[发明专利]聚乳酸聚合熔体直接制备聚乳酸发泡制品的方法及装置

说明书

本发明提供了一种聚乳酸聚合熔体直接制备聚乳酸发泡制品的方法，包括：聚乳酸熔体准备、进料和二次挤出处理。所述二次挤出处理，第一阶双螺杆挤出机出口压力为15~17MPa，聚乳酸聚合熔体的进料速度为250kg/h，发泡助剂进料速度为7.5‑10kg/h，发泡气进料速度为2.8‑7.5L/h。本发明的方法不需经过水冷切粒、反复的干燥冷却、升温熔融混炼等过程，避免了对发泡性的影响，既可保证可发泡性能，又可确保品质，能耗节约1/3以上，得到的产品发泡倍率3‑25倍可调，结晶度为40.3‑48.5%，拉伸强度为8.7‑19.6MPa；表观密度0.05‑0.4g/cm³。

技术领域

本发明涉及一种聚乳酸聚合熔体直接制备发泡制品的方法及装置，属于高分子材料应用技术领域。

背景技术

近年来，呈爆发式增长的快递及外卖产业的发展，不仅仅给人们的生活增加了许多便利，其所带来的包装未然问题也日益凸显。外卖平台“饿了么”发布的中国外卖大数据显示，中国市场用户规模达到6亿, 2016年每周最少有4亿份外卖飞驰在中国的大街小巷，至少产生4亿个一次性打包盒和4亿个塑料袋，以及4亿份一次性餐具的废弃，如何处理外卖垃圾，成为当今社会亟待解决的难题。

聚乳酸是一种来源于可再生资源的全生物降解材料，是一种理想的安全、环保包装材料。常规的聚乳酸材料结晶时间长，在常见的吸塑或注塑工艺下，材料不能充分结晶，导致其耐热温度只有50-60℃。更重要的是，聚乳酸本身的价格是普通塑料的2-3倍，普通消费者难以接受，因此市场迟迟难以打开。采用发泡的方式，降低聚乳酸制品的重量，是提高其性价比的一种重要方式。经过发泡后的聚乳酸材料用于替代现有的PS发泡材料、纸浆材料等，具有广阔的市场空间。

常规聚合得到的聚乳酸树脂并不能直接发泡，需要将聚合得到的聚乳酸熔体经冷却造粒、结晶干燥后，再与熔体增强剂、成核剂等助剂经双螺杆挤出机熔融共混，得到可发泡的聚乳酸材料。若要得到聚乳酸发泡制品，需要将可发泡的聚乳酸材料再次干燥、经挤出发泡生产线的螺杆熔融塑化、与发泡气体混合后经模头挤出发泡成型。聚乳酸从聚合完成到制成发泡制品，需要经过造粒-结晶干燥-冷却-除湿干燥-熔融混炼-造粒-干燥-冷却-除湿干燥-熔融混炼-发泡等反复升温、混炼以及降温的过程。聚乳酸的湿热降解能力很差，树脂干燥不彻底、高温高剪切环境很容易导致其分子量下降、粘度降低，材料发黄发脆。尤其是发泡环节，干燥不彻底极易造成破泡、表面粗糙等问题。另外，反复的升降温、切粒、混炼也造成了大量的能源消耗，使生产成本增加，而这些环节又是传统生产工艺中必不可少的，因此聚乳酸制品的成本降低幅度有限，制约了其市场发展。

专利CN106751611A给出的是一种聚乳酸专用发泡树脂的制备方法，是一种相对常规的塑料改性方法，是利用现有的聚乳酸树脂，经过配方改性得到可以发泡的聚乳酸树脂，但不包括聚乳酸发泡工艺。而本专利方法涉及的是一种从聚乳酸熔体直接得到发泡制品的方法，包含了聚乳酸树脂改性-发泡制品生产的整个流程，对传统工艺流程进行了工程集成和缩减。

公开号为CN1600814A的专利提供了一种聚乳酸的发泡方法与其发泡体，与CN106751611A相似，提出了一种聚乳酸专用发泡树脂的制备方法，将聚乳酸和助剂一起混合形成一发泡前驱物，所采用的聚乳酸、脂肪族-芳香族聚酯的共聚物一般是聚合物颗粒，已经过熔融混合，也就是聚乳酸的切片改性工艺，即同样涉及到聚乳酸的升温熔融、降温冷却等过程，同时也简单提出了大概的发泡工艺，但仍然未跳脱传统的聚乳酸树脂切片先改性造粒再挤出发泡的工艺，且发泡工艺十分粗略，没有详细的工艺参数可参考。

授权号为CN103819885B的专利提供了一种聚乳酸发泡材料及其制备方法，是采用聚乳酸切片改性后发泡的方法，而且所采用的改性助剂之一是不可降解的聚烯烃聚合物，所得到的聚乳酸发泡材料只能部分降解，不能完全降解，不是真正意义上的环保材料。