[发明专利]一种生物可降解聚合物珠粒、制备方法及设备

说明书

本发明公开了一种生物可降解聚合物珠粒，其利用一种设备制备而成，该设备包括挤出机和水下切粒系统；用于通过用至少一台挤出机对原料进行预混反应，及反应后进行挤出操作；以及将挤出物注入切粒系统中并控制切粒系统中工艺水的压力和挤出物中发泡剂的饱和蒸气压，得到可发泡/已发泡珠粒。本发明通过选择合适的生物可降解聚合物原料，调节聚合物体系的结晶性能和可发泡性能，以及选择合适的水下切粒工艺条件，调节可降解聚合物珠粒的含气量和发泡倍率等，连续、高效地生产生物可降解聚合物的发泡珠粒。

领域

本发明涉及高分子材料技术领域，特别涉及一种生物可降解聚合物珠粒、制备方法及设备。

背景

在商业化的聚合物轻量化技术中，珠粒发泡技术由于其可制备高倍率、形状复杂的聚合物发泡制品而备受关注。发泡珠粒成型过程中，其通过相互粘结形成具有不规则几何形状和良好尺寸精确性的发泡制品。与此同时，发泡珠粒制品还具有与挤出发泡制品相当的密度和性质，如吸能性、隔热性、隔音性等。因此，珠粒发泡制品可广泛用于保温、包装、家具、玩具以及汽车零件等领域。

PLA的制备原料为玉米秸秆、甜菜等可再生资源，因具有良好的生物相容性和生物可降解性而受到广泛关注。PLA的力学性能优异、可加工性强，且价格相对低廉，主要应用于食品包装、农用薄膜、医疗以及纺织、3D打印等领域，经过改性的PLA可作为耐用品用于电子、汽车配件等领域。PLA已经成为最为重要的一种石油基聚合物材料的替代物。PBAT是另外一种应用广泛的、具有优异生物可降解性的聚合物材料，其由于良好的延展性、抗冲击性而得到广泛应用。

发明US 8283389和WO 2014/15801都采用间歇的釜压法制备生物可降解聚合物的发泡珠粒。其中，发明US 8283389将PLA珠粒置于液态CO₂中静置，以得到CO₂饱和的PLA珠粒。并将饱和的PLA珠粒保持在一定的温度、压力条件下，以阻止珠粒发泡，同时使得含浸的CO₂浓度达到饱和后PLA总质量的5-18wt％。再将饱和后的PLA珠粒置于预发泡温度下进行预发泡。预发泡的珠粒立即或者储存一段时间后，再将其置于模具中进一步发泡、烧结。模具的温度高于预发泡的温度。发明WO 2014/15801是通过在发泡过程中制造双重熔融峰来得到所需三维结构的EPLA泡珠。本发明介绍的制备EPLA泡珠的方法包括以下几步：1.获得未发泡PLA颗粒，2.将未发泡PLA颗粒加热至退火温度，并被发泡剂饱和，3.保持退火温度一定时间，使得PLA颗粒被发泡剂饱和，4.泄压，并将步骤3中得到的被发泡剂饱和的PLA颗粒冷却至室温，得到EPLA泡珠。

发明US 2017/0100861提出了采用风冷切粒的方法连续制备生物可降解聚合物发泡珠粒。发泡过程可采用传统的熔融发泡工艺，如单螺杆和双螺杆挤出过程，并在挤出机模头处切断挤出物，随后冷却。挤出物在机头模面处被切断后仍继续发泡，形成闭合的泡孔结构和连续的表皮结构，即泡珠的表皮上无开孔结构。制得的可降解或者生物基泡珠的密度小于0.15g/cm³，以小于0.075g/cm³为佳，以小于0.05g/cm³为最佳。

现有的关于生物可降解聚合物的珠粒发泡技术中，都只涉及已发泡珠粒的制备。

概述

第一方面，本公开涉及一种生物可降解聚合物珠粒，其利用一种设备制备而成，该设备包括挤出机和水下切粒系统；用于通过用至少一台挤出机对原料进行预混反应，及反应后进行挤出操作；以及

将挤出物注入切粒系统中并控制切粒系统中工艺水的压力和挤出物中发泡剂的饱和蒸气压，得到可发泡/已发泡珠粒。

第二方面，本公开涉及制备生物可降解聚合物珠粒的方法，所述制备方法为在包括有挤出机和水下切粒系统的设备中制备的，所述制备方法包括：