一種改性聚乙烯醇泡沫塑料及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及泡沫塑料技術領域，尤其涉及一種改性聚乙烯醇泡沫塑料及其制備方 法。
【背景技術】
[0002] 日前廢棄塑料污染不斷地增長，天然纖維和可生物降解聚合物在生產和廢棄物處 理中得到人們的廣泛關注并逐漸取代傳統塑料。在制備天然纖維增強可生物降解聚合物復 合發泡材料中，微纖化纖維素（MFC)具有多尺度纖維直徑和高長徑比，其高強度和剛度以 及可生物降解等特性越來越受到關注。將木漿纖維懸浮液通過具有高壓差的機械均質器獲 得微纖維化，Turbak等首次制備和定義了微纖化纖維素。而同樣受到廣泛關注的納米原纖 化纖維素（NFC)的獲得則需要化學或酶預處理，需消耗大量能源，目前僅處于實驗室制備 階段。
[0003] 如前所述，可生物降解復合發泡材料引起了研究者極大的關注。綠色聚合物如聚 乙烯醇，是目前商業上使用最廣泛的可水解聚合物，它易溶于水而形成聚乙烯醇水凝膠。強 極性的聚乙烯醇不僅具有良好的離子交換性能、物理吸附性、耐溶劑性、生物相容性以及 與多種材料的良好相容性等優點，在制備過濾和吸附材料、隔音隔熱材料以及復合泡沫材 料等方面具備突出優勢。有關天然纖維/聚乙烯醇復合發泡材料的研究工作已有報道： Avella等利用物理法制備可循環使用且含量不同的多層紙箱紙漿（MC)/聚乙烯醇基復合 發泡材料。纖維與聚乙烯醇良好的界面相容性使復合發泡材料的膨脹行為、力學性能以及 熱穩定性均得到提高，與此同時，隨著MC含量的增加，泡孔尺寸減小進而力學性能提高。然 而，聚乙烯醇的降解溫度接近其熔融溫度，因此需要增塑劑來改善加工性能，防止在加工過 程中產生熱降解。Srithep等用水或二氧化碳作為物理發泡劑研究了間歇式升溫法NFC/ PVOH復合材料發泡行為。研究結果表明，只有高水分含量的樣品在二氧化碳的作用下才形 成均勻的泡孔。干燥的純PVOH和MFC復合材料在二氧化碳作為發泡劑的情況下，由于納米 纖維復合材料在常溫下具有很高的強度，阻礙了氣泡生長并降低泡孔尺寸，因此在掃描電 鏡照片中并沒有觀察到泡孔結構。以上研究工作說明，使用不同增塑劑和不同成型方式制 備的天然纖維/聚乙烯醇復合發泡材料均未獲得高發泡密度且泡孔形貌均勻的聚乙烯醇 發泡材料。
[0004] 如何改善天然纖維和聚乙烯醇的復合材料性能，得到一種高發泡密度的天然纖維 /聚乙烯醇微發泡復合材料，對于豐富可生物降解復合發泡材料具有重要的意義。

【發明內容】

[0005] 基于【背景技術】存在的技術問題，本發明提出了一種改性聚乙烯醇泡沫塑料及其制 備方法，所述改性聚乙烯醇泡沫塑料具有可生物降解性能，同時滿足泡沫塑料對于力學和 加工性能的要求。
[0006] 本發明提出的一種改性聚乙烯醇泡沫塑料，按重量份包括以下原料：
[0007] 改性聚乙烯醇 100份 微纖化纖維素 3-8份 成孔劑 4-10份 表面活性劑 5-15份 增稠劑 2-6份 填料 2-8份 水 IiXMSOl1
[0008] 所述改性聚乙烯醇的制備工藝包括：將聚乙烯醇加水浸泡，升溫，攪拌至溶解完 全，加入氫氧化鈉溶液，調節PH值為10-11，加入硅烷偶聯劑，升溫，攪拌，加酸調節至pH為 7-8,減壓蒸餾，得到改性聚乙烯醇；
[0009] 制備所述改性聚乙烯醇泡沫塑料包括：將改性聚乙烯醇加入水中，加熱至 70-80°C，保溫攪拌0. 5-lh，加入微纖化纖維素繼續攪拌0. 5-lh，降溫至50-60°C，加入成 孔劑、表面活性劑、增稠劑和填料，攪拌1-2h得到懸浮液，將所述懸浮液迅速倒入模具中 在20-30°C干燥56-70h，取出后送入50-70°C真空干燥箱中，干燥40-48h，得到塑料初品； 將所述塑料初品加入間歇式發泡高壓釜中，抽真空，在溫度為180_200°C，壓力為IO-IlMPa 的條件下，連續注入超臨界二氧化碳氣體〇. 5-lh，泄壓，將所述高壓釜浸入-IO-OtC水池中 0. 2-0. 5h，打開高壓釜，得到所述改性聚乙烯醇泡沫塑料。
[0010] 優選地，所述改性聚乙烯醇的制備工藝包括：按重量份將聚乙烯醇100份加水 浸泡l-3h，升溫至SO-KKTC，保溫攪拌至溶解完全，加入25-30wt %的氫氧化鈉溶液，調 節pH值為10-11，攪拌0. 5-lh，加入硅烷偶聯劑3-8份，以2-3°C /min的升溫速率升溫至 100-120°C，攪拌反應l_3h，冷卻至室溫，加酸調節pH為7-8,減壓蒸餾，得到所述改性聚乙 烯醇。
[0011] 優選地，所述硅烷偶聯劑為KH-560。
[0012] 優選地，所述成孔劑為塑化淀粉，制備所述塑化淀粉包括：將淀粉加水后，加熱至 70-90°C，糊化反應0. 5-lh后，再加入塑化劑進行塑化處理0. 5-lh，得到所述塑化淀粉；優 選地，所述淀粉為麥類淀粉、薯類淀粉、玉米淀粉中的一種或多種；所述塑化劑為乙二醇、丙 三醇、二甲基亞砜、水和尿素中的一種或多種。
[0013] 優選地，所述表面活性劑為C12-C17烷基苯磺酸鹽、聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸 酯、烷基酚聚氧乙烯醚中的一種或多種。
[0014] 優選地，所述增稠劑為甲基纖維素、羥丙基甲基纖維素、羧甲基纖維素鈉、羥乙基 纖維素中的一種或多種。
[0015] 優選地，所述微纖化纖維素的纖維直徑為0. 01-2 μ m，長度為0. 1-1 μ m。
[0016] 優選地，所述填料為碳酸鈣、炭黑、二氧化硅、二氧化鈦、氫氧化鋁、蒙脫土、云母 粉、滑石粉、硫酸鋇、硅藻土、高嶺土、石墨中的一種或多種。
[0017] 本發明中，所述改性聚乙烯醇泡沫塑料中，加入改性聚乙烯醇，通過聚乙烯醇與硅 烷偶聯劑反應，硅烷偶聯劑在水解反應生成硅醇，在一定溫度下可進行縮聚反應生成硅氧 烷，由此產生帶有活性基團的長柔性鏈，通過與聚乙烯醇上的羥基縮合反應生成帶有長柔 性鏈的改性聚乙烯醇，大大改善了聚乙烯醇的加工性能，同時利用在改性后的聚乙烯醇中 加入微纖化纖維素，可顯著增加了微纖化纖維素在聚乙烯醇中的分散性能，利用微纖化纖 維素作為骨架，增強了其作為發泡材料的力學性能和降解性能。此外本發明中還加入塑化 淀粉，其既可以作為成孔劑，又可以增加溶液的粘度，有利于得到微孔材料，增強其生物降 解性能；烷基苯磺酸鹽等表面活性劑的加入則可以起到非常好的穩泡、勻泡效果；增稠劑 則用于改善改性聚乙烯醇發泡材料的流變、加工性能。
[0018] 本發明中所述改性聚乙烯醇泡沫塑料的制備工藝，通過對聚乙烯醇進行改性，使 加入的微纖化纖維素均勻分散在改性聚乙烯醇基體中，并加入成孔劑、表面活性劑等，其 極大改善了復合材料的發泡性能。此外本發明中還通過間歇式降壓發泡成型工藝，在選擇 特定的溫度和壓力下加工，使得到的纖維復合發泡材料的發泡性能最佳，最高泡孔密度為 5. 84X IO8Cells · cm 3。與純聚乙稀醇發泡材料相比，本發明所述改性聚乙稀醇泡沫塑料具 有可生物降解性能，同時滿足泡沫塑料對于力學和加工性能的要求。
【具體實施方式】
[0019] 下面，通過具體實施例對本發明的技術方案進行詳細說明。
[0020] 實施例1
[0021] -種改性聚乙烯醇泡沫塑料，按重量份包括以下原料：改性聚乙烯醇100份，微纖 化纖維素3份，成孔劑10份，C12-C17烷基苯磺酸鹽5份，甲基纖維素6份，碳酸鈣2份，水 150 份；
[0022] 所述改性聚乙烯醇的制備工藝包括：按重量份將聚乙烯醇100份加水浸泡lh，升 溫至100°C，保溫攪拌至溶解完全，加入25wt %的氫氧化鈉溶液，調節pH值為10-11，攪拌 lh，加入KH-5603份，以3°C /min的升溫速率升溫至100°C，攪拌反應3h，冷卻至室溫，加酸 調節PH為7-8,減壓蒸餾，得到所述改性聚乙烯醇；
[0023] 所述成孔劑為塑化淀粉，制備所述塑化淀粉包括：將淀粉加水后，加熱至70°C， 糊化反應Ih后，再加入塑化劑進行塑化處理0. 5h，得到所述塑化淀粉，其中所述淀粉為麥 類淀粉；所述塑化劑為乙二醇；所述微纖化纖維素的纖維直徑為〇. 01-2 ym，纖維長度為 0. 1-1 μ m ；
[0024] 制備所述改性聚乙烯醇泡沫塑料包括：將改性聚乙烯醇加入水中，加熱至70°C， 保溫攪拌lh，加入微纖化纖維素繼續攪拌0. 5h，降溫至60°C，加入成孔劑、表面活性劑、增 稠劑和填料，攪拌Ih得到懸浮液，將所述懸浮液迅速倒入模具中在30°C干燥56h，取出后 送入70°C真空干燥箱中，干燥40h，得到塑料初品；將所述塑料初品加入間歇式發泡高壓釜 中，抽真空，在溫度為200°C，壓力為IOMPa的條件下，連續注入超臨界二氧化碳氣體lh，泄 壓，將所述高壓釜浸入-l〇°C水池中0. 5h，打開高壓釜，得到所述改性聚乙烯醇泡沫塑料。
[0025] 實施例2
[0026] -種改性聚乙烯醇泡沫塑料，按重量份包括以下原料：改性聚乙烯醇100份，微纖 化纖維素8份，成孔劑4份，聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯15份，羥丙基甲基纖維素2份， 炭黑8份，水100份；
[0027] 所述改性聚乙烯醇的制備工藝包括：按重量份將聚乙烯醇100份加水浸泡3h，升 溫至80°C，保溫攪拌至溶解完全，加入30wt %的氫氧化鈉溶液，調節pH值為10-11，攪拌 0. 5h，加入KH-5608份，以2°C /min的升溫速率升溫至120°C，攪拌反應lh，冷卻至室溫，加 酸調節PH為7-8,減壓蒸餾，得到所述改性聚乙烯醇；
[0028] 所述成孔劑為塑化淀粉，制備所述塑化淀粉包括：將淀粉加水后，加熱至90°C，糊 化反應0. 5h后，再加入塑化劑進行塑化處理lh，得到所述