[发明专利]一种高强聚乳酸微孔泡沫材料及其制备方法

说明书

本发明公开一种高强聚乳酸微孔泡沫材料及其制备方法，其特点是首先通过分子设计，采用简便高效的大分子反应性加工方法将具有较低熔点及良好生物可降解性的聚合物链节引入聚乳酸分子链，制备长链支化聚乳酸基嵌段聚合物，在增加聚乳酸分子缠结程度的同时形成具有熔点差异的两相分离结构；在此基础上，利用固相热拉伸联合超临界CO₂发泡技术，通过调控发泡温度(低熔点相熔点附近)远低于拉伸取向温度(介于聚乳酸相与低熔点相熔点之间)，从而使嵌段聚合物分子在取向‑发泡过程中形成并保持高度取向结晶结构而获得高强聚乳酸微孔泡沫材料。

技术领域

本发明涉及一种高强聚乳酸微孔泡沫材料及其制备方法，属于生物可降解泡沫材料和高分子材料加工技术领域。

背景技术

聚合物泡沫材料具有质轻、比强度高、能量吸收性优异等特点而广泛应用于建筑、包装和运输等领域。目前常用的聚合物泡沫材料，如聚苯乙烯(PS)、聚丙烯(PP)等，多以石油基聚合物为基体材料，该类材料难于降解且回收困难，其过度使用引发了一系列石油化工能源危机及生态环境问题。为代替石油基聚合物泡沫材料，实现绿色可持续经济发展，生物可降解聚合物发泡材料的研究引起了广泛关注。

聚乳酸(PLA)是一种可生物降解的脂肪族聚酯，来源于玉米、木薯、高粱等可再生资源，由于其优异的力学性能、良好的生物相容性及加工性能，被认为是最有希望替代石油基聚合物的材料。然而，由于其线性分子结构和缓慢的结晶动力学，聚乳酸在加工温度下通常表现出较低的粘弹性，在发泡过程中，易发生泡孔并聚和破裂，对泡孔生长和泡孔均匀性产生不利影响。CN200310110047.5以异氰酸酯作为扩链剂，通过反应性熔融加工及高温化学发泡制备了抗拉强度为3.6～12.8MPa，断裂伸长率为3.3～5.5％的聚乳酸泡沫材料；CN202010086835.9利用纤维素纳米纤维作为成核剂以改善聚乳酸的结晶性能与熔体强度，进一步采用超临界流体作为发泡剂，通过注塑发泡成型获得密度为0.05～0.7g/cm³的聚乳酸发泡材料；CN201410691587.5以羟基戊酸酯作为增韧剂、以二异氰酸酯及丁二醇作为交联剂、以滑石粉或蒙脱石作为成核剂，采用AC发泡剂在挤出过程中对聚乳酸进行发泡，制得具有较好韧性的聚乳酸泡沫材料，其冲击韧性达3.7～6.7KJ/m²，断裂伸长率达56～91％。然而，上述普通改性方法虽能在一定程度上改善聚乳酸的发泡行为及泡沫体力学性能，但增强效果仍较为有限，难以实现其力学强度成倍提升。

发明内容

本发明的目的是提供一种高强聚乳酸微孔泡沫材料及其制备方法，其特点是以多官能团环氧化合物联合多官能团酸酐或多官能团异氰酸酯化合物作为支化改性剂，并选择熔点(T_m2)远低于聚乳酸熔点(T_m1)的生物可降解聚合物链节作为共聚单元，通过简便易行的反应性加工方法制备具有长链支化结构的聚乳酸基嵌段聚合物，在增加聚乳酸分子缠结程度的同时，形成具有熔点差异的两相分离结构；进一步采用固相热拉伸技术，通过施加拉伸应力场诱导嵌段聚合物分子形成大量取向微纤化结晶结构，随后以CO₂作为发泡剂，采用超临界二氧化碳(sc-CO₂)发泡技术，对其进行发泡处理，利用聚乳酸相与低熔点聚合物相两相间存在熔点差异，调控其固相热拉伸温度介于两相熔点之间(T_m2～T_m1)，而发泡温度在低熔点相的熔点(T_m2)附近，以防止拉伸取向后材料内部高熔点聚乳酸相在随后超临界CO₂发泡过程中解取向的发生，保持其稳定取向结晶结构，同时发泡剂CO₂又可在处于熔融态的低熔点相内形成快速溶解与扩散，进而获得具有高发泡倍率、且泡壁聚合物分子呈高度取向结晶结构的高强聚乳酸微孔泡沫材料。

本发明的目的由以下技术措施实现，其中所述原料分数除特殊说明外，均为重量份数。

高度取向微纤化聚乳酸基嵌段聚合物的制备：