[发明专利]超临界CO2发泡制备介孔二氧化硅/聚乳酸发泡材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超临界CO₂发泡制备介孔二氧化硅/聚乳酸发泡材料的方法。

背景技术

发泡泡沫塑料是一种性能优越的高聚物/气体的复合发泡材料，具有质轻、冲击强度高、比强度高、隔热隔音性好、吸湿性能较强等许多优异的性能。但是目前许多发泡材料都会带来环境问题，聚乳酸作为一种可完全降解的高分子材料，在发泡中应用越来越广泛。

从材料角度考虑，适合发泡的材料通常必须具备一定的特性：低剪切速率下的高黏度、剪切变稀、高的粘弹性。这些特性对泡孔的长大与控制有着非常重要的作用。PLA属于结晶型聚合物，熔体强度不高，并且由于其加工的不稳定性(如热降解、氧化、水解等)，容易造成分子链断裂，使熔体强度进一步降低，这些都不利于发泡。中国专利CN101151310、CN101153088、CN1600814、CN1919926、CN1544525、CN101619158等涉及了聚乳酸的发泡技术。

以超临界CO₂物理发泡剂为主的物理发泡法因其操作可控性和环境友好性而优于化学发泡法。超临界CO₂具有无毒、无害、不燃、无污染、可回收利用等优点，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、容易调节和控制的溶胀和渗透作用，可得到泡孔密度高、泡孔直径小且孔径分布均匀的高分子发泡材料制品。中国专利CN101134359、CN101089033、CN101480831、CN101693533A、CN1817945等涉及了超临界CO₂发泡技术制备发泡材料。但目前国内专利中利用超临界技术制备聚乳酸发泡材料尚处于起步阶段。

介孔材料是一种孔径尺寸介于发泡和大孔之间(2-50nm)，具有很高比表面积(＞700m²/g)的多孔纳米结构材料。介孔二氧化硅的加入既可以起到异相成核作用，还可以提高熔体强度，是改善泡孔形态的有效方法。目前国内关于聚乳酸发泡材料制备的专利技术中，未曾出现介孔二氧化硅充当成核剂制备聚乳酸发泡材料中的应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种超临界CO₂发泡制备介孔二氧化硅/聚乳酸发泡材料的方法，其优点在于发泡工艺简单，所得发泡材料泡孔具有较均一的泡孔尺寸，泡孔密度较大。

本发明采用的技术方案是：

一种超临界CO₂发泡制备介孔二氧化硅/聚乳酸发泡材料的方法，所述方法为：

(1)将聚乳酸与介孔二氧化硅加入到四氢呋喃中，在50-70℃温度下，搅拌0.5-3h，再加入过量乙醇析出粗混物；所述介孔二氧化硅的质量为聚乳酸与介孔二氧化硅总质量的1～12％

(2)将步骤(1)所得的粗混物洗涤、干燥，然后放入平板硫化仪上进行模压成型得到成型的样品；所述模压成型的温度为165-200℃；压力为8-12MPa，保压时间为6-10min；

(3)将步骤(2)所得的成型的样品置于超临界状态的CO₂流体中进行溶胀，控制溶胀温度80-135℃；溶胀压力为10-15MPa，溶胀时间为8-12h；然后快速卸压至常压，再置于冰水浴中定型2-6h，制备得到所述介孔二氧化硅/聚乳酸发泡材料。

进一步，所述聚乳酸为左旋聚乳酸、右旋聚乳酸、外消旋聚乳酸中的一种或两种以上的共混物或两种以上的共聚物，通常重均分子量为10-45万之间。

所述介孔二氧化硅的孔径为2-20nm，比表面积为400-1000m2/g，孔容为0.4-1.8m³/g。

进一步，本发明所述介孔二氧化硅是按照发明申请201010268036.X中的方法制备得到，具体的，所述介孔二氧化硅是以硅酸酯、硅烷或硅酸盐为硅源，以1代至5代的PAMAM树枝状大分子或者1.5代至5.5代的PAMAM树枝状大分子季铵盐为模板剂，通过溶胶-凝胶法制备得到所述氧化硅介孔材料。

更进一步，本发明所述介孔二氧化硅按以下方法制得：