[发明专利]生物降解聚乳酸基聚酯可发泡颗粒及注塑型低密度发泡制品及制备方法

说明书

本发明提供了一种生物降解聚乳酸基聚酯可发泡颗粒及注塑型低密度发泡制品及制备方法。该生物降解聚乳酸基聚酯可发泡颗粒的制备方法包括以下步骤：将生物降解聚合物、生物降解珠粒发泡剂以及成核剂混合后挤出造粒，得到完全生物降解聚乳酸基聚酯可发泡颗粒。该注塑型低密度发泡制品的制备方法包括以下步骤：将所述生物降解聚乳酸基聚酯可发泡颗粒加热熔融后注射进模具，注射完成后保压一段时间，然后开模，得到聚乳酸基聚酯注塑型低密度发泡制品。本发明解决了普通聚乳酸等生物降解聚酯由于粘度低不易发泡的问题，所提供的聚乳酸基聚酯注塑型低密度发泡制品可完全生物降解，并具有良好的可切削性和基本抗冲击性能。

技术领域

本发明涉及一种生物降解聚乳酸基聚酯可发泡颗粒及注塑型低密度发泡制品及制备方法，属于发泡材料技术领域。

背景技术

聚合物发泡材料具有密度小、韧性高、抗冲击性能好、比强度高等优异性能。目前广泛使用的聚合物发泡材料以聚烯烃和聚氨酯等传统塑料为基材，生产过程及废弃后均对环境造成了巨大压力。

聚乳酸作为一种机械强度高、生物相容性好的生物降解塑料，可通过丙交酯开环聚合得到，其原料为生物质来源。聚乳酸被广泛应用于医疗器械、包装材料、日用品等领域。但因为其分子链的线性结构，熔体呈现剪切变稀性质。在加工过程中随温度上升，熔体强度急剧下降，常规的挤出发泡工艺容易导致泡孔塌陷，难以得到高孔隙率、泡孔均匀的发泡制品。同时聚乳酸基材因为半刚性的分子链结构以及较高的玻璃化转变温度，室温下呈现低韧性和高硬度，注塑成型后难以用家用转笔刀等方式切削加工。

CN113845689A、CN113980362A、CN113736128A分别公开了以超临界CO₂作为发泡剂制备的发泡材料。CN111410765A公开了一种生物可降解聚酯发泡珠粒及成型体材料的制备方法，其以聚乳酸、聚对苯二甲酸-己二酸丁二酯作为基体，利用高压水蒸汽作为发泡气体，流体压力达到预定压力后迅速泄压进行一次发泡，再置于高压容器加热得到后续发泡珠粒，成型体密度为0.03～0.15g/cm³。该技术需要特殊的高压设备，且产品不能进行二次发泡加工，特别是注塑成型，其主要用于缓冲包装领域，加入成核剂提高了产品的发泡均匀性。CN110591304A公开了一种能够制备泡孔均匀、发泡倍率高且可生物降解的聚酯发泡材料的制备方法，该方法对可生物降解聚酯进行电子束辐射或γ-射线辐射提高熔体强度，再采用微波烘道发泡或微波炉发泡，得到表观密度0.01～0.20g/cm³的聚酯发泡材料，但是该工艺不便于规模化生产，而且只能准备片材，不能用于注塑成型。CN113736129A和CN113736128A分别引入木质素和结晶度大于等于15％的聚乳酸立构复合晶，以提高泡沫平均孔径，改善生物降解材料的发泡性能。CN110294923A自制了内含低沸点烃类的微球发泡剂，与聚乳酸、聚对苯二甲酸-己二酸丁二酯以及玉米淀粉、木粉等生物基填料共混发泡得到密度0.52～0.81kg/m³的片材，但其微球发泡剂的基体材料不能生物降解。

由此可以看出，目前的聚乳酸基聚酯的发泡工艺主要存在以下技术问题：一是采用超临界CO₂或水蒸气作为发泡剂，对生产设备要求高，工艺复杂，且仅适用于生产密度极低的发泡珠粒成型体，泡孔直径大多在100μm以上；二是为了稳定气泡，许多现有技术需要辐射交联，或引入立构复合晶、木质素晶体等处理步骤，提高熔体强度的同时提高了材料的断裂强度和弹性模量，但不适用于制作易切削加工的聚乳酸基聚酯发泡产品。由于生物降解聚酯的线性结构和低熔体强度，很难采用通常工艺发泡成型。目前少有无需复杂方法或特殊原料提高基体材料熔体强度，采用通用低粘度生物降解聚酯和普通注射成型工艺，适用于生产低密度聚乳酸基聚酯注塑型材的技术，特别是能控制产品硬度、确保产品完全生物降解，不产生微塑料污染，使产品具有良好可切削性和基本抗冲击性能的微孔发泡工艺亟待开发。

发明内容