本發(fā)明涉及發(fā)泡材料領(lǐng)域，尤其涉及一種可生物降解的發(fā)泡材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

發(fā)泡材料具有重量輕、比強(qiáng)度高、絕緣性能優(yōu)異、緩沖能力顯著以及吸附能力強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用在了汽車工業(yè)、建筑工業(yè)、包裝工業(yè)、農(nóng)業(yè)、水處理和空氣過濾等領(lǐng)域。但是目前絕大部分商業(yè)化發(fā)泡材料均是石油基聚合物的末端產(chǎn)品，如聚苯乙烯(eps)、聚氯乙烯(pvc)、聚氨酯(pur)、聚乙烯((pe)等，這些石油基聚合物泡沫材料由于能耐高溫，耐酸堿，且具有低吸水性及較好的耐候性，在自然環(huán)境中性質(zhì)穩(wěn)定，不易降解，引起了嚴(yán)重的白色污染，對(duì)土地、水質(zhì)以及生態(tài)景觀造成了極大的影響。

傳統(tǒng)泡沫塑料的不可生物降解性和廢棄物處理困難的弊端已經(jīng)給環(huán)境帶來很大的威脅，同時(shí)原材料的不可再生性也限制了其應(yīng)用和發(fā)展。因此研制和開發(fā)一種新型的可生物降解型發(fā)泡材料極有必要。

淀粉和木質(zhì)素等生物降解材料容易受到微生物侵蝕，具有優(yōu)良的生物降解性能，因此，開發(fā)生物可降解的發(fā)泡材料不僅為了更好地利用豐富的天然資源開辟了一條新的途徑，也為發(fā)泡材料破壞環(huán)境找到了有效的解決方式。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：為了解決現(xiàn)有技術(shù)中所存在的問題，本發(fā)明提出了一種在保證優(yōu)異的彈性和柔韌性的同時(shí)，兼具優(yōu)異的生物降解性，低碳環(huán)保的可生物降解的發(fā)泡材料和方法。

技術(shù)方案：為達(dá)以上目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：一種可生物降解的發(fā)泡材料，包括如下以重量計(jì)算的制備原料：乙烯-醋酸乙烯共聚物eva10-15phr、再生低密度高壓聚乙烯ldpe15-20phr、生物降解材料50-60phr、發(fā)泡劑1-3phr、氧化鋅0.5～2phr、硬脂酸0.5～2phr、過氧化物交聯(lián)劑0.5-1phr、碳酸鈣15-20phr，色料1phr；

各種原料的用量必須嚴(yán)格按比例嚴(yán)格控制配合：

合適的乙烯-醋酸乙烯共聚物的添加比例可以提高產(chǎn)品的柔韌性、彈性，過量添加將會(huì)增加成本。

再生低密度高壓聚乙烯ldpe的合適添加可以提高產(chǎn)品的耐寒性、耐熱性、耐磨性和耐化學(xué)性，過量添加則會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品表面粗糙，手感不好，彈性降低。

發(fā)泡劑的作用在于調(diào)節(jié)產(chǎn)品的密度和硬度。

氧化鋅為助發(fā)泡劑，用于調(diào)節(jié)發(fā)泡速度，與發(fā)泡劑的量配合進(jìn)行調(diào)節(jié)，過低則發(fā)泡劑發(fā)氣量太小會(huì)造成發(fā)泡劑量的浪費(fèi)、發(fā)泡速度減慢、硫化發(fā)泡時(shí)間延長、能耗增加的弊端，過多則發(fā)泡太快造成閉孔率下降，產(chǎn)品回彈性差的問題。

硬脂酸用作助發(fā)泡和潤滑劑，調(diào)節(jié)發(fā)泡速度與操作過程中防粘作用，太少發(fā)泡稍變慢，物料在操作中稍粘設(shè)備，太多則發(fā)泡稍變快，混煉時(shí)打滑升溫慢，開煉過程在開煉機(jī)上易脫輥。

過氧化物交聯(lián)劑，合適的添加可以調(diào)節(jié)材料交聯(lián)密度；過少添加則會(huì)造成硫化發(fā)泡過程中交聯(lián)密度低，從而熔體強(qiáng)度低以至包不住氣體而形成連續(xù)孔結(jié)構(gòu)或無法發(fā)泡；過多的添加則會(huì)造成硫化發(fā)泡過程中交聯(lián)密度太高造成熔體強(qiáng)度太高而發(fā)泡倍率小或無法發(fā)泡。

碳酸鈣，用作填充劑，合適的添加可以降低成本、改善發(fā)泡成核泡孔質(zhì)量；過多的添加只會(huì)造成產(chǎn)品密度高、強(qiáng)度回彈變差，手感變差。

更為優(yōu)選的，所述生物降解材料為熱塑性淀粉、聚乳酸pla和聚已內(nèi)酯pcl按照5:4:1的質(zhì)量比進(jìn)行共混擠出得到。

更進(jìn)一步的，所述熱塑性淀粉、聚乳酸pla和聚已內(nèi)酯pcl的目數(shù)都高于200目。

更為優(yōu)選的，所述發(fā)泡劑為偶氮二甲酰胺。

更為優(yōu)選的，所述過氧化物交聯(lián)劑為過氧化二異丙苯、雙叔丁基過氧異丙基苯中的一種。

本發(fā)明還公開了上述一種可生物降解的發(fā)泡材料的制備方法，包括如下步驟：

(1)混料：按將所需原料按需備好，置于密煉機(jī)進(jìn)行混料處理，其中密煉機(jī)內(nèi)冷卻水溫為75-85℃，壓縮空氣壓力為0.7-0.9mpa、料溫為105-115℃時(shí)排出物料；

(2)開煉：將密煉機(jī)排出的物料送入開煉機(jī)進(jìn)行開煉，前輥溫度為80-90℃，后輥溫度為70-80℃，輥距為0.3-0.7mm，補(bǔ)煉3-5遍；

(3)出片：將開煉后的物料送入出片機(jī)進(jìn)行加工，得到料片后冷卻，冷卻水溫≤35℃；

(4)硫化發(fā)泡：將出片后的料片送入平板硫化機(jī)進(jìn)行硫化發(fā)泡處理，蒸汽壓力為0.75-0.8mpa，硫化時(shí)間＝模具厚度×1.1min/mm；

(5)冷卻成型、加工：冷卻時(shí)間≥48小時(shí)，冷卻水溫為75-85℃，成型后切割、沖裁、印刷，得到所需發(fā)泡材料。

更為優(yōu)選的，步驟(1)中的混料工藝的加料順序?yàn)橄葘⒁蚁?醋酸乙烯共聚物eva、再生低密度高壓聚乙烯ldpe、生物降解材料、碳酸鈣和硬脂酸加入密煉機(jī)混煉一次，等到大料抱團(tuán)后再添加發(fā)泡劑、過氧化物交聯(lián)劑、氧化鋅，待所有物料混勻均勻后，出料。

更為優(yōu)選的，步驟(1)加料過程中溫度不高于110℃，防止發(fā)泡劑分解和dcp交聯(lián)。

更為優(yōu)選的，所述步驟(4)中模具規(guī)格為600mm×200mm×12mm，硫化時(shí)間為16min。

有益效果：本發(fā)明提供的一種可生物降解的發(fā)泡材料和制備方法，將如下以重量計(jì)算的乙烯-醋酸乙烯共聚物eva10-15phr、再生低密度高壓聚乙烯ldpe15-20phr、生物降解材料50-60phr、發(fā)泡劑1-3phr、氧化鋅0.5～2phr、硬脂酸0.5～2phr、過氧化物交聯(lián)劑0.5-1phr、碳酸鈣15-20phr，色料1phr；通過混料、開煉、出片、硫化發(fā)泡、冷卻成型、加工的工藝流程制備成可生物降解的發(fā)泡材料，不僅在物理性能上能夠滿足其各種使用需求，還具有優(yōu)異的彈性和柔韌性，兼具容易生物降解的特性，環(huán)保安全，無毒無味，對(duì)人體無害，降低對(duì)環(huán)境造成的污染。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1：

一種可生物降解的發(fā)泡材料，包括如下以重量計(jì)算的制備原料：乙烯-醋酸乙烯共聚物eva15phr、再生低密度高壓聚乙烯ldpe20phr、生物降解材料60phr、發(fā)泡劑1phr、氧化鋅1phr、硬脂酸1phr、過氧化物交聯(lián)劑0.8phr、碳酸鈣15phr、色料1phr。

其中，所述生物降解材料為熱塑性淀粉、聚乳酸pla和聚已內(nèi)酯pcl按照5:4:1的質(zhì)量比進(jìn)行共混擠出得到；且所述熱塑性淀粉、聚乳酸pla和聚已內(nèi)酯pcl的目數(shù)都高于200目；所述發(fā)泡劑為偶氮二甲酰胺；所述過氧化物交聯(lián)劑為雙叔丁基過氧異丙基苯。

實(shí)施例2：

一種可生物降解的發(fā)泡材料，包括如下以重量計(jì)算的制備原料：乙烯-醋酸乙烯共聚物eva10phr、再生低密度高壓聚乙烯ldpe15phr、生物降解材料60phr、發(fā)泡劑3phr、氧化鋅1phr、硬脂酸1phr、過氧化物交聯(lián)劑0.7phr、碳酸鈣15phr、色料1phr。

其中，所述生物降解材料為熱塑性淀粉、聚乳酸pla和聚已內(nèi)酯pcl按照5:4:1的質(zhì)量比進(jìn)行共混擠出得到；且所述熱塑性淀粉、聚乳酸pla和聚已內(nèi)酯pcl的目數(shù)都高于200目；所述發(fā)泡劑為偶氮二甲酰胺；所述過氧化物交聯(lián)劑為雙叔丁基過氧異丙基苯。

實(shí)施例3：

一種可生物降解的發(fā)泡材料，包括如下以重量計(jì)算的制備原料：乙烯-醋酸乙烯共聚物eva15phr、再生低密度高壓聚乙烯ldpe15phr、生物降解材料50phr、發(fā)泡劑2phr、氧化鋅1phr、硬脂酸1phr、過氧化物交聯(lián)劑0.7phr、碳酸鈣20phr、色料1phr。

其中，所述生物降解材料為熱塑性淀粉、聚乳酸pla和聚已內(nèi)酯pcl按照5:4:1的質(zhì)量比進(jìn)行共混擠出得到；且所述熱塑性淀粉、聚乳酸pla和聚已內(nèi)酯pcl的目數(shù)都高于200目；所述發(fā)泡劑為偶氮二甲酰胺；所述過氧化物交聯(lián)劑為雙叔丁基過氧異丙基苯。

采取實(shí)施例1的配比，上述一種可生物降解的發(fā)泡材料的制備方法，包括如下步驟：

(1)混料：按將所需原料按需備好，置于密煉機(jī)進(jìn)行混料處理，其中密煉機(jī)內(nèi)冷卻水溫為75-85℃，壓縮空氣壓力為0.7-0.9mpa、料溫為105-115℃時(shí)排出物料；其中加料過程中溫度不高于110℃，加料順序?yàn)橄葘⒁蚁?醋酸乙烯共聚物eva、再生低密度高壓聚乙烯ldpe、生物降解材料、碳酸鈣和硬脂酸加入密煉機(jī)混煉一次，等到大料抱團(tuán)后再添加發(fā)泡劑、過氧化物交聯(lián)劑、氧化鋅，待所有物料混勻均勻后，出料；

(2)開煉：將密煉機(jī)排出的物料送入開煉機(jī)進(jìn)行開煉，前輥溫度為80-90℃，后輥溫度為70-80℃，輥距為0.3-0.7mm，補(bǔ)煉3-5遍；

(3)出片：將開煉后的物料送入出片機(jī)進(jìn)行加工，得到料片后冷卻，冷卻水溫≤35℃；

(4)硫化發(fā)泡：將出片后的料片送入平板硫化機(jī)進(jìn)行硫化發(fā)泡處理，蒸汽壓力為0.75-0.8mpa，硫化時(shí)間＝模具厚度×1.1min/mm；模具規(guī)格為600mm×200mm×12mm，硫化時(shí)間為16min；

(5)冷卻成型、加工：冷卻時(shí)間≥48小時(shí)，冷卻水溫為75-85℃，成型后切割、沖裁、印刷，得到所需可生物降解發(fā)泡材料。

取本發(fā)明實(shí)施例4制備的可生物降解發(fā)泡材料與市售普通發(fā)泡材料分別取一定量的材料進(jìn)行兩項(xiàng)對(duì)比試驗(yàn)：

(1)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室模擬的6個(gè)月的生物降解試驗(yàn)，條件盡量接近自然條件模擬，分別于3個(gè)月、6個(gè)月后對(duì)兩種材料進(jìn)行質(zhì)量減少比例測(cè)試。

(2)將兩種材料置于露天實(shí)驗(yàn)區(qū)的自然條件中進(jìn)行生物降解試驗(yàn)，分別于6個(gè)月、1年、1年半以及2年后對(duì)兩種材料進(jìn)行質(zhì)量減少比例測(cè)試。

具體結(jié)果如表1所示：

表1與市售普通發(fā)泡材料降解情況對(duì)比(質(zhì)量減少比例)

從表1數(shù)據(jù)可清晰的看出，本發(fā)明一種可生物降解發(fā)泡材料與市售普通發(fā)泡材料相比，其生物降解性極佳，2年內(nèi)基本可以完全降解，環(huán)保無壓力。

應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)，這些改進(jìn)也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。