[发明专利]一种核壳结构的可发性聚乳酸复合微粒、发泡珠粒及其成型制件的制备方法

说明书

本发明通过结构设计与高效共挤技术，提供一种核壳结构的可发性聚乳酸复合微粒、发泡珠粒及其成型制件。复合发泡珠粒的外层为生物可降解弹性聚酯皮层，主要成分为具有生物可降解性的高韧性热塑性共聚酯弹性体，为复合发泡珠粒提供良好的回弹性与耐冲击性能。复合发泡珠粒的内层为生物可降解聚乳酸发泡芯层，压缩强度高，收缩率小，尺寸稳定性好。使用所述生物可降解聚乳酸复合发泡珠粒制备的成型制件具有成型能耗低的优势，同时此类制件兼具优异的回弹性、耐冲击性能和尺寸稳定性，是对尺寸有严格要求，同时又有缓冲保护需求的大型百寸以上液晶屏幕、大型精密电子器件等大尺寸制件的理想绿色包装材料。

技术领域

本发明涉及一种核壳结构的可发性聚乳酸复合微粒、发泡珠粒及其成型制件的制备方法，属于生物可降解材料领域。

背景技术

据统计，目前全球年生产塑料超过3.3亿吨，很多泡沫塑料制品使用后成为垃圾被随意丢弃，部分甚至流入海洋和地下水系统，这对人类赖以生存的自然环境造成了严重的污染和危害。

因此，开发绿色无污染、性能优越的生物可降解发泡轻质材料来替代上述传统的泡沫塑料，推动产业向高端化、绿色环保化的转型升级，已经迫在眉睫。

发泡聚乳酸作为一种绿色环保的生物可降解材料，在解决环境污染，推进节能减排和“碳中和”，推动可持续发展中具有重要的意义。目前，制备发泡聚乳酸的方法主要分为连续挤出发泡和间歇性模压发泡。连续挤出发泡是通过在挤出机中添加物理/化学发泡剂、交联剂、润滑剂等，使得聚乳酸在连续挤出过程中发泡，产品为片状结构。间歇性模压发泡是将一定大小的聚乳酸片材置于密闭的模具中，制得发泡聚乳酸片材。

但不管采用挤出发泡或是模压发泡的方法，由于工艺条件的限制，所制得的发泡聚乳酸及其复合材料的发泡倍率较低(5-15倍)，产品密度较大(≥80g/L)，缓冲回弹性能不足，且挤出件的形状可变自由度小，应用范围受到较大的限制，仅在一次性餐具，简易包装等领域有少量应用。

用高温高压间歇式反应釜发泡法可以制备较高倍率(发泡15～30倍)的聚乳酸发泡制件。但主要存在的问题有：1.由于聚乳酸材料本身的硬度很高，即使制成30倍的发泡制件，制件整体的回弹性比较差，耐冲击保护性能较弱，在一定程度上限制了发泡聚乳酸材料的使用范围。2.聚乳酸材料的熔体强度较差，在釜式水相发泡体系中，易高温水解。发泡后的珠粒破孔率会有显著的增加。较高的破孔率会严重影响聚乳酸发泡材料的成型性能，导致材料不能成型或成型后的制件收缩严重。

发明内容

本发明的目的是通过结构设计与高效共挤技术，制备一种核壳结构的可发性聚乳酸复合微粒、发泡珠粒及其成型制件。所述聚乳酸复合发泡珠粒为核壳结构，其外层为生物可降解弹性聚酯皮层，主要成分为具有生物可降解性的高韧性热塑性共聚酯弹性体，为聚乳酸复合发泡珠粒提供良好的回弹性与耐冲击性能。所述聚乳酸复合发泡珠粒的内层为生物可降解聚乳酸发泡芯层，压缩强度高，收缩率小，尺寸稳定性好。成型后的制件兼具优异的回弹性、耐冲击性能和尺寸稳定性，是对尺寸有严格要求，同时又有缓冲保护需求的大型百寸以上液晶屏幕、大型精密电子器件等大尺寸制件的理想包装材料。

此外，所述聚乳酸复合发泡珠粒具有良好的成型性能，且成型蒸汽压力低。相较于发泡聚丙烯的2-4kPa蒸汽压力，所述聚乳酸复合发泡珠粒仅在0.8-1.2kPa的蒸汽压力下就能充分烧结融合，这大幅降低了成型能耗，达到了节能环保的目的。同时，由于皮层和芯层都为生物降解材料，所制成的制件在使用后可以完全生物降解成水和二氧化碳，没有环境污染，减少石化资源的消耗。

在所述核壳结构的可发性聚乳酸复合微粒中，所述生物可降解弹性聚酯皮层占复合微粒总质量的5-30wt％，所述可发性聚乳酸芯层占复合微粒总质量的70-95wt％。更优选的是，所述生物可降解弹性聚酯皮层占10-20wt％，所述可发性聚乳酸芯层占80-90wt％。所述生物可降解弹性聚酯的熔点不高于所述聚乳酸的熔点。