[发明专利]一种水溶性聚乙烯醇泡沫及其制备方法

说明书

本发明公开一种水溶性聚乙烯醇泡沫及其制备方法。水溶性聚乙烯醇泡沫包括聚合度为1300～1700的相对低分子量聚乙烯醇和聚合度为3500～6500的相对高分子量聚乙烯醇，二者的质量比由公式确定：(DP_H/DP_L)^1.4≤W_L/W_H≤(DP_H/DP_L)^1.8。将聚合度不同的聚乙烯醇按照特定比例混合，然后在特定温度和压力范围的二氧化碳中通过一系列流程可制备出结构与性能优良的水溶性聚乙烯醇泡沫。本发明方法不仅避免了常规技术添加大量非聚乙烯醇物质造成制品水溶性下降、性能不稳定、使用过程中易析出等问题，而且配方和工艺相对简单，操作性强，具有较高的应用前景。

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，涉及一种水溶性聚乙烯醇泡沫及其制备方法。

背景技术

聚乙烯醇(PVA)是目前生产规模最大的水溶性高分子材料之一，具有良好的力学性能、物理吸附性、耐有机溶剂性、生物相容性和生物降解性、环境友好等综合性能，在造纸、纺织、过滤、吸附、医疗卫生、日用品等领域广泛应用。我国是世界上PVA原料及制品的主要生产国和消费国，以PVA为原料研发化纤、薄膜、泡沫等高技术制品对于促进PVA产业发展、提高产品附加值等具有重要意义。

众所周知，PVA分子结构含有丰富的羟基，形成较强的氢键。因此，针对PVA的主流加工方法是添加水、醇类、己内酰胺等物质，通过增塑作用降低PVA的熔点，从而克服其熔融温度与分解温度过于接近的缺陷。PVA可以加工成泡沫材料，用于包装、医疗、清洁、过滤、重金属吸附等领域。但常规PVA的熔体强度不适合于泡孔生长，需要添加醛类、硼酸类等交联剂，在酸催化剂的作用下交联固化，同时添加表面活性剂、成孔剂、发泡剂等助剂或施加机械搅拌引入空气，生产出开孔或闭孔的PVA泡沫。显然，此类涉及交联反应的方法在配方和工艺上都较为复杂，不利于生产结构、性能稳定的制品。同时，采用甲醛、硫酸等助剂，容易造成污染或有害物质残留。PVA体系交联后其分子结构中的羟基数量减少，水溶性(或亲水性)下降，在自然环境中的降解速率减慢甚至丧失可降解性。

针对上述问题，近年来提出了许多新的制备PVA泡沫的方法。例如，公开号为CN1935881A的中国发明专利申请提出以淀粉、多元醇和含水PVA的混合物为原料，通过熔融挤出造粒得到粒料，然后将粒料与发泡剂混合，制备得到发泡倍率和压缩强度良好的泡沫制品；吴雄等[塑料，2006年，第35卷，第4期，34-37]报道了采用发泡剂、碳酸钙成核剂为助剂在较高温度(215℃～225℃)下制备PVA泡沫的方法；公开号为CN104371141A的中国发明专利申请利用定向冷冻铸造法，将纳米纤维素晶须悬浮液和PVA溶液混合，以水为载体，通过冰晶的定向生长制备定向多孔结构的PVA泡沫；公开号为CN104817798A的中国发明专利申请提出一种含有PVA的发泡板材及其制备方法，将质量百分比为40％～50％的PVA、10％～50％的聚乙二醇、3％～5％的低分子量PVA、5％～30％的甘油以及竹纤维等混合得到第一混合发泡物质并发泡造粒，然后将其与发泡剂进行混合，得到第二混合发泡物质，进一步发泡、定型后得到发泡板材。

可见，通过不使用甲醛、硫酸等助剂的非交联反应方式制备PVA泡沫已受到重视，这一方面改善了生产过程及最终产品的环境友好性，另一方面可最大程度地保持PVA本身水溶性、无毒无害、可生物降解等优势。但目前已公开的方法大多借助水、甘油等物质对PVA进行增塑，这些增塑物质残留在最终泡沫产品中，在使用过程中可能析出，不利于产品的长期使用稳定性；此外，对于PVA泡孔尺寸、结构的控制依赖于添加碳酸钙等成核剂，造成制品的密度升高，同时泡沫的成型工艺窗口较窄。因此，有必要开发新的水溶性PVA泡沫及其制备方法以满足新兴市场对此类产品的需要。

发明内容

本发明的第一个目的是针对上述技术现状，提供一种水溶性聚乙烯醇泡沫。