[发明专利]聚乳酸基共混材料及其制备方法和由其制备发泡材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及高分子材料及其制备技术领域，特别涉及一种聚乳酸基共混材料及其制备方法，以及由其制备发泡材料的方法。

背景技术

目前，人们正努力从可再生资源中制备可生物降解的绿色高分子材料。聚乳酸(PLA)是一种绿色可生物降解材料，由于其具有较高的强度而在许多应用方面代替传统的石油基高分子材料。但PLA固有的脆性限制了其应用范围。

可采用共聚和共混等方法对PLA进行改性以提高其韧性。其中共聚改性的过程复杂、效率低，采用的单体成本高。将弹性体直接与PLA进行共混是一种简便和有效改善其韧性的方法，但通常需要添加较高含量的弹性体(质量含量高于30％)才能获得理想的增韧效果，这无疑会明显降低PLA基体的强度和模量，并降低PLA这种可再生材料的降解性能和对其的利用率，难以充分发挥PLA可生物降解的优点。

目前多数发泡材料采用不可生物降解高分子材料生产。对发泡PLA材料，主要采用化学发泡剂制备，易发生泡孔合并、塌陷等现象，导致泡孔尺寸较大且不均匀，同时发泡材料的发泡倍率较低，并存在化学发泡剂残留等问题，其他助剂的加入可能使发泡PLA材料不能完全生物降解；此外，采用线性PLA进行发泡时，低熔体强度在很大程度上影响其发泡性能，难以控制泡孔结构和尺寸。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种聚乳酸基共混材料，该材料不仅具有较高的韧性，同时也在一定程度上保持聚乳酸材料原有的强度。

本发明的另一目的在于提供一种上述聚乳酸基共混材料的制备方法，该方法原材料易得，工艺简单，且可适用于工业化生产，具有推广价值以及广阔的应用前景。

本发明的又一目的在于提供一种利用上述聚乳酸基共混材料制备发泡材料的方法。

本发明的技术方案为：一种聚乳酸(PLA)基共混材料，主要成分包括PLA、弹性体和扩链剂，PLA与弹性体的质量比为(70～90):(30～10)，以PLA和弹性体的质量和为百分之百计，扩链剂的质量分数为0.2～2.0％。

所述弹性体为热塑性聚氨酯(TPU)、乙烯-辛烯共聚物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物或天然橡胶中的一种。

所述扩链剂为Joncryl-ADR系列的多环氧基寡聚物、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、聚二苯基甲烷二异氰酸酯或六次甲基二异氰酸酯中的一种。

作为一种优选方案，所述PLA与弹性体的质量比为80:20；以PLA和弹性体的质量和为百分之百计，所述扩链剂的质量分数为0.25～1.5％。

上述PLA基共混材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)把PLA、弹性体和扩链剂按配比进行机械混合，形成预混料；

(2)把预混料加入挤出机或注塑机中进行熔融反应共混，制备聚乳酸基共混材料。

所述步骤(2)采用的挤出机为单螺杆挤出机或双螺杆挤出机。

优选地，所述步骤(2)采用的单螺杆挤出机为混沌混炼型挤出机，以提高混炼效率，使PLA和弹性体与扩链剂之间充分反应。

所述步骤(2)中，挤出机或注塑机的螺杆转速为20～200r/min，机筒温度为140～190℃。

由上述PLA基共混材料制备发泡材料的方法，其方案一包括以下步骤：

(1)将制得的PLA基共混材料制备成样品；

(2)将样品置于高压釜腔中；

(3)把超临界流体注入高压釜腔中，使样品在100～230℃的温度和5～30MPa的压力下持续饱和0.5～10h后，再快速将高压釜腔中的压力降至大气压，制得发泡材料。

所述步骤(3)中，超临界流体为超临界二氧化碳或超临界氮气。

所述步骤(3)中发泡PLA基共混材料呈现较均匀和较规则的泡孔结构，泡孔尺寸分布较均匀。

优选地，所述步骤(3)中发泡PLA基共混材料中形成部分连通的泡孔结构，当采用TPU这种生物相容性好的弹性体时，适于用作组织工程的支架材料。

由上述PLA基共混材料制备发泡材料的方法，其方案二包括以下步骤：

(1)将制得的PLA基共混材料加入注塑机或挤出机中进行塑化、熔融，形成熔体；

(2)把超临界流体注入注塑机或挤出机机筒中的熔体内；

(3)在注塑机螺杆或挤出机螺杆的混炼作用下，注入的超临界流体与熔体形成单相溶液，最后注入成型模具或流过成型机头，同时快速释放压力，以形成泡核并使泡孔长大，制得发泡材料。

所述步骤(1)采用的挤出机为单螺杆挤出机或双螺杆挤出机。