[发明专利]生物降解高分子复合发泡材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种发泡材料技术领域的制备方法，具体是一种生物降解高分子复合发泡材料的制备方法，即聚己二酸-对苯二甲酸-丁二醇酯(PBAT)与蒙脱土(MMT)复合发泡材料的制备方法。

背景技术

泡沫塑料由于其基体内含有大量泡孔，从而具有质轻、隔音隔热、能吸收冲击载荷、节省材料、降低成本等特性，被广泛应用在包装、建筑、运输、日用品等部门。泡沫塑料主要品种有聚氨酯、聚苯乙烯、聚乙烯三大类。但是，由于聚氨酯、聚苯乙烯、聚乙烯是不可生物降解材料，发泡过程中使用的发泡剂主要为化学发泡剂，对环境有污染。因此，使用对环境友好的物理发泡剂制备一种生物可降解的发泡塑料就尤为必要。

以超临界CO₂和N₂等物理发泡剂为主的物理发泡法得到广泛的重视。超临界CO₂具有无毒、无害、不然、无污染、容易回收和可循环利用等特点，是一种环境友好的绿色试剂。利用超临界CO₂对高分子优异的、并且容易调节和控制的溶胀和渗透作用，通过注射成型、挤出成型或间歇工艺发泡，可以得到泡孔密度高、泡孔直径小且孔径分布均匀的高分子发泡材料制品。由于孔结构的这些特点，使利用超临界CO₂技术发泡的高分子材料的许多力学性能明显优于普通发泡材料和不发泡材料，例如其冲击强度比发泡前提高6～7倍，强度与重量比可提高5～7倍。因此，超临界CO₂技术制备的发泡高分子材料更适合于应用在包装材料、安全头盔、绝缘绝热材料、运动器材中质轻而具有高吸收能量的地方、航天和汽车工业的零部件等。

在高分子材料的加工过程中，为了增强聚合物材料的综合物理性能(抗冲击、抗疲劳、尺寸稳定性及气体阻隔性能等)，同时改善物料加工性能(加工温度、加工压力、加工时间)，经常在高分子材料中加入各种添加剂，如加入增塑剂、成核剂、填充剂、强度调节剂、粘性改性剂等形成复合材料。常用的添加剂有碳酸钙、滑石粉、蒙脱土、二氧化硅、玻璃粉、木纤及乙醇、丁醇、硬脂酸和硬脂酸酯等有机小分子。

经对现有技术的文献检索发现，近年来很多文献涉及到了通过在高分子材料中加入添加剂的手段来调节和改善材料性能，比如专利CN1073907、CN1386125、CN1587305、CN1544513、CN1631950等，研究证明，利用超临界CO₂技术研究了在聚苯乙烯中添加碳酸钙与不添加碳酸钙对聚苯乙烯发泡影响，发现添加碳酸钙后泡孔直径更小、泡孔密度更大。检索中还发现，文献Foam Processing andCellular Structure of Polylactide-based Nanocomposites.Polymer，47：5350-5359(2006)(聚乳酸纳米复合物的发泡过程与泡孔结构，聚合物)研究了聚乳酸/蒙脱土复合物与纯聚乳酸的发泡结构，发现在聚乳酸中添加蒙脱土后明显降低了发泡的泡孔直径，泡孔直径分布更加均匀。但从检索到的文献中可以发现，目前能够使用完全对环境友好的技术生产制备“绿色塑料”非常少见。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种生物降解高分子复合发泡材料的制备方法，利用超临界CO₂溶胀的方法制备PBAT和MMT生物复合发泡材料，满足相关领域发展的要求。本发明使用的超临界CO₂技术是一种对环境友好的“绿色技术”，加入适当的添加剂，一方面可以提高材料性能，另一方面又能进一步降低成本。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明利用螺杆挤出机制备PBAT和MMT复合材料，将复合材料置于超临界CO₂中溶胀后快速卸压，从而成核发泡，制备得到PBAT和MMT生物复合发泡材料。

本发明包括如下步骤：

第一步，将PBAT和添加剂MMT置于螺杆挤出机中共混挤出，挤出后得到PBAT和MMT复合材料。

第二步，将PBAT和MMT复合材料置于超临界状态的CO₂流体中进行溶胀，使得CO₂能够在PBAT和MMT复合材料中大量溶解，同时PBAT和MMT能保持足够的强度和尺寸稳定性，然后通过快速卸压使得PBAT和MMT中的CO₂过饱和，形成热力学上的不稳定性，从而成核发泡，得到PBAT和MMT生物复合发泡材料，该材料中以PBAT基体重量计，添加剂MMT的重量含量为1％～10％。