[发明专利]快速结晶的聚L-乳酸及其制备方法、聚乳酸发泡材料及其制备方法

说明书

本发明提供了本发明提供了一种快速结晶的聚L‑乳酸，所述聚L‑乳酸具有封端基团；所述封端基团包括苯环结构、碳原子数大于等于4的碳链结构与聚环氧烷结构中的一种或多种。本发明以具有成核效果的基团作为封端基团，使得到的聚L‑乳酸具有快速结晶的特点。进一步地，本发明提供了一种聚乳酸发泡材料，由以下原料形成，所述原料包括：上述的聚L‑乳酸；PLLA‑b‑PDLA嵌段共聚物；气泡成核剂。本发明利用具有封端基团的聚L‑乳酸提高结晶的速度，同时利用PLLA‑b‑PDLA嵌段共聚物通过立构结晶作用提高发泡材料的整体熔融强度，增加了其在发泡过程中的膜稳定性，从而使发泡材料达到较高结晶度的同时也具有较高的发泡倍率。

技术领域

本发明属于聚合物泡沫材料技术领域，尤其涉及一种快速结晶的聚L-乳酸及其制备方法、聚乳酸发泡材料及其制备方法。

背景技术

聚合物泡沫材料是指以聚合物为基体，内部由无数气泡构成的多孔材料，可以视为以气体为填料的复合材料，具有质轻、隔声隔热、缓冲减震、比强度高等优点，被广泛应用在包装、建筑、运输、日用品等行业。但传统的泡沫塑料品种如聚氨酯、聚苯乙烯和聚乙烯等是以不可再生的石油资源为原料，并且使用后置于自然环境中几乎不能分解，焚烧处理又产生大量有毒有害物质，造成严重的环境污染。为解决这些问题，人们迫切需求一种既与传统泡沫塑料有类似性能并可生物降解的泡沫塑料。

聚乳酸(PLA)是一种可生物降解的脂肪族聚酯材料，综合性能优异并且可生物降解。以PLA替代现有的石油基聚合物，在缓解石油资源日益减少带来的压力同时，有利于环境的保护，所以基于聚乳酸的发泡材料具有显著的优越性和广阔的应用空间。

超临界二氧化碳发泡是一种以CO₂作为发泡剂的物理发泡法，这种发泡方式绿色环保，安全无毒，二氧化碳本身容易回收并可循环利用，已经被广泛应用于通用泡沫材料的制备。由于超临界二氧化碳对高分子材料的溶胀和渗透可调可控，所以用此方法得到的泡沫材料泡孔分布均匀、泡孔尺寸小、泡孔密度高，力学性能好。

尽管如此，由于聚乳酸熔体强度低、结晶速率慢等缺点，在发泡过程中极易发生发泡剂逸散、泡孔塌陷等问题，因此难以工业化制备高发泡倍率聚乳酸泡沫材料。再者，虽然采用发泡的技术方案有利于制备高性能、低克重的材料，对于聚乳酸而言，由于其半结晶的性能，在连续挤出发泡过程中如果维持材料无定形状态，则可以制备发泡倍率20倍以上的材料，同时由于其无定形状态，其耐热使用温度仅60℃左右，而如果在发泡或吸塑成型过程中通过加速结晶的方法制备具有一定结晶度的聚乳酸发泡片材及产品，则由于在泡孔生长过程中伴随着聚乳酸的结晶，膜泡逐渐硬化，难以制备高发泡倍率的聚乳酸片材，实际上制备的耐热聚乳酸发泡材料的发泡倍率一般不超过5倍。

申请号为201310528798.2的中国专利公开了一种聚乳酸/粘土纳米复合材料、发泡制品的方法，发泡倍率高，使用物理发泡剂挤出形成倍率达到5～80倍的发泡制品，发泡制品力学性能良好，可用于包装材料、缓冲材料、保温隔热等应用，安全无毒，可生物降解；申请号为201210032907.7的中国专利公开了一种化学发泡聚乳酸制备方法，此发泡材料制备过程简单，应用范围广泛，可实现生物降解，降解周期较短，制备发泡材料的发泡孔隙率为40％～98％。申请号为201010231424.0的中国专利公开了一种可生物降解聚乳酸发泡材料的制备方法，是将聚乳酸(PLA)和脂肪族-芳香族共聚酯类增韧剂在螺杆挤出机中共混挤出物置于超临界状态的CO₂流体中进行溶胀，使CO₂在共混材料中充分溶解，然后快速卸压使复合材料中的CO₂过饱和，形成热力学上的不稳定性，成核发泡，得到聚乳酸发泡材料。

可见，通过共混改性或加入熔体增强剂可实现聚乳酸材料的高倍率稳定发泡。然而实际应用中，聚乳酸未结晶条件下的耐热温度普通不高，因此如何制备高发泡倍率下的耐热级聚乳酸发泡材料成为面临的新的问题。