[发明专利]生物降解聚合物硬质复合结构泡沫板材的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及聚合物硬质复合结构泡沫板材的制备领域，特别涉及一种以生物降解聚乳酸发泡粒子成型体为芯层的硬质复合结构泡沫板材的制备方法。

背景技术

泡沫塑料是一种内部具有大量泡孔结构的塑料，具有轻质、隔热、隔音、缓冲等性质，根据软硬程度的不同分为软质泡沫塑料、半硬质泡沫塑料和硬质泡沫塑料三种；根据泡孔结构又可分为开孔泡沫塑料和闭孔泡沫塑料。硬质泡沫塑料具有密度低、强度高、刚度高、隔音、防震、耐温等优异性能，因而广泛地应用于汽车、飞机等先进材料领域。泡沫塑料在复合材料方面主要应用于复合材料夹层结构的芯层。复合材料内部填充硬质泡沫塑料芯层可对蒙皮起支撑作用，另外，芯层还能对材料整体强度起加强作用。目前复合材料夹层结构用泡沫主要有硬质聚甲基丙烯酰胺(PMI)泡沫塑料、硬质聚氨酯(PU)泡沫塑料以及硬质聚氯乙烯(PVC)泡沫塑料等。

PMI和PU属于热固性聚合物树脂，不能熔融加工或者溶解加工，因此使用后的材料极难回收。PMI和PU一般采用石油基原料来制备，随着石油价格的不断攀升和石油基原料价格的升高，已导致PMI和PU泡沫塑料的价格也随之猛增。采用生物基原料可以摆脱对石油基原料的依赖，相关的研究得到广泛关注。中国专利申请CN101353411A中公开了一种采用植物油制备硬质聚氨酯泡沫塑料的方法，中国专利ZL200810132276.X公开了一种采用大豆油为原料制备硬质聚氨酯泡沫材料的方法，该方法通过一系列化学反应生成聚醚多元醇，将聚醚多元醇与异氰酸酯等多种组份混合、高速搅拌均匀后发泡，从而制成硬质聚氨酯泡沫材料。该类方法虽采用植物油或豆油为原料，但所制备的泡沫材料是热固性的，存在回收问题。另外，豆油聚醚多元醇存在表面收缩率大、易黄变、易老化以及有异味的问题。

PVC是一种热塑性聚合物树脂，价格便宜，硬质PVC泡沫塑料可以采用熔融加工的方法来制备。不过，回收的PVC制品在熔融加工、焚烧以及物理填埋时会产生有毒物质，这导致硬质PVC泡沫材料很难回收或者回收的费用很高。

硬质苯乙烯(PS)泡沫体板材在某些情况下也被用于制备硬质结构泡沫复合材料。如中国专利申请CN101243123A中公开了一种硬质聚苯乙烯泡沫体板材的制备。不过，PS的玻璃化转变温度在100℃左右，软化温度在80℃左右，因此很难应用于环境温度高于80-100℃的情况，存在使用温度范围过于受限的问题。

发明内容

本发明提供了一种生物降解聚合物硬质复合结构泡沫板材的制备方法，以热塑性生物降解聚乳酸(PLA)发泡粒子成型体为芯层制备硬质复合结构泡沫板材，制得的硬质复合结构泡沫板材具有优异的机械性能和尺寸稳定性等。

硬质复合结构泡沫板材在加工和使用过程中需要具有很高的尺寸稳定性，这要求材料在很高的温度下不能发生明显变形。聚乳酸的玻璃化转变温度在50-55℃左右，为了使聚乳酸基发泡材料可以在100-120℃的环境下长时间不变形，这要求聚乳酸基发泡材料必须具有很高的结晶度。本发明发现：高压流体(如超临界流体)可以在聚乳酸微发泡过程中原位诱导和促进结晶度的发展，进一步地，聚乳酸发泡粒子的结晶度可以在水蒸气热成型过程中继续发展，从而可以制备结晶度很高、耐温性能优异的聚乳酸发泡粒子成型体。

一种生物降解聚合物硬质复合结构泡沫板材的制备方法，包括以下步骤：

1)将聚合物颗粒与第一高压流体混合，使聚合物颗粒达到饱和，得到饱和的聚合物颗粒；

2)将步骤1)中饱和的聚合物颗粒置于热空气中发泡，得到聚合物发泡粒子；

3)将步骤2)中得到的聚合物发泡粒子在第二高压流体下载压，得到载压后的聚合物发泡粒子；

4)将步骤3)中得到的载压后的聚合物发泡粒子进行热处理或者直接将步骤2)中得到的聚合物发泡粒子进行热处理，再经冷却、排水和脱模后，得到生物可降解聚合物发泡粒子成型体；

5)以步骤4)中得到的生物可降解聚合物发泡粒子成型体为芯层与蒙皮复合，制得生物降解聚合物硬质复合结构泡沫板材；

所述的聚合物为聚乳酸(PLA)与具有酯基或醚键的聚合物的共混物，聚乳酸、具有酯基或醚键的聚合物与经表面改性或未改性的成核剂三者的共混物或者聚乳酸。含有酯基或醚键的聚合物具有较高的气体溶解度和气体扩散速率，这有助于缩短饱和过程所需时间，提高生产效率。更为重要的是，这些聚合物具有较PLA低的熔点，它们与PLA共混制备的发泡粒子可以在较低的温度下发生晶区熔融，而PLA的晶区则可以保持稳定，这有助于发泡粒子在成型过程形成很强的粘结而又没有发生明显地收缩。