[发明专利]一种通过预等温冷结晶处理提高聚乳酸发泡倍率的方法

说明书

本发明涉及一种通过预等温冷结晶处理提高聚乳酸发泡倍率的方法，包括以下步骤：1)经熔融挤出或热压，将聚乳酸或其共混物制成无定形或低结晶的坯料；2)将上述坯料进行预等温冷结晶处理，获得具有一定结晶度和结晶形态的预等温处理试样；3)将上述预等温处理试样进行高压气体溶胀渗透，通过快速泄压，制得发泡材料。本发明可有效解决半结晶聚乳酸熔体强度低、可发性差、发泡倍率低的技术难题，调控聚乳酸发泡材料的泡孔结构，且工艺简单、过程绿色、成本低廉，并可进一步扩展聚乳酸发泡材料的应用领域。

技术领域

本发明属于高分子材料加工领域，具体涉及一种通过预等温冷结晶处理提高聚乳酸发泡倍率的方法。

背景技术

高分子发泡材料具有质轻省材、比强度高、减震缓冲、隔热吸声、高效吸附等优良性能，因而在汽车、家电、包装、建筑、医药、航空航天等领域具有广泛应用。然而，现有高分子发泡材料多使用聚苯乙烯、聚丙烯、聚乙烯等石油基塑料为基体，这些材料的大量使用不仅会消耗石油资源，造成严重的石油资源枯竭，也因其难以降解而易造成白色污染等生态环境问题。因此，开发和推广生物基和生物降解高分子发泡材料迫在眉睫。

在众多生物基和生物降解高分子材料中，聚乳酸(PLA)材料技术成熟、成本低、综合性能好。然而，聚乳酸为线形半结晶材料，其结晶慢、熔体强度差、发泡机理复杂、可发性差。难以制备发泡倍率高、泡孔均匀的聚乳酸泡沫。而发泡倍率是材料发泡性能最直观的体现。同时，大倍率发泡材料在隔热、吸附、缓冲等领域具有极大的应用潜力。因此，制备大倍率聚乳酸发泡材料是当前发泡领域的难点和热点问题。

中国专利CN102911392A公布了利用超临界流体CO₂制备辐射改性聚乳酸发泡材料的方法，该发明先将聚乳酸和敏化剂熔融共混制成片材，再将上述片材进行⁶⁰Co-γ射线辐射，最后将辐射后的片材进行超临界CO₂发泡。该发明的工作原理是通过射线辐射提高分子链的交联程度，进而改善聚乳酸的熔体强度，最终提高聚乳酸的发泡性能。但该发明所采用的射线辐射成本较高，且具有一定危险和污染，工作环境要求苛刻。

中国专利CN106751611A公布了一种高熔体强度聚乳酸发泡专用树脂及其制备方法，其原料包括聚乳酸、生物可降解共聚物、扩链剂、熔体增强剂、成核剂和润滑剂。该专利的核心思想是通过扩链提高聚乳酸的熔体强度，进而改善聚乳酸的发泡性能。但该方法涉及多种化学助剂，不仅成本高，而且易造成化学污染，危害操作人员身体健康。

Di Y.等人报道了一种利用扩链剂对商用聚乳酸进行支化改性的方法，支化后改善了聚乳酸的熔体粘弹性，最终发泡倍率可由10倍增加至19倍。但该方法需使用多种扩链剂，成本高且污染大。[Di Y.,et al.Reactively Modified Poly(lactic acid):Properties and Foam Processing[J].Macromolecular MaterialsEngineering,2010,290(11):1083-1090.]

综上所述，为改善聚乳酸的可发性，现有方法多采用扩链剂和射线辐射等手段，对线形聚乳酸进行扩链、支化、交联等链结构层面的改性。然而，现有方法操作复杂、成本高、污染大。同时，结晶等凝聚态结构对聚乳酸发泡同样影响显著，而现有方法忽略了通过热历史设计的方法对凝聚态结构进行调控。通过查阅现有文献资料，也未发现通过预等温冷结晶处理来提高聚乳酸发泡倍率的方法报道。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明的一个目的是提供一种通过预等温冷结晶处理提高聚乳酸发泡倍率的方法。鉴于聚乳酸结晶慢、熔体强度差的问题，本发明通过预等温冷结晶处理，增加基体中的结晶点和结晶度，保证在后续饱和过程中保留更多的有序结构，并形成物理缠结网络，改善熔体粘弹性，进而提高聚乳酸发泡倍率。

为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：

一种通过预等温冷结晶处理提高聚乳酸发泡倍率的方法：具体步骤为：