[发明专利]一种改性聚乙烯醇泡沫塑料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及泡沫塑料技术领域，尤其涉及一种改性聚乙烯醇泡沫塑料及其制备方法。

背景技术

日前废弃塑料污染不断地增长，天然纤维和可生物降解聚合物在生产和废弃物处理中得到人们的广泛关注并逐渐取代传统塑料。在制备天然纤维增强可生物降解聚合物复合发泡材料中，微纤化纤维素(MFC)具有多尺度纤维直径和高长径比，其高强度和刚度以及可生物降解等特性越来越受到关注。将木浆纤维悬浮液通过具有高压差的机械均质器获得微纤维化，Turbak等首次制备和定义了微纤化纤维素。而同样受到广泛关注的纳米原纤化纤维素(NFC)的获得则需要化学或酶预处理，需消耗大量能源，目前仅处于实验室制备阶段。

如前所述，可生物降解复合发泡材料引起了研究者极大的关注。绿色聚合物如聚乙烯醇，是目前商业上使用最广泛的可水解聚合物，它易溶于水而形成聚乙烯醇水凝胶。强极性的聚乙烯醇不仅具有良好的离子交换性能、物理吸附性、耐溶剂性、生物相容性以及与多种材料的良好相容性等优点，在制备过滤和吸附材料、隔音隔热材料以及复合泡沫材料等方面具备突出优势。有关天然纤维/聚乙烯醇复合发泡材料的研究工作已有报道：Avella等利用物理法制备可循环使用且含量不同的多层纸箱纸浆(MC)/聚乙烯醇基复合发泡材料。纤维与聚乙烯醇良好的界面相容性使复合发泡材料的膨胀行为、力学性能以及热稳定性均得到提高，与此同时，随着MC含量的增加，泡孔尺寸减小进而力学性能提高。然而，聚乙烯醇的降解温度接近其熔融温度，因此需要增塑剂来改善加工性能，防止在加工过程中产生热降解。Srithep等用水或二氧化碳作为物理发泡剂研究了间歇式升温法NFC/PVOH复合材料发泡行为。研究结果表明，只有高水分含量的样品在二氧化碳的作用下才形成均匀的泡孔。干燥的纯PVOH和MFC复合材料在二氧化碳作为发泡剂的情况下，由于纳米纤维复合材料在常温下具有很高的强度，阻碍了气泡生长并降低泡孔尺寸，因此在扫描电镜照片中并没有观察到泡孔结构。以上研究工作说明，使用不同增塑剂和不同成型方式制备的天然纤维/聚乙烯醇复合发泡材料均未获得高发泡密度且泡孔形貌均匀的聚乙烯醇发泡材料。

如何改善天然纤维和聚乙烯醇的复合材料性能，得到一种高发泡密度的天然纤维/聚乙烯醇微发泡复合材料，对于丰富可生物降解复合发泡材料具有重要的意义。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种改性聚乙烯醇泡沫塑料及其制备方法，所述改性聚乙烯醇泡沫塑料具有可生物降解性能，同时满足泡沫塑料对于力学和加工性能的要求。

本发明提出的一种改性聚乙烯醇泡沫塑料，按重量份包括以下原料：

所述改性聚乙烯醇的制备工艺包括：将聚乙烯醇加水浸泡，升温，搅拌至溶解完全，加入氢氧化钠溶液，调节pH值为10-11，加入硅烷偶联剂，升温，搅拌，加酸调节至pH为7-8，减压蒸馏，得到改性聚乙烯醇；

制备所述改性聚乙烯醇泡沫塑料包括：将改性聚乙烯醇加入水中，加热至70-80℃，保温搅拌0.5-1h，加入微纤化纤维素继续搅拌0.5-1h，降温至50-60℃，加入成孔剂、表面活性剂、增稠剂和填料，搅拌1-2h得到悬浮液，将所述悬浮液迅速倒入模具中在20-30℃干燥56-70h，取出后送入50-70℃真空干燥箱中，干燥40-48h，得到塑料初品；将所述塑料初品加入间歇式发泡高压釜中，抽真空，在温度为180-200℃，压力为10-11MPa的条件下，连续注入超临界二氧化碳气体0.5-1h，泄压，将所述高压釜浸入-10-0℃水池中0.2-0.5h，打开高压釜，得到所述改性聚乙烯醇泡沫塑料。

优选地，所述改性聚乙烯醇的制备工艺包括：按重量份将聚乙烯醇100份加水浸泡1-3h，升温至80-100℃，保温搅拌至溶解完全，加入25-30wt％的氢氧化钠溶液，调节pH值为10-11，搅拌0.5-1h，加入硅烷偶联剂3-8份，以2-3℃/min的升温速率升温至100-120℃，搅拌反应1-3h，冷却至室温，加酸调节pH为7-8，减压蒸馏，得到所述改性聚乙烯醇。

优选地，所述硅烷偶联剂为KH-560。

优选地，所述成孔剂为塑化淀粉，制备所述塑化淀粉包括：将淀粉加水后，加热至70-90℃，糊化反应0.5-1h后，再加入塑化剂进行塑化处理0.5-1h，得到所述塑化淀粉；优选地，所述淀粉为麦类淀粉、薯类淀粉、玉米淀粉中的一种或多种；所述塑化剂为乙二醇、丙三醇、二甲基亚砜、水和尿素中的一种或多种。