2022年2022年聚乳酸发泡工艺简介 .pdf

聚乳酸发泡1 聚乳酸简介聚乳酸是一种性能良好的新型环保塑料，由乳酸分子聚合制得。乳酸由小麦、玉米、谷物、秸秆等中的淀粉和糖类发酵制成。聚乳酸属可再生材料，具有可降解性，在自然环境中可自然降解，分解的最终产物为水和二氧化碳，不会对环境产生任何污染。聚乳酸还具有良好的生物相容性，已被广泛用于生物医药，并且在药物控释载体和组织工程的应用已经越来越广泛。另外聚乳酸发泡材料和石油基泡沫塑料的物性基本类似，还具有本身的优良特性，可以广泛的用于包装和生活消费品，有取代石油基泡沫塑料的趋势。由于其优越的性能及良好的应用前景，聚乳酸发泡成为泡聚乳酸发泡成为泡沫塑料研究的热点。聚乳酸(PLA)的加工温度170-230。C，有好的抗溶剂性，可用多种方式进行加工， 如挤压、 纺丝、双轴拉伸， 注射吹塑。 由聚乳酸制成的产品除能生物降解外，PLA还具有较高的力学强度，最良好的抗拉强度及延展度。聚乳酸的弯曲模量大于PS ，有优良的阻隔性和良好的隔热性；聚乳酸无定形薄膜透明性较好。因此用途十分广泛，可用作包装材料、纤维和非织造物等，主要用于服装、建筑、农业、林业、日常生活用品和医疗卫生等领域。2 聚乳酸发泡工艺(1) 微孔塑料的制备方法大致可以分为三种：间歇发泡法、注射发泡法，连续挤出发泡法。1 间歇发泡间歇发泡是一个固相发泡过程。该过程是将气体作为发泡剂，溶解在固相的聚合物中，溶解的量和压力成正比，和温度成反比。 因此，为了增加发泡剂的溶解量，饱和过程要在相对高的压力以及相对低的温度下进行。惰性气体CO2和 N2常被用作为发泡剂。因为间歇发泡需要一个相对长的饱和时间，所以该方法并没有被工业采用。具体的发泡步骤是： 首先将注塑、挤出或者压制成型的样品，放入高压釜内；然后通入气体，让样品在相应的压力下进行饱和， 达到饱和状态形成聚合物气体饱和体系；迅速的泄压，或者骤然的升温，溶解的气体便处于一个过饱和状态，聚合物气体体系热力学极不稳定，引起泡孔的成核以及生长，形成微孔发泡材料。在间歇发泡中， 影响其泡孔形态的主要因素是溶解在固体中发泡剂的量和饱和之后测试样品的受热情况。一般的，样品中溶解的发泡剂越多，成核位点越多， 形成的泡孔也就越多；能量输入越多，泡孔的尺寸就会越大。2 注射发泡法注射发泡可以用于形状相对比较复杂的聚合物发泡。在这个过程中， 熔融的聚合物被注射到模具中，迅速冷却成型，得到最终想要的产品形状。其具体过程如下：将聚合物加入注塑机中，物理发泡剂通入螺杆，气体和熔融聚合物在注塑机中共混，形成了很高的压力，然后注塑到模具中，压力瞬间下降，导致气体与聚合物分开，从而形成了泡孔。注塑发泡的一般装置。在注射发泡中，气体注入聚合物中后必须在很短的时间内成型。注射发泡的关键是，气体和聚合物熔体共混的均匀程度，以及注射后能形成多大的压力降。注射发泡有很多的优点：注塑发泡后的制品变轻，减少原材料的使用量；气体溶解在聚合物中，注塑后成核生长形成泡孔，减少了制品的收缩，变形，以及残余应力。3 连续挤出发泡法挤出是一个连续生产产品的过程，如薄膜挤出， 管材挤出等。 聚合物挤出生产的成本相对较低，单位时间里可以生产出大量的产品。目前，挤出是聚合物成型使用最广泛的一种方法之一。微孔挤出发泡是将物理发泡剂注入熔融聚合物中，通过混合和扩散使其溶解得到聚合物熔体气体均相体系，然后通过改变体系的压力、温度、 使其在特定的机头内成核，膨胀冷名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 4 页 - - - - - - - - - 却固化成型。 和注塑成型不同的是，挤出发泡有较高的发泡率。挤出发泡的关键点是如何快速的将大量的气体溶解在熔融聚合物中和挤出后的压力降大小。就微孔挤出发泡而言，由于其内部的泡孔结构，产品的机械性能有很大的改变。高发泡率的产品，冲击性能，吸热，隔热，降噪性能都得到了提高。实验部分实验原料： PLA2003D， 扩链剂： TMP6000、聚苯乙烯聚甲基丙烯缩水甘油酯无规共聚物(分子量约 70000 gmol) 实验步骤：本实验采用间歇性发泡1 聚乳酸的扩链PLA预先在真空干燥箱80下干燥5 小时。将已经干燥好的PLA和扩链剂TMP600 置于哈克密炼机中，进行熔融共混。实验条件如下：温度设定为170；转速设定为60 rpm ；混炼时间设定为10 min。出料，将样品稍微压成片型置于自封袋内。其中PLA的质量始终是60 g，TMP6000 按加入 PLA的质量百分比0、0.5、 1.0、 0.5、 2.0。并依次标记为PLA0、PLAl、PLA2、PLA3、PLA4。将已准备好的纯样聚乳酸以及扩链后的聚乳酸在全自动压机上压成1mml 的薄片。以待检测。条件设定为压制温度170，预热3 分钟，全压1 分钟，冷却2 分钟。2 聚乳酸以及扩链后聚乳酸的发泡本实验采用间歇发泡法进行发泡实验。将样品裁剪成小样条放入模具中，用双面胶简单胶住，放入高压釜内，通入CO2后，调节超临界流体泵，保持压力恒定在 12 MPa。从室温升温至140，恒温 30 min，然后降温至100，瞬间卸去高压釜内的压力，聚合物超临界C02体系的热力学平衡被破坏，处于不稳定状态，此时，气体在聚合物基体中成核，形成气泡并生长。然后迅速将其置于冰水浴中。冷却定型。实验总结 : 通过熔融共混法，用新型的扩链剂聚苯乙烯聚甲基丙烯缩水甘油酯无规共聚物 (分子量约70000 gm01)对聚乳酸进行扩链，并详细研究了扩链剂对聚乳酸结晶，流变以及发泡性能的影响。其总结如下：(1)扩链剂的加入，成功的提高了聚乳酸的分子量，当加入1或更多的扩链剂时，聚乳酸扩链与加工的水解，降解，氧化达到了一个平衡。说明1的扩链剂已经足够。由于扩链剂的作用，聚乳酸链段变长，生成了一定的支链，使聚乳酸玻璃化转变温度提高，冷结晶温度提高，低温熔融峰向高温移动，双熔融峰相互靠近，扩链后聚乳酸结晶能下降。(2)扩链后聚乳酸零剪切粘度提高了约一个数量级。并显著提高了其熔体弹性以及熔体强度。拉伸过程产生很强的应变硬化。这是有益于发泡的。(3)扩链后发泡效果得到了明显的改善，泡孔尺寸变得均匀，泡孔密度增大，泡孔呈现多边形结构。(4)聚乳酸在超临界二氧化碳的浸泡过程受其塑化作用，在泡孔的生长过程受拉伸作用，结晶程度得到了提高。总结：随着时代的发展，石油资源的匮乏以及环境保护必定成为人类关注的焦点问题。绿色能源这个话题应运而生，而且愈来愈热。在材料领域，开发出能够进入自然界循环的可生物降解的材料吸引了人们的广泛关注。本课题的研究对生物可降解食品包装材料的研究与开发具有推动作用。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 4 页 - - - - - - - - - PLA 挤出发泡工艺利用超临界CO2作为发泡剂，通过单螺杆挤出机连续挤出聚乳酸(PLA)泡沫塑料，本实验的工艺路线为直接挤出发泡。将挤出机在设定温度下预热，达到预热温度后加入聚乳酸料粒进行熔融， 在挤出机熔融过程中间通入超临界二氧化碳，在螺杆剪切力的作用下进行共混。最后在挤出机的模头处挤出发泡。本实验是在挤出机内一次行完成的，加工工艺简单， 生产效率高， 可通过调节工艺条件调节样品的加工形态。研究 PLA的挤出发泡过程，寻找相应的优化工艺条件， 改善 PLA泡沫塑料的泡孔形态和力学性能，促进 PLA泡沫塑料连续挤出生产的工业化进程。聚合物连续挤出发泡的一般工艺过程：先将挤出机预热到设定的温度，将超临界二氧化碳发生装置打开。 再将聚合物原料从加料口加入挤出机中进行熔融塑化。当挤出机模头处有聚合物挤出时， 将超临界二氧化碳注入到挤出机的机筒内。在螺杆的剪切作用下，聚合物熔体和超临界气体共混，形成聚合物熔体超临界二氧化碳均相体系。然后在模头处挤出时，由于压力迅速下降使得均相体系中的溶解的饱和气体形成超饱和状态，从而产生大量超饱和气体，形成气泡核。由于压力的下降气泡膨胀长大。由于温度的下降，聚合物的粘弹性下降，聚合物熔体强度增强，阻止气泡的逸出和泡孔的合并，最后冷却定型。 在进行挤出实验之前，先进行原料的处理。然后设定挤出机各段的温度，将挤出机预热。 超临界二氧化碳发生装置打开进行超临界二氧化碳的制备。达到设定温度后，将原料从加料斗加入挤出机。当挤出机模头有样品挤出后通入超临界二氧化碳。观察模头处的样品有发泡现象产生时准备取样。跟聚乳酸的连续挤出发泡成型过程一样。直接注入物理发泡剂挤出聚合物发泡材料的工艺过程包括五步：(1)聚合物颗粒的熔融塑化。(2)气体注入及与熔融聚合物的均匀混合。 (3)气泡核的形成。(4)气泡长大。 (5)泡孔定型。每一步中都有好多影响聚合物发泡的因素。所以就要从原料、配方、设备条件和工艺条件等方面进行设计在进行挤出实验之前， 先进行原料的处理。然后设定挤出机各段的温度，将挤出机预热。超临界二氧化碳发生装置打开进行超临界二氧化碳的制备。达到设定温度后， 将原料从加料斗加入挤出机。当挤出机模头有样品挤出后通入超临界二氧化碳。观察模头处的样品有发泡现象产生时准备取样。 跟聚乳酸的连续挤出发泡成型过程一样。直接注入物理发泡剂挤出聚合物发泡材料的工艺过程包括五步：(1)聚合物颗粒的熔融塑化。(2)气体注入及与熔融聚合物的均匀混合。 (3)气泡核的形成。(4)气泡长大。 (5)泡孔定型。每一步中都有好多影响聚合物发泡的因素。所以就要从原料、配方、设备条件和工艺条件等方面进行设计实验部分1 实验原料：聚乳酸2003D，颗粒状，密度为124gcm3，滑石粉、二氧化碳。2 实验设备和仪器：单螺杆挤出机，超临界二氧化碳发生装置。实验的制备发泡实验以超临界二氧化碳气体为发泡剂，在由单螺杆挤出机、超临界二氧化碳注气系统、 流量控制和计量系统等组成的系统上进行。采用直接挤出发泡的过程。将挤出机各段的温度调节到180，螺杆转速为50r/min 进行预热。在温度达到后设定各段温度为Tl为 190、 T2 为 190、 T3 为 200、 T4 为 200、 T5 为 200，将模头温度设为180。将干燥的聚乳酸原料进行挤出实验。将滑石粉和聚乳酸混合后进行发泡。研究表明螺杆转速对聚乳酸发泡有促进作用，由于剪切作用的存在使得异相成核增加，促进了发泡样品泡孔的形成.经过一系列实验研究表明模头温度对聚乳酸发泡影响很大， 当模头温度过高时聚乳酸熔体的强度降低，泡孔中气体的压力足以冲破熔体壁而发生逸出现象， 从而降低了聚乳酸发泡样品的质量。就聚乳酸中的水分的影响进行了分析研究，结果表明水分的存在导致了聚乳酸分子的水解，乳酸分子量减小， 从而影响了聚乳酸的发泡名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 4 页 - - - - - - - - - 性能。最后添加滑石粉进行挤出发泡研究。与前几组实验比较得出，成核剂滑石粉的加入促进了泡体的非均相成核，发泡样品的泡孔结构明显变大。样品的膨胀率明显增大，最后发泡的聚乳酸密度达到原来的5 倍以上。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 4 页 - - - - - - - - -