專利名稱：一種超臨界CO₂微發泡聚乳酸/木粉復合材料及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種木塑微發泡復合材料及其加工成型方法。
背景技術：
已有的木塑復合材料主要采用PE、PP和PVC等樹脂來制備，為了克服其密度大的缺點，可以制備成木塑發泡材料，比如，中國專利CN1948384A、CN101200971A、CN101962455A、CN102229728A、CN102146187A、CN102250476A、CN102167872A 等涉及了木塑復合材料的發泡技術和方法。發泡方法可分為化學發泡和物理發泡兩種，其中，化學發泡工藝較復雜，生產的泡沫材料成本相對較高，然而，物理發泡工藝簡單，比如，超臨界CO2作為一種特殊的物理發泡劑，具有價廉、無毒、不燃，環境友好，比常溫高壓CO2發泡所用時間少等優勢。
但是，木塑發泡材料廢棄物不易降解，存在潛在的環境危害。然而，聚乳酸(PLA)具有·可再生性，以及良好的力學性能，與木粉共混體系能夠很好地彌補傳統木塑復合材料的這一缺陷。PLA的來源主要有3個方面一是以含糖類的生物質材料為原料，提取淀粉，糖化、發酵得到乳酸，再聚合成PLA;二是以家庭產生的垃圾為原料，從其中的糖類發酵得到乳酸，再聚合成PLA ;三是由農作物、樹木的根莖葉等廢棄的生物質材料為原料，提取纖維素，(通過鹽酸、硫酸、磷酸等酸解)糖化、發酵得到乳酸，再聚合成PLA。PLA類材料被使用后可以進行自然降解、堆肥和燃燒處理，最終產物只有水和C02，不會給環境帶來污染，是一種環境友好材料。尤其是用超臨界CO2發泡聚乳酸/木粉復合材料，可以獲得孔徑小、密度大的泡孔結構，其能有效阻止裂紋在應力作用下的擴展，賦予材料更好的物理機械性能。

發明內容
本發明提供一種微孔聚乳酸/木粉復合材料及其超臨界CO2發泡制備方法，其優點在于發泡工藝簡單，所得發泡材料微孔分布均勻，泡孔密度大。本發明采用的技術方案是一種超臨界CO2發泡微孔聚乳酸/木粉復合材料，原料組成為
聚乳酸(PLA)20 90份木粉O 30份增韌劑5 IO份有機溶劑O 50份偶聯劑0~2份潤滑劑0.5 2份pH調節劑<0.1份
一種超臨界CO2發泡微孔聚乳酸/木粉復合材料的制備方法，具體步驟為(I)將偶聯劑溶解在無水乙醇中配制成15%的混合液，然后將該混合液和桉木粉在溫度為50 70°C的高速混合機中混合5 15min后，取出烘干得到改性木粉；再將改性木粉、聚乳酸、聚乙二醇、潤滑劑用雙輥開煉機熔融共混，混煉溫度為165 200°C、時間為10 20min,從而得到預混合物。(2)將步驟⑴所得預混合物在平板硫化儀中模壓成型，成型溫度為165 200°C、壓力為8 12MPa、保壓時間為6 lOmin，從而得到成型樣品。(3)將步驟⑵所得的成型樣品置于超臨界CO2發泡釜體中進行溶脹，控制溶脹溫度為80 100°C、溶脹壓力為10 30MPa、溶脹時間為100 200min，然后快速卸壓，卸壓速率為7MPa/s以上，自然冷卻至常溫，從而得到微發泡聚乳酸/木粉復合材料。本發明的優點在于低溫發泡，高速卸壓，發泡工藝簡單，用時少，制備的聚乳酸/ 木粉微孔材料，泡孔尺寸均勻，泡孔密度大，材料密度小。


圖I是本發明實施例3制備的微孔聚乳酸/木粉復合材料斷面掃描電子顯微鏡圖。
具體實施例方式下面結合具體實施例對發明進一步說明，但發明的保護范圍不限于此。實施例I原料組分為左旋聚乳酸(PLLA，熔融指數< 2g/10min)41份。桉木粉(8O目)I6份。聚乙二醇(PEG-400，分析純)8· 2份。偶聯劑(Υ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(狃570，分析純))0.8份。無水乙醇(分析純)33份。冰乙酸(分析純)彡O. I份。二甲基硅油(分析純)O. 8份。將木粉和偶聯劑溶液加入高速混合機中混合改性，混合時間為Smin ;溫度為50°C;再將改性木粉和聚乳酸混合，并通過雙輥開煉機熔融共混得到預混合物；所述熔融共混溫度為170°C ;混煉時間為20min ;所得預混合物在平板硫化儀中模壓成型，得到成型樣品；所述模壓成型的溫度為170°C ;壓力為IOMPa ;保壓時間為Smin ;將所得的成型樣品置于超臨界CO2發泡釜體中進行溶脹，控制溶脹溫度為85°C;溶脹壓力為19MPa，溶脹時間為IOOmin ；然后快速卸壓，自然冷卻至常溫，即可得到所述的微發泡聚乳酸/木粉復合材料。以下通過檢測證明本發明實施例I的效果，其檢測效果如下未發泡木塑復合材料的密度為1.21g/cm3，本發明微發泡木塑復合材料密度為O. 71g/cm3。實施例2原料組分為
左旋聚乳酸(PLLA，熔融指數< 2g/10min)41份。桉木粉(80目)16份。聚乙二醇(PEG-400，分析純)8. 2份。Y -甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570，分析純)0. 8份。無水乙醇(分析純)32. 5份。冰乙酸(分析純)彡O. I份。二甲基硅油(分析純)O. 8份。將木粉和偶聯劑溶液加入高速混合機中混合改性，混合時間為Smin ;溫度為50°C ；再將改性木粉和聚乳酸混合，并通過雙輥開煉機熔融共混得到預混合物；所述熔融共混溫 度為170°C ;混煉時間為20min ;所得預混合物在平板硫化儀中模壓成型，得到成型樣品；所述模壓成型的溫度為170°C ;壓力為IOMPa ;保壓時間為Smin ;將所得的成型樣品置于超臨界CO2發泡釜體中進行溶脹，控制溶脹溫度為100°C ;溶脹壓力為19MPa，溶脹時間為IOOmin ;然后快速卸壓，自然冷卻至常溫，即可得到所述的微發泡聚乳酸/木粉復合材料。以下通過檢測證明本發明實施例2的效果，其檢測效果如下未發泡木塑復合材料的密度為1.20g/cm3，本發明微發泡木塑復合材料密度為
O.3lg/cm3。以上結果說明本發明微發泡木塑復合材料和普通木塑復合材料相比具有更低的
山/又ο實施例3原料組分為左旋聚乳酸(PLLA，熔融指數< 2g/10min)41份。桉木粉(80目)16份。聚乙二醇(PEG-400，分析純)8. 2份。Y -甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570，分析純)0. 8份。無水乙醇(分析純)32. 5份。冰乙酸(分析純)彡O. I份。二甲基硅油(分析純)O. 8份。將木粉和偶聯劑溶液加入高速混合機中混合改性，混合時間為Smin ;溫度為50°C ；再將改性木粉和聚乳酸混合，并通過雙輥開煉機熔融共混得到預混合物；所述熔融共混溫度為170°C ;混煉時間為20min ;所得預混合物在平板硫化儀中模壓成型，得到成型樣品；所述模壓成型的溫度為170°C ;壓力為IOMPa ;保壓時間為Smin ;將所得的成型樣品置于超臨界CO2發泡釜體中進行溶脹，控制溶脹溫度為90°C;溶脹壓力為19MPa，溶脹時間為IOOmin ；然后快速卸壓，自然冷卻至常溫，即可得到所述的微發泡聚乳酸/木粉復合材料。以下通過檢測證明本發明實施例3的效果，其檢測效果如下未發泡木塑復合材料的密度為1.21g/cm3，本發明微發泡木塑復合材料密度為
O.65g/cm3。實施例4原料組分為左旋聚乳酸(PLLA，熔融指數< 2g/10min)41份。
桉木粉(80目)16份。聚乙二醇(PEG-400，分析純)8. 2份。Y -甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570，分析純)0. 8份。無水乙醇(分析純)32. 5份。冰乙酸(分析純)彡O. I份。二甲基硅油(分析純)0· 8份。將木粉和偶聯劑溶液加入高速混合機中混合改性，混合時間為Smin ;溫度為50°C ；
再將改性木粉和聚乳酸混合，并通過雙輥開煉機熔融共混得到預混合物；所述熔融共混溫度為170°C ;混煉時間為20min ;所得預混合物在平板硫化儀中模壓成型，得到成型樣品；所述模壓成型的溫度為170°C ;壓力為12MPa ;保壓時間為Smin ;將所得的成型樣品置于超臨界CO2發泡釜體中進行溶脹，控制溶脹溫度為90°C;溶脹壓力為23MPa，溶脹時間為IOOmin ；然后快速卸壓，自然冷卻至常溫，即可得到所述的微發泡聚乳酸/木粉復合材料。以下通過檢測證明本發明實施例4的效果，其檢測效果如下未發泡木塑復合材料的密度為I. 19g/cm3，本發明微發泡木塑復合材料密度為
O.56g/cm3。實施例5原料組分為左旋聚乳酸(PLLA，熔融指數< 2g/10min) 27. 5份。桉木粉(80目)22份。聚乙二醇(PEG-400，分析純)5. 5份。Y -甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570，分析純)I. I份。無水乙醇(分析純)43. 3份。冰乙酸(分析純)調節< O. I份。二甲基硅油(分析純)0· 5份。將木粉和偶聯劑溶液加入高速混合機中混合改性，混合時間為Smin ;溫度為60°C ；再將改性木粉和聚乳酸混合，并通過雙輥開煉機熔融共混得到預混合物；所述熔融共混溫度為175°C ;混煉時間為20min ;所得預混合物在平板硫化儀中模壓成型，得到成型樣品；所述模壓成型的溫度為175°C ;壓力為IOMPa ;保壓時間為Smin ;將所得的成型樣品置于超臨界CO2發泡釜體中進行溶脹，控制溶脹溫度為90°C;溶脹壓力為19MPa，溶脹時間為IOOmin ；然后快速卸壓，自然冷卻至常溫，即可得到所述的微發泡聚乳酸/木粉復合材料。以下通過檢測證明本發明實施例5的效果，其檢測效果如下未發泡木塑復合材料的密度為1.24g/cm3，本發明微發泡木塑復合材料密度為
O.37g/cm3。對比例原料為左旋聚乳酸(PLLA，熔融指數< 2g/10min) 89份。聚乙二醇(PEG-400，分析純)8. 9份。二甲基硅油(分析純)I. 7份。將聚乙二醇、聚乳酸和潤滑劑混合，通過雙輥開煉機熔融共混得到預混合物；所述熔融共混溫度為170°C ;混煉時間為20min ;所得預混合物在平板硫化儀中模壓成型，得到成型樣品；所述模壓成型的溫度為170°C;壓力為IOMPa ;保壓時間為Smin ;將所得的成型樣品置于超臨界CO2發泡釜體中進行溶脹，控制溶脹溫度為90°C ;溶脹壓力為19MPa，溶脹時間為IOOmin ;然后快速卸壓，自然冷卻至常溫，即可得到所述的微發泡聚乳酸復合材料。以下通過檢測證明本發明對比例的效果，其檢測效果如下未發泡聚乳酸的密度為I. 14g/cm3,本發明微發泡聚乳酸的密度為O. 85g/cm3。以上結果均說明本發明所得的微發泡木塑復合材料密度較小。·
權利要求
1.一種超臨界二氧化碳微發泡聚乳酸/木粉復合材料的制備方法。
2.權利要求I所述微發泡聚乳酸/木粉復合材料，其特征在于所用原料按質量份數組成為聚乳酸20~90份木粉O 30份增韌劑5 IO份有機溶劑O 50份。偶聯劑O 2份潤滑劑0.5 2份pH調節劑<0.1份
3.權利要求I所述超臨界二氧化碳微發泡聚乳酸/木粉復合材料的制備方法，其特征在于 (1)將木粉和偶聯劑混合液加入高速混合機中混合改性，混合時間為5 15min、溫度為50 70°C ;再將改性木粉、聚乳酸、增韌劑、潤滑劑用雙輥開煉機熔融共混，得到預混合物，所述熔融共混溫度為165 200°C ;混煉時間為10 20min ； (2)將步驟(I)所得預混合物在平板硫化儀中模壓成型，得到成型樣品；所述模壓成型的溫度為165 200°C ;壓力為8 12MPa ;保壓時間為6 IOmin ； (3)將步驟(2)所得的成型樣品置于超臨界二氧化碳發泡釜體中進行溶脹，控制溶脹溫度為80 100°C;溶脹壓力為10 30MPa，溶脹時間為100 200min ;快速卸壓，卸壓速率為7MPa/s以上；自然冷卻至常溫，即可得到所述的微發泡聚乳酸/木粉復合材料。
全文摘要
一種超臨界二氧化碳發泡聚乳酸/木粉復合材料及其制備方法，它涉及了一種微發泡復合材料及其制備方法。針對普通木塑復合材料密度大、沖擊強度低，以及其廢棄物容易造成環境污染等問題，本發明采用聚乳酸、木粉、偶聯劑、增韌劑和潤滑劑等原料，先將原料按照一定比例在高速混合機中混合，通過雙棍開煉機熔融共混，采用模壓成型制備試樣，然后以超臨界二氧化碳作為發泡劑將試樣溶脹，最后采用快速卸壓得到微孔聚乳酸/木粉復合材料。本發明的優勢在于發泡溫度低、保壓時間短、泡孔結構易于控制，所制備的微孔復合材料的孔徑小、泡孔密度大，將是一種性能優良的綠色環保發泡材料。
文檔編號C08L97/02GK102936401SQ20121049531
公開日2013年2月20日 申請日期2012年11月29日 優先權日2012年11月29日
發明者宋麗賢, 盧忠遠, 姚妮娜, 張平, 康明, 宋開平 申請人:西南科技大學