超临界CO2发泡PLA(聚乳酸)工艺技术研究

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1、超临界CO2发泡PLA（聚乳酸）发泡工艺技术研究张建群沙燕李勇山东通佳机械有限公司山东省物理发泡塑料机械工程技术研究屮心摘要：据有关部门的统计显示，全球每年约生产塑料制品1亿吨，其中一次性发泡包装材料3000万吨。这些和我们的生产生活密不可分的塑料制品及包装因为难以自然分解和合理回收利用，而造成了令人头痛的“白色污染”，并且对不可再生的石油资源产生了严重的依赖。聚乳酸（PLA）是利用有机酸乳酸为原料生产的新型聚酯材料，聚乳酸有良好的生物可降解性，使用后能被自然界中微生物完全降解，用它制成的各种制品埋在土壤或水中，6至12个月即可完

2、成自动降解，在微生物分解下生成碳酸气和水。采用PLA作为原料生产一次性发泡包装材料具有良好的环境和社会效益。关键词：超临界CO2、PLA发泡挤出、双阶挤出塑化混合、高压恒温机头前言：根据初步统计目前我国各类一次性餐盒的年生产能力约在115亿只以上，已初具规模。其中仅高发泡塑料餐盒就达80亿只左右。随着快餐业的发展，快餐盒的社会需求量还将逐步扩大。面对如此大的市场需求，作为最有效的取代品之一的PLA全降解餐盒生产将形成一个新兴的包装行业，如能从规模生产和其它措施中降低成本，以不断挤占现有的塑料快餐盒市场，定会取得良好的社会效益和经济

3、效益。1、超临界CO2发泡工艺技术在PLA发泡中的应用超临界流体（简称SCF）发泡技术已成为国内外业界研究的热点。H前CO?是研究最为广泛的体系，这主要归因于其临界点（临界温度为31.8°C，临界压力为7.38MPQ,温度和压力的微小改变可使CO?的密度产生较大变化，进而使与密度相关联的黏度、比热容、介电常数、传递特性和溶解能力等物理化学性质发生较大的变化。在超临界状态下，CO2具有近似液体的密度，因而有常规液态溶剂的强度。同时它又具有气体的黏度，拥有很高的传质速度。超临界CO?对聚合物熔体有很好的增塑作川，能降低聚合物熔体的黏度

4、，捉高熔体的流动性，降低挤出温度，作为发泡剂具有无毒、不可燃、ODP为零、安全、发泡效率高等优点。同吋实际的挤出加工工艺条件能够保证CO?处于超临界状态，使直接挤出泡沫蜩料成为可能。另外，CO?是工业生产的副产吊，不需要额外生产，不会造成环境污染，是HCFC具有很人发展潜力的替代晶。在连续挤出发泡过程中，气泡的成核和长大是影响发泡制品的主要过程。影响气泡成核及生长的主要因素包括加工工艺参数的彩响，如挤出过程中的温度、压力、剪切速度等；还包括原料的性能、规格等影响，如熔体的粘弹性、发泡剂在熔体中的溶解度、浓度、扩散系数等。因此，通过

5、改善工艺参数可以控制气泡的成核及长大，从而控制产品的质量。在工业生产中，超临界CO?作为发泡剂应川于挤出发泡存在着输送困难、与树脂相容性差和发泡不稳定等问题，在一定程度上限制了其使用范围。通过改善设备，提高CO?相容性等方而，利用连续挤出加工法生产出具有强度好、质轻、尺寸稳定、吸水率低、导热系数小等特点的PLA发泡片材。超临界CC)2注入系统CO2流量可调温度压力可控原料双级串联单均相溶遐螺杆挤出机机头口模冷却定型图1:生产工艺流程图(1)通过高精密的质量流量闭环控制装置输送超临界C02,精确控制CO2流暈，并确保输送的CO2处于

6、超临界状态。解决超临界CO2输送不稳、流量难控制的问题；(2)增加挤出设备中混合元件，提高超临界CO?与树脂的相容性。通过工艺控制和工艺条件调整确保注入的C02能够全部溶解于聚合物；C02在聚合物熔体中的高质量分布、分散和溶解。增加挤出设备中混合元件，利用特殊螺杆结构，增加CO21J熔体的接触血积，提高CO?的在熔体中溶解度和分散度；(1)注入点位置设置在二级主机，保证注入气体不会向进料方向移动，避免了因此造成的体系不稳定。同时在挤出设备中增加压力阻力障碍，增加熔体压力，利川熔体回流混合，起到一定的塑化和均化作用，增大了气体分散均

7、匀性；厂瑕适宜CO?屋、ns小co2m图2：发泡剂注入量对泡体质量的彫响(2)精密控制螺杆转速和沿机筒方向的温度分布，提高熔休压力和黏度，增加CO?溶解度和分散度，利用模具温度控制仪提高口模处温度控制。在挤出发泡过程中，温度是一个极为重要的工艺参数，制品的发泡性能对温度具有很大的依赖性。木机组采用了PID智能控温系统控制温度，机筒采用恒温导热油循坏控制，满足PLA对温度的敏感性要求。2、成核剂对PLA发泡泡体质量的影响由于PLA结晶度较高不利于气体发泡，根据热点成核理论，加入无机成核剂，形成大量的气泡核，这样才有利于气泡的形成，并

8、能捉高泡孔细度，从而得到泡孔均匀、细密的泡沫体。成核剂的用量对复合材料的性能有着较大的影响。・2、型旻Z5:芝左凤•0123456无机成核剂的用最/份00123456图4：PLA发泡片材电镜照片无机成核齐IJ川虽/份图3：成核剂添加暈对材料物理性能