PLA 聚乳酸发泡片材生产工艺技术研究.doc

PLA聚乳酸物理发泡片材生产技术研究 张建群 沙 燕 李勇 山东通佳机械有限公司 摘要：利用特殊设计的螺杆挤出机和专用模具，结合添加助剂，使聚乳酸发泡稳定，发泡倍率在15-25之间可调，泡孔均匀细密，关键词：聚乳酸全降解发泡、绿色环保发泡片、全降解塑料前言为解决废弃塑料造成的白色污染，各国的科研机构、企业都在研究采取各种方法和措施，其中最活跃的是采用降解型塑料。生物降解型塑料就是用可被自然界中的微生物如细菌分解的天然分子合成的高分子树脂。聚乳酸的生产过程无污染，而且产品可以生物降解，实现在自然界中的循环，因此是理想的绿色高分子材料。1、主要实验设备：200型塑料混合机 山东通佳机械200型塑料干燥机 张家港90/120串联挤出机 山东通佳机械聚乳酸全降解发泡片环状模具 山东通佳机械发泡片挤出辅机 山东通佳机械厚度仪 哈尔滨量具厂SEM电镜 德国2、主要实验原料：PLA树脂 巴斯夫扩链剂 巴斯夫内外润滑剂 日本钟源化学发泡剂颗粒 美国GECO2发泡剂 市售3、生产工艺流程 发泡剂原料干燥 原料混合 一级挤出机挤出机 二级挤出机 环状模具 定型筒定型 剖分展品冷却 卷取 工艺说明：聚乳酸树脂在干燥机中在90度的温度下干燥2小时，然后在塑料混合机中于一定比例的成核剂混合均匀投入一级挤出机，一级挤出机的主要功能是原料的塑化，在一级挤出机的末端注入发泡剂和润滑剂，混合后的原料在二级挤出机中进行充分的混合和冷却，以得到较高的熔体强度。混合均匀的熔体通过油温精确控制的环状模具进行基础发泡，形成筒做发泡体，然后进行在线剖分进一步冷却、卷取。4、实验与分析（1）螺杆结构的设计制备发泡PLA的最大障碍是其低的熔体强度，较高的剪切敏感性，以及较高的保热性。所有这些问题的解决都要设计到螺杆和配方的问题。为了解决PLA的高保热性，实验应用设计了一种特殊的冷却螺杆，该螺杆结构具有大导程结构，减小了剪切，增加了特殊混炼元件，提高了物料的混合效果。挤出机冷却结构采用恒温油冷却，较大的比热容可以快速的带走机筒表面的热量并使机筒保持恒定的温度，该挤出机串联在一级挤出机上应用。 .w,Td042 （2）环状口模的设计聚乳酸全降解发泡片材口模要求建立高于物料发泡的压力，并在一定的压力范围内可以调节，较小的平直段设计既保证了挤出机具有较高的被压，而且剪切力较小，保证了较高的熔体强度。（3）扩链剂的选用扩链剂可以用于提高PLA的熔体强度。CESA-extend是一种商品化的扩链剂，由Clariant Additive Masterbatches制备，进过试验，添加量为1%-4%时可以提高PLA的表面张力和黏度，产生更高的泡孔密度和更小的泡孔尺寸。 a|ZEb dklP%OPY: （4）助剂的选用加工助剂的选择：添加各种加工助剂的目的是综合平衡改性专用料的各种性能，每种加工助剂的添加量在改性专用料中有一定范围，才能使各项性能保持稳定，又能保证正常生产。日本钟源产内外润滑剂ZB40/ZB60可以减低物料和设备之间的摩擦，减少剪切力保证了熔体强度，润滑剂的添加量在0.5%-0.8%。（5）发泡剂的选用实践表明:复合化学发泡剂用于聚乳酸全降解发泡片材效果较好。这种复合发泡剂的主要成份为丁烷和美国GE化学发泡颗粒，化学发泡颗粒经过特殊的混合和表面处理工艺 ,使之与聚乳酸脂相溶性好、 分散性优良 ,不影响塑料的原有性能。进过试验丁烷与聚乳酸具有良好的相容性和分散性，做为聚乳酸全降解发泡片生产的主发泡剂使用。不同的发泡剂比例对发泡密度产生不同的影响。经过试验得知主发泡剂的用量在8%时，发泡可以用量在0.8%取得较高的发泡倍率和较细密的气泡。下图是不同发泡剂通量电镜下的气泡数量 1.4%发泡剂 2%发泡剂 3%发泡剂（6）结论1、经过长时间试验生产，多头螺纹混合元件设计应用的挤出机和模具可以适用于PLA聚乳酸全降解发泡片材生产2、扩链剂添加量为2%-4%时可以有效提高PLA的表面张力和黏度，复合化学发泡剂地用量在8.8%左右，比例在10:1时产生更高的泡孔密度和更小的泡孔尺寸。 a|ZEb dklP%OPY: 参考文献1、 Jan H. Schut可生物降解的PLA发泡食品托盘. 现代塑料 （2008）-32、 吴舜英 徐敬一 .泡沫塑料成型第二版.塑料成型加工丛书.化学工业出版社.北京.19993、 于慧洁 何亚东 信春玲. 超临界二氧化碳/聚苯乙烯挤出发泡实验研究.中国化学年会（IESC）2006年年会4、 Pengcheng Ma, Xiangdong Wang*,etc.Preparation and Foaming Extrusion Behavior of Polylactide Acid/Polybutylene Succinate/MontmorillonoidNanocomposite.Journal of Cellular Plastics,Accepted. DOI: 10.1177/0021955X11434182.5、 马鹏程, 王向东* , 刘本刚, 李 莹，等.聚乳酸/ 纳米蒙脱土复合材料的制备与挤出发泡研究. 中国塑料， 2011，25（04）：59-64.6、 晏梦雪，周南桥， 发泡工艺对超临界CO2/PLA微孔发泡泡孔形态的影响，塑料工业，2011,38（11）：41-447、 吕蔚，超临界工艺制备聚乳酸泡沫技术研究，J化学世界，2008,49（3）：182-1848