本發(fā)明屬于發(fā)泡材料，尤其涉及一種全生物可降解pga發(fā)泡材料及其制備方法。

背景技術：

1、不可降解塑料袋、一次性塑料餐具、快遞塑料包裝等被納入禁止、限制使用的塑料制品范圍。以及，隨著人們生活節(jié)奏的加快，對一次性發(fā)泡塑料包裝的需求與日俱增。

2、如若開發(fā)一種可全生物降解的發(fā)泡材料，能使得該發(fā)泡材料的質量輕、孔徑小且均勻，同時具有優(yōu)異的力學性能，則可替代目前使用的大部分不可降解難回收的泡沫塑料，是解決“白色污染”的重要途徑。

3、專利文件cn107541031a公開了一種改性pga或plga的全生物降解發(fā)泡材料及其制備方法，包括組分：30-80份pga或plga，20-60份pbat，0.1-0.5份交聯(lián)劑，3-10份化學發(fā)泡劑，0.05-0.1份抗氧劑，0.1-0.5份潤滑劑，并通過螺桿擠出發(fā)泡得到制品。該專利中的發(fā)泡材料采用交聯(lián)劑改性pga混合物，并且是pga和pbat的混合物，并未對以純pga為基體樹脂的發(fā)泡材料進行深入探究。

4、專利文件cn109651783a公開了一種微發(fā)泡天然纖維增強聚乳酸復合材料及其制備方法，包括：10-89.8％天然纖維，10-89.8％聚乳酸，0.1-10％環(huán)氧擴鏈劑，0.1-2％引發(fā)劑，0.1-10％馬來酸酐，0.1-2％其他助劑，并通過擠出加工方法得到泡孔細膩的發(fā)泡材料。該專利主要是針對基體為pla進行的發(fā)泡，且其中使用的是天然纖維，其耐溫性能較差，會對所得發(fā)泡材料性能產(chǎn)生不利影響。

5、鑒于此，如何能夠以純聚乙醇酸(pga)樹脂為基體樹脂并與玻璃纖維形成的共混體系進行發(fā)泡制備出質量輕、孔徑小且均勻，同時具有優(yōu)異的力學性能的發(fā)泡材料，成為值得研究的方向。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于，針對現(xiàn)有全生物可降解發(fā)泡材料存在的問題，提供一種全生物可降解pga發(fā)泡材料及其制備方法，能夠得到質量輕、泡孔小且均勻以及力學性能高的全生物可降解pga發(fā)泡材料。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案如下：

3、在第一個方面，提供一種全生物可降解pga發(fā)泡材料，以各組分的總重量份數(shù)為基準計，包括如下各原料組分經(jīng)發(fā)泡制得：

4、聚乙醇酸(pga)為45-93重量份(如50重量份、60重量份、65重量份、72重量份、75重量份、80重量份、85重量份、90重量份)，優(yōu)選為70-88重量份；

5、熔體增強劑為0.5-5重量份(如0.8重量份、1.2重量份、1.5重量份、2重量份、2.5重量份、4重量份)，優(yōu)選為1-3重量份；

6、玻璃纖維母粒為5-50重量份(如8重量份、12重量份、15重量份、20重量份、25重量份、30重量份、40重量份、45重量份)，優(yōu)選為10-25重量份；

7、相容劑為0.5-3重量份(如0.8重量份、1.2重量份、1.5重量份、1.8重量份、2.5重量份)，優(yōu)選為1-2重量份；

8、抗氧劑為0.5-1.5重量份(如0.6重量份、0.7重量份、0.8重量份、0.9重量份、1.2重量份、1.4重量份)，優(yōu)選為0.5-1重量份；

9、其中，所述玻璃纖維母粒中，玻璃纖維與聚乙醇酸(pga)的質量比為2:8-5:5(如，4:6)，優(yōu)選為3:7-5:5。

10、所述玻璃纖維母粒包括玻璃纖維與pga。在原料組分的配方中，例如，當玻璃纖維母粒中的玻璃纖維與pga的質量比為4:6時，pga發(fā)泡材料中玻璃纖維含量范圍可以換算為2-20重量份(3重量份、5重量份、12重量份、15重量份、18重量份)，優(yōu)選為5-10重量份。

11、根據(jù)本發(fā)明提供的pga發(fā)泡材料，一些實施方案中，所述聚乙醇酸的重均分子量大于等于50000小于等于500000(例如，60000、80000、90000、100000、120000、150000、180000、220000、300000、400000)；在240℃、2.16kg下的熔融指數(shù)為5-70g/min(例如，8g/min、12g/min、15g/min、20g/min、25g/min、40g/min、50g/min、60g/min)，優(yōu)選10-30g/10min。

12、一些實施方案中，所述玻璃纖維的直徑為5-20μm(例如，6μm、8μm、12μm、14μm、18μm)，優(yōu)選為10-15μm；長徑比為300:1-1000:1(例如，350:1、400:1、450:1、600:1、750:1、850:1、900:1)，優(yōu)選為500:1-800:1。本發(fā)明對玻璃纖維的直徑和長徑比的范圍進行了選擇。如若纖維長度過長，加工過程也會因為造粒而被切斷，反而會給加工工藝帶來不便；如若纖維的長度過短，則對于發(fā)泡的泡孔不能發(fā)揮很好地支撐作用，僅能夠發(fā)揮成核劑的作用；另外，考慮到發(fā)泡材料的泡孔壁的薄厚，纖維直徑太大，發(fā)泡孔與泡孔壁的相容性不好，纖維容易被拔出，導致泡孔密閉性不好；如若纖維直徑太小，則也會出現(xiàn)支撐力差的缺陷。

13、一些實施方案中，所述熔體增強劑為含有環(huán)氧官能團的共聚物和/或多異氰酸酯類化合物，優(yōu)選為含有環(huán)氧官能團的共聚物與多異氰酸酯類化合物的復配物。

14、一些實施方案中，所述復配物中，含有環(huán)氧官能團的共聚物與多異氰酸酯類化合物的質量配比為(2-4):1(如2.5:1、3:1、3.5:1)，優(yōu)選為2:1。

15、一些實施方案中，所述含有環(huán)氧官能團的共聚物選自苯乙烯-丙烯腈-甲基丙烯酸縮水甘油酯共聚物、乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸縮水甘油酯共聚物。

16、一些實施方案中，所述多異氰酸酯類化合物選自甲苯-2,4-二異氰酸酯、六亞甲基二異氰酸酯、異佛爾酮二異氰酸酯、二苯基甲烷二異氰酸酯、賴氨酸二異氰酸酯和聚異氰酸酯中的至少一種。

17、一些實施方案中，所述相容劑為馬來酸酐接枝聚合物，優(yōu)選選自乙烯-馬來酸酐接枝共聚物、聚烯烴熱塑性彈性體-馬來酸酐接枝共聚物和丙烯-馬來酸酐接枝共聚物中的至少一種。

18、一些實施方案中，所述馬來酸酐接枝聚合物的接枝率為0.2-5wt％(如，0.5wt％、0.8wt％、1.0wt％、1.5wt％、2.0wt％、3.0wt％、4.0wt％)。

19、一些實施方案中，所述抗氧劑為亞磷酸酯類抗氧劑，優(yōu)選選自抗氧劑168、抗氧劑1010、抗氧劑626和抗氧劑9228中的一種或多種。

20、在第二個方面，提供一種如上所述的全生物可降解pga發(fā)泡材料的制備方法，包括如下步驟：

21、按質量份數(shù)分別稱取各原料組分并干燥備用；將干燥后的物料混合均勻，并通過雙螺桿擠出機進行擠出造粒，再通過超臨界co2發(fā)泡工藝對其進行發(fā)泡，制得所述全生物可降解pga發(fā)泡材料。

22、一些實施方案中，所述干燥的溫度為60-80℃(如，70℃、75℃)，干燥的時間為2-5小時(如，3小時、4小時)。

23、一些實施方案中，所述擠出造粒采用雙螺桿擠出機；雙螺桿擠出機的加料段溫度為180-210℃(如190℃、200℃)，塑化段溫度為200-230℃(如210℃、220℃)，均化段溫度為220-235℃(如225℃、230℃)，擠出模頭溫度為225-235℃(如230℃)，擠出模頭壓力1-10mpa(如，2mpa、4mpa、6mpa、8mpa)；螺桿轉速為70-110rpm(如80rpm、90rpm、100rpm)。

24、一些實施方案中，所述超臨界co2發(fā)泡工藝為，將擠出造粒制得的共混物顆粒壓制成共混物片材后利用超臨界co2氣體進行發(fā)泡。

25、一些實施方案中，所述超臨界co2發(fā)泡的工藝條件包括：發(fā)泡溫度為224-230℃(如225℃、228℃)，發(fā)泡壓力為5-20mpa(如6mpa、10mpa、15mpa)，發(fā)泡保壓時間為0.5-3h(如1h、2h、2.5h)。

26、本發(fā)明先對pga及玻璃纖維、熔體增強劑、相容劑等其他組分形成的共混物通過反應擠出改性后，再通過化學發(fā)泡得到一種高性能pga泡沫材料。該發(fā)泡材料的硬度高、質量輕、孔徑小且均勻，同時具有優(yōu)異的力學性能，是一種全生物降解材料，可用于一次性發(fā)泡餐具和運輸包裝等，能替代目前使用的大部分不可降解難回收的泡沫塑料，是解決“白色污染”的重要途徑。

27、加入的玻璃纖維在共混物中發(fā)泡時能夠發(fā)揮成核和泡孔支撐增強的作用和效果，如若玻纖加入量太少，則沒有該成核和泡孔支撐增強效果；如若玻纖加入量太多，則玻纖的分散均勻性變差，進而會導致玻纖形成的聚集區(qū)域保氣性差、容易漏氣，造成發(fā)泡塌陷，發(fā)泡效果差。因此，要根據(jù)配比中與其他組分的相互作用來選擇合適的玻璃纖維用量范圍。

28、相比于其他增強填料，因玻纖本身具有一定強度，同時具有棒狀結構，利用該結構則在共混物發(fā)泡定型過程中對于泡孔各個方向都能夠發(fā)揮支撐作用，減少泡孔塌陷；而其他常用的無機填料(如，滑石粉，碳酸鈣等)只能起到成核作用，并不會發(fā)揮支撐作用，泡孔依然會出現(xiàn)收縮嚴重的可能性。

29、本發(fā)明通過選擇玻璃纖維作為成核劑和泡孔支撐劑，且將其以玻璃纖維母粒的形式與pga樹脂進行共混擠出，含有環(huán)氧官能團的共聚物和異氰酸酯類熔體增強劑復配發(fā)揮協(xié)同作用之外，玻璃纖維可同時與環(huán)氧類和異氰酸酯類熔體增強劑發(fā)揮協(xié)同作用，進而有效增強聚乙醇酸的可發(fā)性、支撐性和成核性，可得到泡孔小且均勻的高性能發(fā)泡材料。