酸的质量比例介于10-20%之间。辅料中八臂马来酰胺酸基笼状倍半硅氧烷的用量为主料中端羟基聚乳酸质量的3.5-6%，缩聚催化剂钛酸四丁酯的用量为主料中端羟基聚乳酸质量的0.5-1.5%，抗氧剂、增塑剂、抗紫外线剂的质量分数介于主料质量的1-2%之间。