[发明专利]一种超临界流体注塑发泡聚乳酸泡沫材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种超临界流体注塑发泡聚乳酸泡沫材料及其制备方法。本发明利用生物填料纤维素纳米纤维来改性制备轻质高强聚乳酸发泡材料，通过利用纤维素纳米纤维作为成核剂来改善聚乳酸材料的结晶性能与熔体性能。将制备的纤维素纳米纤维改性聚乳酸复合材料与超临界流体发泡剂在微孔发泡注塑机中混合均匀，结合开合模发泡装置，进行微孔注塑发泡成型得到全生物基聚乳酸发泡材料。本发明制备了泡孔尺寸均匀、泡孔密度高、性能良好的微孔发泡纤维素纳米纤维/聚乳酸复合材料，且制备方法具有生产效率高、可操作性强、稳定可靠，易于工业化生产等突出优势。

技术领域

本发明涉及高分子材料加工技术领域，具体涉及一种超临界流体注塑发泡聚乳酸泡沫材料及其制备方法。

背景技术

聚乳酸(Polylactide，PLA)是一种热塑性脂肪族聚酯，具有良好的力学性能、加工性能、透明性和独特的阻隔性能。PLA主要通过丙交酯开环聚合得到，来源于可再生资源如小麦、玉米、谷物、稻秆等中的淀粉和糖类。PLA使用废弃后完全可生物降解，最终分解产物为二氧化碳和水，不会对环境产生任何污染，是被广泛关注的绿色环保材料，有望替代传统石油基塑料被广泛应用于各个领域。近年来，聚乳酸发泡材料成为发泡材料领域研究的热点，有望广泛的用于日用品和包装等领域，取代传统的石油基泡沬塑料，解决困扰多年的“白色污染”问题。

然而，PLA的分子链呈现半刚性，导致其熔体强度低、结晶速率慢，可发泡性差，一般在发泡前需要先对PLA进行增强改性。目前提高PLA发泡能力的方法主要有如下三种：第一种方法是在PLA中加入另外一种聚合物形成聚合物共混物，第二组分的加入会在一定程度上改善聚乳酸的发泡性能；第二种方法是改变PLA分子链结构，如通过加入扩链剂和交联剂交联，比如公开号为CN1958668A的专利说明书公开了一种吸塑用聚乳酸泡沫塑料片材及制备方法，特点在于采用化学发泡剂，由挤出机挤出发泡、成型得到。第三种方法是加入填料，这是一种非常有效的改善PLA发泡能力的手段，同时填料的加入能增强PLA泡沫的机械性能。如公开号为CN103554858A的专利说明书公开了一种利用纳米黏土来改善PLA发泡能力的方法，得到了高发泡倍率的PLA发泡制品。但是，这些非生物基填料的加入会影响PLA材料的生物特性，降低材料的可降解性。

值得注意的是，目前PLA泡沫材料的开发还是传统化学发泡剂和物理发泡剂比如烷烃类作为发泡剂，所得泡沫泡孔尺寸大、力学性能差，此外大多数发泡工艺采用间歇式发泡工艺，难以大规模工业化应用。为此，有必要研究一种新的绿色轻质高强PLA泡沫材料的制备方法，以期解决上述问题。

发明内容

针对本领域存在的不足之处，本发明提供了一种超临界流体注塑发泡聚乳酸泡沫材料的制备方法，制备工艺简单，生产效率高，具有良好的工业化前景，且原料完全为生物可降解材料，所得PLA发泡材料泡孔尺寸小、泡孔密度高，泡孔均匀、发泡倍率高。

与纤维素纳米晶相比，纤维素纳米纤维具有更大长径比、更高表面积、以及更易相互交织成网状缠结结构等优点，从而更有利于对聚合物材料的增强以及熔体性能改善，目前还没有利用纤维素纳米纤维来改性制备聚乳酸发泡材料的研究。本发明中纤维素纳米纤维的直径为5～50nm，长径比为100～1000。

一种超临界流体注塑发泡聚乳酸泡沫材料的制备方法，包括步骤：

(1)将干燥的纤维素纸浆放入有机溶剂中然后在室温下搅拌得到改性纤维素纳米纤维(Cellulosic Nanofiber，CNF)浆液，依次用乙醇、去离子水清洗，得到表面改性的纤维素纳米纤维水溶液；

(2)将聚乳酸通过双螺杆挤出机的主加料口加入，再将所述纤维素纳米纤维水溶液由所述双螺杆挤出机的辅助进料口加入，熔融共混挤出，同时通过所述双螺杆挤出机料筒上的排气口排除水蒸气，所得挤出料再次经所述双螺杆挤出机熔融共混，最后经挤出、水下冷却、切粒得到聚乳酸/纤维素纳米纤维(PLA/CNF)复合材料；