專利名稱：全降解聚甲基乙撐碳酸酯發(fā)泡材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種全降解發(fā)泡材料及其制備方法。更具體地說，本發(fā)明涉及全降解聚甲基乙撐碳酸酯發(fā)泡材料的制備方法。
背景技術(shù)：
眾所周知，泡沫塑料是一種以塑料為基體，氣體為填料的復合材料，與純塑料相比，它具有質(zhì)輕，比強度高，能吸收沖擊載荷和隔熱隔音等許多可貴的性能，因此，在汽車，電子，化工以及人們生活的各個領(lǐng)域都有非常廣泛的使用。
全世界每年因燃燒化石燃料及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程產(chǎn)生的二氧化碳超過240億噸，其中只有150億噸被植物吸收，其余90億噸殘留于大氣中，由此導致大氣中二氧化碳的濃度每年增加1ppm(1999年已達345ppm)，造成了日益嚴重的“溫室效應(yīng)”。因此如何高效利用二氧化碳已經(jīng)成為世界范圍內(nèi)日益受到重視的問題。其中通過將二氧化碳和環(huán)氧丙烷共聚來制備聚甲基乙撐碳酸酯塑料是全世界科學家非常有興趣的一個領(lǐng)域，但因為此合成反應(yīng)中催化劑的效率一直較低，如韓國的M.Ree，他研發(fā)的戊二酸鋅催化劑的最高催化效率僅為64-70g共聚物/g催化劑，幸運的是，中山大學的孟躍中教授等利用負載型戊二酸鋅催化劑獲得了更高的催化效率，最高達到了175g共聚物/g催化劑。所合成的聚甲基乙撐碳酸酯塑料起始分解溫度在200℃以上，5％失重溫度(TGA-5％)在250℃以上，表明共聚物可以在一個較寬的溫度范圍內(nèi)進行常規(guī)的熱加工而不用考慮其熱分解。對合成的聚甲基乙撐碳酸酯塑料進行了應(yīng)力-應(yīng)變的性能測試，發(fā)現(xiàn)其具有高達29.5MPa的屈服強度和1.45GPa的拉伸模量，而且有著高達1200％的應(yīng)變。這些行為與PP和PE的力學行為極其相似，表明合成的共聚物具有很好的機械性能。所有這些成果使得聚甲基乙撐碳酸酯塑料的工業(yè)化成為了可能。
聚甲基乙撐碳酸酯塑料作為完全可降解材料，開發(fā)其成為發(fā)泡材料，并將其用來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的不可降解材料用于食品包裝、工業(yè)產(chǎn)品包裝等相關(guān)領(lǐng)域，必將具有非常顯著的經(jīng)濟和社會效益。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種全降解聚甲基乙撐碳酸酯發(fā)泡材料及其制備方法。
更具體地說，本發(fā)明提供的方法是共混樹脂擠出法。所述的共混樹脂擠出法是將全降解塑料聚甲基乙撐碳酸酯、化學發(fā)泡劑、發(fā)泡助劑、加工助劑、填料和顏料攪拌混合，制成粉狀混合原料物料后，經(jīng)密煉，切成細條或顆粒，再在螺桿擠出機中，經(jīng)機頭擠出成片材后，送入烘道，在烘道內(nèi)，于160℃-220℃溫度下，經(jīng)塑化熔融和發(fā)泡后，冷卻和切割制得全降解聚甲基乙撐碳酸酯發(fā)泡材料。
本發(fā)明方法中所用的原料配方是配方 重量份聚甲基乙撐碳酸酯樹脂 100，增塑劑2-40，發(fā)泡劑1-20，交聯(lián)劑0.1-5，勻泡劑0-10，填料 0-50，熱穩(wěn)定劑 0.5-10。
上述配方中還可以加進顏料，如白色顏料鈦白粉、鋅鋇白等，紅色顏料氧化鐵紅、酞菁紅等，也可以是綠色顏料如酞菁綠等，顏料的用量為0-5％。
本發(fā)明方法中所用的原料全降解聚甲基乙撐碳酸酯樹脂是由環(huán)氧丙烷與二氧化碳交替共聚的產(chǎn)物。
在本發(fā)明方法中所用的增塑劑是十分重要的。本發(fā)明方法中所用的增塑劑選自由鄰苯二甲酸二正丁酯、鄰苯二甲酸二正辛酯、鄰苯二甲酸二正癸酯、鄰苯二甲酸二烯丙酯、鄰苯二甲酸二乙酯、鄰苯二甲酸二庚酯、鄰苯二甲酸二苯酯、鄰苯二甲酸二甲酯、鄰苯二甲酸二異丁酯、鄰苯二甲酸二異辛酯、間苯二甲酸二異辛酯或間苯二甲酸二辛酯組成組中的至少一種或其組合。其用量按PPC樹脂為100重量份計，增塑劑為2-40重量份，優(yōu)選為4-35重量份，更優(yōu)選為10-30重量份。當增塑劑用量少于2重量份時，發(fā)泡倍率低，而當增塑劑用量超過40重量份時，發(fā)泡倍率開始降低。這可能是由于體系的粘度過大或過小均不利于高發(fā)泡成型。當然，體系的溫度對高發(fā)泡倍率也十分重要。
發(fā)泡劑的用量是決定泡沫容重和泡孔質(zhì)量的重要因素之一。在本發(fā)明方法中，所使用的發(fā)泡劑是發(fā)氣量大，發(fā)泡效率高的有機發(fā)泡劑。對于共混體系，產(chǎn)品要求達到高的發(fā)泡倍率，選擇高效發(fā)泡劑也十分重要。現(xiàn)有技術(shù)中的發(fā)泡劑可分為(1)偶氮類化合物；(2)N-亞硝基類化合物；(3)酰肼類化合物；(4)尿素衍生物；(5)疊氮化合物等。本發(fā)明方法中所使用的發(fā)泡劑選自偶氮二甲酰胺(AC)、N，N-二亞硝基五次甲基四胺、對甲基磺酰胺、偶氮二異丁腈、4.4｀-氧代雙苯磺酰肼或碳酸氫鈉組成組中的至少一種或其組合。其用量按PPC樹脂為100重量份計，發(fā)泡劑為1-20重量份，優(yōu)選為2-18重量份，更優(yōu)選為9-14重量份。低于1重量份，達不到目的發(fā)泡倍率，高于20重量份，發(fā)泡倍率和泡孔質(zhì)量反而會下降。這是因為發(fā)泡劑在分解過程中會放出熱量的緣故。發(fā)泡劑越多，發(fā)泡越大，產(chǎn)生的熱量就越多。當泡孔一旦形成，泡孔就成了熱的不良導體，它使得熔體粘度和熔體張力下降，這時并泡破泡大大增加，所以發(fā)泡倍率反而下降。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，交聯(lián)劑是共混體系的重要組分，在本發(fā)明的方法中所使用的交聯(lián)劑選自過氧化二異丙苯(DCP)或過氧化苯甲酰，其用量按PPC樹脂為100重量份計，交聯(lián)劑為0.1-5重量份，優(yōu)選為0.5-4重量份，更優(yōu)選為1-3重量份。
勻泡劑可使發(fā)泡均勻，在本發(fā)明中使用也可不使用勻泡劑。如果使用，其用量按PPC樹脂為100重量份計，發(fā)泡劑為0-10重量份，優(yōu)選為1-9重量份，更優(yōu)選為3-8重量份。勻泡劑選自由甲基硅油、苯基硅油、甲苯基硅油或含氫硅油組成組中的至少一種或其組合。
由于聚甲基乙撐碳酸酯分子鏈本身的缺陷，致使聚甲基乙撐碳酸酯分子的熱穩(wěn)定性差，為了使發(fā)泡過程得以順利地進行。本發(fā)明方法中加入了熱穩(wěn)定劑，其用量按PPC樹脂為100重量份計，熱穩(wěn)定劑為0.5-10重量份，優(yōu)選為1-8重量份，更優(yōu)選為3-7重量份。本發(fā)明方法中所使用的熱穩(wěn)定劑選自由金屬皂類，如二月桂酸二丁基錫、馬來酸二正辛基錫、二月桂酸二苯基錫、雙(硫代甘醇酸異辛酯)二正苯基錫或雙(硫代甘醇酸異辛酯)二正丁基錫；復合穩(wěn)定劑，如液體有機鈣鋅復合物組成組中的至少一種或其組合。
在本發(fā)明中所使用的加工助劑除了熱穩(wěn)定劑外，還有潤滑劑，填料和顏料等。它們都是本技術(shù)領(lǐng)域公知的。例如，使用適量的潤滑劑，它選自硬脂酸及其酯類如硬脂酸酯；金屬皂類，如硬脂酸鈣、硬脂酸鈣鋇、硬脂酸鈣鎘、硬脂酸鈣鋅或硬脂酸鈣鉛；烴類，如石蠟，聚乙烯蠟或氧化聚乙烯蠟組成組中的一種或其組合。本發(fā)明方法中使用了填料，按PPC樹脂為100重量份計，熱穩(wěn)定劑為0-50重量份，優(yōu)選為1-40重量份，更優(yōu)選為10-30重量份。填料可選自由滑石粉、二氧化硅、碳酸鈣、云母、高嶺土、二氧化鈦、硅藻土或硅石灰組成組中的至少一種或其組合。
本發(fā)明的方法能以很高的效率，用適宜處理塑料的設(shè)備生產(chǎn)全降解聚甲基乙撐碳酸酯發(fā)泡材料。本發(fā)明的方法是將包括PPC樹脂、增塑劑、發(fā)泡劑和工藝過程中通用的加工助劑等原料，按配方計量后，加入攪拌槽中，在室溫下，以500-1000轉(zhuǎn)/分攪拌原料混合物，使其生成粉狀的混合原料物料。
將制備的粉狀混合原料物料進行密煉，使原料中的各組分充分混合后，然后切成細條或顆粒。
經(jīng)密煉的物料加入螺桿擠出機中，經(jīng)機頭擠出成片材后，送入烘道，在烘道內(nèi)，于160℃-220℃溫度下，經(jīng)塑化和發(fā)泡后，制得全降解聚甲基乙撐碳酸酯發(fā)泡材料，其性能如下厚度 2-8mm外觀白色、微孔、泡沫均勻力學性能拉伸強度 ≥0.2MPa壓縮強度 ≥20KPa實施本發(fā)明方法的裝置是本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)通用的裝置，如雙輥開煉機和高速攪拌機等。
實驗步驟是(1)制備混合原料物料的步驟在攪拌槽內(nèi)，將聚甲基乙撐碳酸酯樹脂，助劑和填料等按配方計量后，加入高速攪拌機，在室溫下連續(xù)攪拌，加入增塑劑，充分混合，制備均勻混合的混合原料物料；(2)密煉步驟將步驟(1)制備的混合原料物料，在120℃-150℃的溫度下進行密煉，使各組分充分混合后，切成細條或顆粒；(3)擠出發(fā)泡步驟將密煉的物料加入溫度為110℃-150℃的螺桿擠出機中，經(jīng)機頭擠出成片，將此片材送入溫度保持在160℃-220℃的烘道內(nèi)連續(xù)加熱發(fā)泡，制得厚度均勻的發(fā)泡片材。
下面用實施例進一步描述本發(fā)明。這些實例是本發(fā)明優(yōu)先的實施方案，不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。
實驗條件如上所述。本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員可在上述的范圍內(nèi)任意選擇。因此，在列舉的實施例表中不再重復。

○表示優(yōu)；□表示良在閱讀上文的描述后，本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員可以對本發(fā)明作出改進或修改，只要不離開本發(fā)明的精神，都在本發(fā)明的范圍內(nèi)，本發(fā)明的范圍有附屬的權(quán)利要求書提出。
權(quán)利要求
1.一種全降解聚甲基乙撐碳酸酯發(fā)泡材料，其特征是該材料各組分的重量份數(shù)如下聚甲基乙撐碳酸酯樹脂100，增塑劑 2-40，發(fā)泡劑 1-20，交聯(lián)劑 0.1-5，勻泡劑 0-10，填料0-50，熱穩(wěn)定劑0.5-10。
2.如權(quán)利要求1所述的全降解聚甲基乙撐碳酸酯發(fā)泡材料，其特征是在該材料中加進顏料，顏料為白色顏料、紅色顏料或綠色顏料，顏料的用量為0-5％重量份數(shù)。
3.按權(quán)利要求1所述的全降解聚甲基乙撐碳酸酯發(fā)泡材料，其特征是增塑劑選自由鄰苯二甲酸二正丁酯、鄰苯二甲酸二正辛酯、鄰苯二甲酸二正癸酯、鄰苯二甲酸二烯丙酯、鄰苯二甲酸二乙酯、鄰苯二甲酸二庚酯、鄰苯二甲酸二苯酯、鄰苯二甲酸二甲酯、鄰苯二甲酸二異丁酯、鄰苯二甲酸二異辛酯、間苯二甲酸二異辛酯或間苯二甲酸二辛酯組成組中的至少一種或其組合。
4.按權(quán)利要求1所述的全降解聚甲基乙撐碳酸酯發(fā)泡材料，其特征是其中發(fā)泡劑選自偶氮二甲酰胺、N，N-二亞硝基五次甲基四胺、對甲基磺酰胺、偶氮二異丁腈、4.4`-氧代雙苯磺酰肼或碳酸氫鈉組成組中的至少一種或其組合。
5.按權(quán)利要求1所述的全降解聚甲基乙撐碳酸酯發(fā)泡材料，其特征是其中交聯(lián)劑選自過氧化二異丙苯DCP或過氧化苯甲酰BPO組成組中的至少一種或其組合。
6.按權(quán)利要求1所述的全降解聚甲基乙撐碳酸酯發(fā)泡材料，其特征是其中勻泡劑選自由甲基硅油、苯基硅油、甲苯基硅油或含氫硅油組成組中的至少一種或其組合。
7.按權(quán)利要求1所述的全降解聚甲基乙撐碳酸酯發(fā)泡材料，其特征是其中填料選自由滑石粉、二氧化硅、碳酸鈣、云母、高嶺土、二氧化鈦、硅藻土或硅石灰組成組中的至少一種或其組合。
8.按權(quán)利要求1所述的全降解聚甲基乙撐碳酸酯發(fā)泡材料，其特征是其中熱穩(wěn)定劑選自由金屬皂類，如二月桂酸二丁基錫、馬來酸二正辛基錫、二月桂酸二苯基錫、雙(硫代甘醇酸異辛酯)二正苯基錫或雙(硫代甘醇酸異辛酯)二正丁基錫；復合穩(wěn)定劑，如液體有機鈣鋅復合物組成組中的至少一種或其組合。
9.如權(quán)利要求1所述的全降解聚甲基乙撐碳酸酯發(fā)泡材料的制備方法，其特征是該方法的步驟如下(1)制備混合原料物料的步驟在攪拌槽內(nèi)，將聚甲基乙撐碳酸酯樹脂，助劑和填料等按配方計量后，加入高速攪拌機，在室溫下連續(xù)攪拌，加入增塑劑，充分混合，制備均勻混合的混合原料物料；(2)密煉步驟將步驟(1)制備的混合原料物料，在120℃-150℃的溫度下進行密煉，使各組分充分混合后，切成細條或顆粒；(3)將密煉的物料加入溫度為110℃-150℃的螺桿擠出機中，經(jīng)機頭擠出成片，將此片材送入溫度保持在160℃-220℃的烘道內(nèi)連續(xù)加熱發(fā)泡，制得厚度均勻的發(fā)泡片材。
10.按權(quán)利要求9所述的全降解聚甲基乙撐碳酸酯發(fā)泡材料的生產(chǎn)方法，其特征是在混合時，所述原料的混合物料的溫度保持在室溫，密煉溫度為120℃-150℃，擠出機的溫度為110℃-150℃，烘道內(nèi)的混合溫度為160℃-220℃。
全文摘要
本發(fā)明屬于全降解聚甲基乙撐碳酸酯發(fā)泡材料及其制備方法。以全降解塑料聚甲基乙撐碳酸酯(PPC)為基體，添加化學發(fā)泡劑，發(fā)泡助劑和加工助劑，按配方計量后，攪拌均勻混合，經(jīng)密煉，再在雙螺桿擠出機中由機頭擠出，送入烘道，經(jīng)塑化熔融和發(fā)泡后，冷卻切割制得全降解聚甲基乙撐碳酸酯發(fā)泡材料。本發(fā)明工藝簡單，適用范圍廣，產(chǎn)品中化學發(fā)泡劑所占的重量百分含量可控制在1－20％。此全降解聚甲基乙撐碳酸酯發(fā)泡材料可用于食品包裝、工業(yè)產(chǎn)品包裝等相關(guān)領(lǐng)域。
文檔編號C08J9/00GK1670080SQ200510033659
公開日2005年9月21日 申請日期2005年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月23日
發(fā)明者孟躍中, 關(guān)麗濤, 肖敏, 李秀華, 諸泉, 舒東, 陸夏蓮 申請人:中山大學