[发明专利]含纳米纤维素的聚脂肪酸酯微孔发泡材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及聚合物加工技术领域，具体涉及一种含纳米纤维素的聚脂肪酸酯微孔发泡材料及其制备方法。

背景技术

环境友好概念的推广促进了生物质材料、可再生资源和能源的发展。绿色可降解材料聚乳酸、聚己内酯、聚羟基烷酸酯等具有优良的生物相容性及食品安全性，并能够完全生物降解，应用前景广泛。

绿色材料的微孔发泡塑料不仅具有传统发泡塑料的优点，如：质轻、冲击强度高、比强度高、隔热隔音性好、吸湿性能强等，而且也克服了传统发泡塑料不可再生的不足，减少了处理过程产生的环境污染问题，同时兼具了微孔发泡塑料优异的力学性能。但是单一材料发泡体存在发泡率较低或独立泡孔形态不好、成型较为困难以及成本较高的问题，因此，复合发泡材料是发泡塑料研究中很有前景的一个方向。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种含纳米纤维素的聚脂肪酸酯微孔发泡材料，该发泡材料绿色可降解、无环境负担、材料泡孔密度大、泡孔均匀性优异、阻隔性好、机械性能强、适于推广。

本发明所采用的技术方案为：

一种含纳米纤维素的聚脂肪酸酯微孔发泡材料，由纳米纤维素或纳米纤维素表面改性衍生物、聚脂肪酸酯组成，其中纳米纤维素或纳米纤维素表面改性衍生物的质量百分含量为0.5-20wt％，该微孔发泡材料的泡孔密度大于10⁸个/cm³。

所述纳米纤维素表面改性衍生物(如式1)为甲硅烷基化纳米纤维素或乙酰化纳米纤维素或丙酰化纳米纤维素或丙烯酰化纳米纤维素或甲基丙烯酰化纳米纤维素。

式1，，其中R指：

所述聚脂肪酸酯为聚乳酸或聚己内酯或聚丁二酸丁二醇酯或聚羟基烷酸酯。所述聚乳酸树脂优选为L，D-聚乳酸或L-聚乳酸。所述聚羟基烷酸酯优选为聚3-羟基丁酸酯或聚羟基乙酸酯。

纳米纤维素由含纤维素原料制得，原料中纤维素主要由植物光合作用合成，是用之不竭的可再生天然高分子。近年来，纤维素在科技、医学、技术等领域的应用越来越受到重视。纳米纤维素是指粒径至少在一维方向上等于或小于100nm的纤维素。生物质来源与粒径细化的特征使得纳米纤维素具有优异的性能，首先，纳米纤维素可在自然界中降解，其次，纳米纤维素具有非常高的强度，强度系数相较于纤维素有数量级的增加，最后，纳米纤维素具有巨大的比表面积，表面能和活性的增大产生了小尺寸、表面或界面、量子尺寸、宏观量子隧道等效应，在物化性质方面表现优异，对材料的电学、光学、磁力学、绝缘学甚至超导性都会有明显的改善。由此可见，纳米纤维素可广泛应用于生物、医学、造纸工业、食品工业、复合物材料等方面。

纳米纤维素是一种生物质纳米粒子，与聚脂肪酸酯共混后，可以作为泡孔成核剂诱导异相成核，显著改善材料的发泡性能，同时也能改善材料的机械性能和热性能。检测表明，本发明含纳米纤维素的聚脂肪酸酯微孔发泡材料的泡孔密度大、泡孔均匀性优异，由该材料制成的产品阻隔性好，机械性能好。

本发明所要解决的另一技术问题是提供上述含纳米纤维素的聚脂肪酸酯微孔发泡材料的制备方法，该制备方法操作方便，简单易行，所得发泡材料绿色可降解，无环境负担，材料泡孔密度大，泡孔均匀性优异，适于推广。

该含纳米纤维素的聚脂肪酸酯微孔发泡材料的制备方法按以下步骤进行：以有机溶剂为溶剂、纳米纤维素或纳米纤维素表面改性衍生物晶体和聚脂肪酸酯为溶质配制溶液，待有机溶剂蒸发后干燥混合物，排除混合物中残留气体，热压成膜，然后超临界二氧化碳发泡。

上述有机溶剂为丙酮、氯仿、二氯甲烷、四氯化碳、N，N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜中的一种。

上述纳米纤维素或纳米纤维素表面改性衍生物晶体为棒状、球状或椭球状，优选为短棒状或椭球状。

上述纳米纤维素或纳米纤维素表面改性衍生物晶体长为30-2000nm，直径为5-40nm，优选为长60-1000nm，直径15-30nm。

上述以有机溶剂为溶剂、纳米纤维素或纳米纤维素表面改性衍生物晶体和聚脂肪酸酯为溶质配制溶液的方法为首先配制纳米纤维素或纳米纤维素表面改性衍生物的有机溶液，然后将聚脂肪酸酯置于有机溶液中，于30-50℃下磁力搅拌2-5h，至聚脂肪酸酯完全溶解，形成均匀溶液。低温时磁力搅拌时间较长，高温时，磁力搅拌时间适当减少。

上述有机溶剂蒸发后充分干燥的方法为真空干燥，真空干燥时间为10-15h。干燥时间增长对最终材料的性能影响不大。