PLA 聚乳酸發(fā)泡片材生產(chǎn)工藝技術(shù)研究.doc

PLA聚乳酸物理發(fā)泡片材生產(chǎn)技術(shù)研究 張建群 沙 燕 李勇 山東通佳機械有限公司 摘要：利用特殊設(shè)計的螺桿擠出機和專用模具，結(jié)合添加助劑，使聚乳酸發(fā)泡穩(wěn)定，發(fā)泡倍率在15-25之間可調(diào)，泡孔均勻細(xì)密，關(guān)鍵詞：聚乳酸全降解發(fā)泡、綠色環(huán)保發(fā)泡片、全降解塑料前言為解決廢棄塑料造成的白色污染，各國的科研機構(gòu)、企業(yè)都在研究采取各種方法和措施，其中最活躍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細(xì)菌分解的天然分子合成的高分子樹脂。聚乳酸的生產(chǎn)過程無污染，而且產(chǎn)品可以生物降解，實現(xiàn)在自然界中的循環(huán)，因此是理想的綠色高分子材料。1、主要實驗設(shè)備：200型塑料混合機 山東通佳機械200型塑料干燥機 張家港90/120串聯(lián)擠出機 山東通佳機械聚乳酸全降解發(fā)泡片環(huán)狀模具 山東通佳機械發(fā)泡片擠出輔機 山東通佳機械厚度儀 哈爾濱量具廠SEM電鏡 德國2、主要實驗原料：PLA樹脂 巴斯夫擴鏈劑 巴斯夫內(nèi)外潤滑劑 日本鐘源化學(xué)發(fā)泡劑顆粒 美國GECO2發(fā)泡劑 市售3、生產(chǎn)工藝流程 發(fā)泡劑原料干燥 原料混合 一級擠出機擠出機 二級擠出機 環(huán)狀模具 定型筒定型 剖分展品冷卻 卷取 工藝說明：聚乳酸樹脂在干燥機中在90度的溫度下干燥2小時，然后在塑料混合機中于一定比例的成核劑混合均勻投入一級擠出機，一級擠出機的主要功能是原料的塑化，在一級擠出機的末端注入發(fā)泡劑和潤滑劑，混合后的原料在二級擠出機中進行充分的混合和冷卻，以得到較高的熔體強度?；旌暇鶆虻娜垠w通過油溫精確控制的環(huán)狀模具進行基礎(chǔ)發(fā)泡，形成筒做發(fā)泡體，然后進行在線剖分進一步冷卻、卷取。4、實驗與分析（1）螺桿結(jié)構(gòu)的設(shè)計制備發(fā)泡PLA的最大障礙是其低的熔體強度，較高的剪切敏感性，以及較高的保熱性。所有這些問題的解決都要設(shè)計到螺桿和配方的問題。為了解決PLA的高保熱性，實驗應(yīng)用設(shè)計了一種特殊的冷卻螺桿，該螺桿結(jié)構(gòu)具有大導(dǎo)程結(jié)構(gòu)，減小了剪切，增加了特殊混煉元件，提高了物料的混合效果。擠出機冷卻結(jié)構(gòu)采用恒溫油冷卻，較大的比熱容可以快速的帶走機筒表面的熱量并使機筒保持恒定的溫度，該擠出機串聯(lián)在一級擠出機上應(yīng)用。 .w,Td042 （2）環(huán)狀口模的設(shè)計聚乳酸全降解發(fā)泡片材口模要求建立高于物料發(fā)泡的壓力，并在一定的壓力范圍內(nèi)可以調(diào)節(jié)，較小的平直段設(shè)計既保證了擠出機具有較高的被壓，而且剪切力較小，保證了較高的熔體強度。（3）擴鏈劑的選用擴鏈劑可以用于提高PLA的熔體強度。CESA-extend是一種商品化的擴鏈劑，由Clariant Additive Masterbatches制備，進過試驗，添加量為1%-4%時可以提高PLA的表面張力和黏度，產(chǎn)生更高的泡孔密度和更小的泡孔尺寸。 a|ZEb dklP%OPY: （4）助劑的選用加工助劑的選擇：添加各種加工助劑的目的是綜合平衡改性專用料的各種性能，每種加工助劑的添加量在改性專用料中有一定范圍，才能使各項性能保持穩(wěn)定，又能保證正常生產(chǎn)。日本鐘源產(chǎn)內(nèi)外潤滑劑ZB40/ZB60可以減低物料和設(shè)備之間的摩擦，減少剪切力保證了熔體強度，潤滑劑的添加量在0.5%-0.8%。（5）發(fā)泡劑的選用實踐表明:復(fù)合化學(xué)發(fā)泡劑用于聚乳酸全降解發(fā)泡片材效果較好。這種復(fù)合發(fā)泡劑的主要成份為丁烷和美國GE化學(xué)發(fā)泡顆粒，化學(xué)發(fā)泡顆粒經(jīng)過特殊的混合和表面處理工藝 ,使之與聚乳酸脂相溶性好、 分散性優(yōu)良 ,不影響塑料的原有性能。進過試驗丁烷與聚乳酸具有良好的相容性和分散性，做為聚乳酸全降解發(fā)泡片生產(chǎn)的主發(fā)泡劑使用。不同的發(fā)泡劑比例對發(fā)泡密度產(chǎn)生不同的影響。經(jīng)過試驗得知主發(fā)泡劑的用量在8%時，發(fā)泡可以用量在0.8%取得較高的發(fā)泡倍率和較細(xì)密的氣泡。下圖是不同發(fā)泡劑通量電鏡下的氣泡數(shù)量 1.4%發(fā)泡劑 2%發(fā)泡劑 3%發(fā)泡劑（6）結(jié)論1、經(jīng)過長時間試驗生產(chǎn)，多頭螺紋混合元件設(shè)計應(yīng)用的擠出機和模具可以適用于PLA聚乳酸全降解發(fā)泡片材生產(chǎn)2、擴鏈劑添加量為2%-4%時可以有效提高PLA的表面張力和黏度，復(fù)合化學(xué)發(fā)泡劑地用量在8.8%左右，比例在10:1時產(chǎn)生更高的泡孔密度和更小的泡孔尺寸。 a|ZEb dklP%OPY: 參考文獻1、 Jan H. Schut可生物降解的PLA發(fā)泡食品托盤. 現(xiàn)代塑料 （2008）-32、 吳舜英 徐敬一 .泡沫塑料成型第二版.塑料成型加工叢書.化學(xué)工業(yè)出版社.北京.19993、 于慧潔 何亞東 信春玲. 超臨界二氧化碳/聚苯乙烯擠出發(fā)泡實驗研究.中國化學(xué)年會（IESC）2006年年會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、 馬鵬程, 王向東* , 劉本剛, 李 瑩，等.聚乳酸/ 納米蒙脫土復(fù)合材料的制備與擠出發(fā)泡研究. 中國塑料， 2011，25（04）：59-64.6、 晏夢雪，周南橋， 發(fā)泡工藝對超臨界CO2/PLA微孔發(fā)泡泡孔形態(tài)的影響，塑料工業(yè)，2011,38（11）：41-447、 呂蔚，超臨界工藝制備聚乳酸泡沫技術(shù)研究，J化學(xué)世界，2008,49（3）：182-1848