ЛИСТОВОЙ ПЕНОПЛАСТ НА ОСНОВЕ ПОПЕРЕЧНО-СШИТОЙ ПОЛИМОЛОЧНОЙ КИСЛОТЫ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ
SHEET STYROFOAM BASED ON CROSS-LINKED POLYLACTIC ACID AND METHOD FOR ITS PRODUCTION

Область техники
Настоящее изобретение относится к листовому пенопласту на основе поперечно-сшитой полимолочной кислоты и способу его получения, в частности, к листовому пенопласту на основе поперечно-сшитой полимолочной кислоты и способу его получения, при этом указанный пенопласт обладает не только превосходной водостойкостью и технологическими свойствами, но и относительно высоким показателем вспенивания и однородной закрытой ячеистой структурой, путем получения смолы на основе поперечно-сшитой полимолочной кислоты в заданных условиях с использованием композитов, содержащих полимолочную кислоту, сшивающих агентов и/или со-сшивающих агентов и последующего формования листа в заданных условиях с использованием композитов, содержащих полимолочную кислоту и вспенивающие агенты, и последующего вспенивания при относительно высоких температурах.
Уровень техники
Листовой пенопласт, изготовленный на основе нефтеполимерных смол, такой как поливинилхлорид (ПВХ) и т.д., широко используется при строительстве зданий, особняков, многоквартирных домов, офисов, магазинов и т.д.
Листовой пенопласт получают экструзией либо каландрированием, например, с использованием таких смол, как поливинилхлорид (ПВХ) и т.д. Но так как огромные количества листового пенопласта получают из сырьевых материалов, которые являются невозобновляемыми ресурсами, такими как нефть и т.д., в будущем ожидаются проблемы несоответствия спроса и предложения и др., связанные с исчерпанием нефтяных ресурсов и т.д.
Также, даже учитывая нынешний рост внимания к экологическим проблемам, листовой пенопласт на основе поливинилхлорида (ПВХ) обнаруживает следующие проблемы: легкое выделение токсичных веществ и внушительные нагрузки на окружающую среду даже при утилизации.
2
В связи с этими проблемами заслуживает внимания полученная из растительных ресурсов и синтезированная полимолочная кислота в качестве заменителя нефтяных смол. Полимолочная кислота представляет собой смолу, полученную полимеризацией молочной кислоты, которую, в свою очередь, получают ферментацией крахмала, экстрагированного из возобновляемых растительных ресурсов (кукуруза, картофель, батат и т.д.), и является смолой, благоприятной для окружающей среды, т.к. не только уменьшает содержание СО, но также может снизить потребление невозобновляемых видов энергии. В открытой публикации патента Кореи №10-2008-0067424 и многочисленных предварительных публикациях упоминается листовой пенопласт, полученный с использованием полимолочной кислоты.
Однако полимолочная кислота легко гидролизуется при постоянной влажности и температуре, и по сравнению с листовым пенопластом, полученным преимущественно из смолы ПВХ, листовой пенопласт, полученный из полимолочной кислоты, прилипает к технологическому оборудованию при термическом наслоении или имеет недостаточные вязкоупругие свойства при высоких температурах, и эти недостатки процесса наслоения обуславливают сложность получения многослойной пленки. Также важной задачей было улучшение водостойкости и технологических свойств.
Кроме того, полимолочная кислота представляет собой смолу, имеющую сильную склонность к кристаллизации и относительно низкую молекулярную массу, и, поскольку прочность расплава низкая, наблюдались не только низкий показатель вспенивания при вспенивании, но также проблемы формирования неоднородной открытой ячеистой структуры пенопласта; таким образом, требовалось получение листового пенопласта с однородной и закрытой ячеистой структурой.
Раскрытие сущности изобретения
Техническая задача
Задачей настоящего изобретения является обеспечение листового пенопласта на основе поперечно-сшитой полимолочной кислоты и способа его получения, в частности, обеспечение листового пенопласта на основе поперечно-сшитой полимолочной кислоты и способа его получения, при этом указанный пенопласт обладает не только превосходными водостойкостью и технологическими свойствами, но и относительно высоким показателем вспенивания и однородной закрытой ячеистой структурой пенопласта, путем получения смолы на основе поперечно-сшитой полимолочной кислоты в заданных условиях с использованием композитов, содержащих полимолочную кислоту, сшивающие агенты и/или со-сшивающие агенты, и последующего формования листа в заданных условиях с использованием композитов, содержащих полимолочную кислоту и вспенивающие агенты, и последующего вспенивания при относительно высоких температурах.
Техническое решение
Для достижения описанных свойств листовой пенопласт согласно варианту реализации настоящего изобретения содержит один или более слой смолы, содержащей полимолочную кислоту, при этом полимолочная кислота в слое смолы является поперечно-сшитой и ячейки пенопласта имеют закрытую структуру.
Согласно другому варианту реализации настоящего изобретения способ получения листового пенопласта для достижения описанных свойств включает один или более слоев смолы, содержащей полимолочную кислоту, а также включает: поперечную сшивку путем повышения температуры первого композита, содержащего 100 массовых частей полимолочной кислоты, 0,001~10 массовых частей сшивающих агентов; получение листа путем экструзии или каландрирования второго композита, полученного путем последующего добавления к первому композиту 0,1~10 массовых частей вспенивающих агентов на 100 массовых частей полимолочной кислоты; и вспенивание путем пропускания через печь.
Полезный эффект
Листовой пенопласт с использованием полимолочной кислоты согласно настоящему изобретению в качестве биоразлагаемой смолы, содержащей полимолочную кислоту, структурируют путем реакции поперечного сшивания, достигают поперечного сшивания молекулярных цепей и таким образом увеличивают прочность расплава, и, таким образом, термическая обработка становится легкореализуемой, улучшаются не только физические свойства, такие как водостойкость, прочность на разрыв, относительное удлинение, и т.д., но также значительно улучшаются физические свойства вспенивания, и, таким образом, становится возможным образование ячейки с закрытой структурой.
Для листового пенопласта на основе полимолочной кислоты согласно настоящему изобретению используют полимолочную кислоту на основе растительных ресурсов, в отличие от ПВХ на основе нефтяных ресурсов, который обычно используется для связующих, и таким образом может быть решена проблема несоответствия спроса и предложения, возникающая в результате исчерпания нефтяных ресурсов.
2
Также листовой пенопласт с использованием полимолочной кислоты в соответствии с настоящим изобретением имеет следующие преимущества: низкий уровень выбросов экологически токсичных веществ в процессе получения, таких как СО, а также является экономичным и несложным при утилизации.
Описание чертежей
ФИГ. 1 - изображение поперечного сечения листового пенопласта, изготовленного согласно варианту реализации настоящего изобретения.
ФИГ. 2 - изображение поперечного сечения листового пенопласта, изготовленного согласно сравнительному примеру настоящего изобретения.
Лучший вариант
Преимущества и особенности изобретения, а также способ его осуществления будут описаны ниже со ссылками на соответствующие фигуры и подробное описание. Но следует понимать, что настоящее изобретение не ограничено нижеперечисленными вариантами реализации и может быть реализовано разными способами, а данные способы реализации представлены для полного описания изобретения и обеспечения глубокого понимания специалистами в данной области техники и объем изобретения ограничен только сопроводительной формулой изобретения и ее эквивалентами. Однотипные компоненты будут обозначаться соответствующей нумерацией в описании изобретения.
В дальнейшем в этом документе будут подробно описаны композит для формования листового пенопласта с использованием полимолочной кислоты в соответствии с настоящим изобретением, лист пенопласта, полученный с использованием указанного композита, и способ его получения.
Листовой пенопласт
Согласно варианту реализации настоящего изобретения листовой пенопласт содержит один или более слой смолы, содержащей полимолочную кислоту, полимолочная кислота в слое смолы является поперечно-сшитой, а ячейки пенопласта представляют собой закрытую структуру.
Листовой пенопласт в соответствии с настоящим изобретением обладает не только превосходными водостойкостью и технологическими свойствами, но и относительно высоким показателем вспенивания и однородной закрытой ячеистой структурой пенопласта.
В первую очередь, листовой пенопласт в соответствии с настоящим изобретением содержит полимолочную кислоту. Полимолочная кислота является термопластичным полиэфиром, полученным полимеризацией лактида или молочной кислоты, в качестве примера промышленного производства она может быть получена путем полимеризации лактида или молочной кислоты, полученных ферментацией крахмала, извлеченного из кукурузы, картофеля и др. Поскольку кукуруза, картофель и др. являются возобновляемыми растительными ресурсами, полимолочная кислота, полученная из этих растений, может эффективно справиться с проблемой истощения нефтяных ресурсов.
2
Также смола на основе полимолочной кислоты имеет более низкий уровень выбросов токсичных веществ в окружающую среду, таких как СО и др., во время процессов использования и утилизации по сравнению с материалами на основе нефти, такими как поливинилхлорид (ПВХ), и является экономичной, т.к. она легко разлагается в природной среде при утилизации.
Смолы на основе полимолочной кислоты можно разделить на смолу на основе кристаллической полимолочной кислоты (с-полимолочная кислота) и смолу на основе некристаллической полимолочной кислоты (а-полимолочная кислота). В данном случае, поскольку возможны ситуации вытекания пластификатора на поверхность листа пенопласта в случае использования смол на основе кристаллической полимолочной кислоты, то предпочтительно использовать смолы на основе некристаллической полимолочной кислоты. Смолы на основе некристаллической полимолочной кислоты имеют следующее преимущество: не требуется добавления агентов, улучшающих совместимость, которые, по существу, добавляют для предотвращения вытекания. В случае использования смол на основе некристаллической полимолочной кислоты наиболее предпочтительно использовать 100% некристаллическую полимолочную кислоту для получения смолы на ее основе, а также при необходимости можно использовать смолу на основе смеси кристаллической и некристаллической полимолочной кислоты.
В этом случае для получения смолы на основе полимолочной кислоты предпочтительно использовать один или более элемент, выбранный из L-полимолочной кислоты и D-полимолочной кислоты для придания изделию технологических свойств и предотвращения вытекания пластификатора.
Слой смолы согласно настоящему изобретению формируют из, помимо смолы на основе полимолочной кислоты, композитов на основе биоразлагаемой смолы, содержащих сшивающие агенты и вспенивающие агенты.
В настоящем изобретении в реакции поперечного сшивания полимолочной кислоты используют сшивающие агенты. В качестве сшивающих агентов предпочтителен органический пероксид, особенно можно отметить дикумилпероксид (ДКП), пербутилпероксид (ПБП), диметил-трет-бутилпероксигексан, трет-бутилмоногексилпероксикарбонат и т.д., без ограничения.
Предпочтительное содержание сшивающих агентов в композите составляет 0,001~10 массовых частей на 100 массовых частей полимолочной кислоты. При содержании сшивающего агента меньше указанного диапазона не начинается реакция поперечного сшивания полимера, а при содержании больше указанного диапазона поперечное сшивание слишком сильное, наблюдаются термореактивные свойства и, таким образом, возникают проблемы в процессе получения.
При этом, вспенивающий агент используется для формирования закрытых ячеек в листовом пенопласте в соответствии с настоящим изобретением. Предпочтительно вспенивающий агент представляет собой один или более элементов, выбранных из азодикарбонамида, п,п′-окси-бис-бензолсульфонилгидразида, п-толуолсульфонилгидразида и бензолсульфонилгидгазида, без ограничения ими.
Предпочтительное содержание вспенивающего агента в композите составляет 0,1~10 массовых частей на 100 массовых частей полимолочной кислоты. При содержании вспенивающих агентов меньше указанного диапазона проблемы со вспениванием минимальны, при содержании больше указанного диапазона вспенивание чрезмерно и образуются преимущественно открытые ячейки и, таким образом, существуют проблемы, связанные со снижением прочности.
Согласно настоящему изобретению композит на основе биоразлагаемой смолы может дополнительно содержать один или более элементов, выбранных из со-сшивающего агента, со-вспенивающего агента, пластификатора и неорганического наполнителя.
В первую очередь, в настоящем изобретении со-сшивающий агент помогает плавному протеканию реакции поперечного сшивания. Предпочтительно, чтобы со-сшивающий агент представлял собой триаллилизоцианурат (ТАИЦ), без ограничения им.
Таким образом, предпочтительное содержание со-сшивающего агента в композите составляет 1,0 или меньше массовых частей на 100 массовых частей полимолочной кислоты. При содержании более 1,0 массовых частей происходит чрезмерное сшивание и наблюдаются проблемы перехода в термореактивную смолу или смолу, сложную в обработке. Также в настоящем изобретении со-вспенивающий агент способствует плавному протеканию реакции вспенивания. Предпочтительно, чтобы со-вспенивающий агент представлял собой один или более элементов, выбранных из неодекарбоната цинка, неодекарбоната калия и 2-этилгексаноата цинка, без ограничения.
Предпочтительное содержание со-вспенивающего агента в композите 10,0 или меньше массовых частей на 100 массовых частей полимолочной кислоты. При содержании более 10 массовых частей наблюдается чрезмерное вспенивание и обнаруживаются проблемы не только при раннем вспенивании во время горячего формования листа, но также может наблюдаться формирование открытой ячеистой структуры пенопласта.
Также в настоящем изобретении пластификатор улучшает технологические свойства листового пенопласта. Предпочтительно, чтобы пластификатор представлял собой один или более элементов, выбранных из лимонной кислоты и эфира лимонной кислоты, без ограничений.
Предпочтительное содержание пластификатора составляет 100 или меньше массовых частей на 100 массовых частей полимолочной кислоты. При содержании более 100 массовых частей, существуют проблемы сложности обработки.
Также, неорганический наполнитель имеет отличную совместимость со смолой, могут быть использованы карбонат кальция, тальк, древесные волокна и др., без ограничения.
Предпочтительно содержание неорганического наполнителя составляет 300 или меньше массовых частей на 100 массовых частей полимолочной кислоты. При содержании более 300 массовых частей содержание смолы слишком низкое, наблюдаются сложности в технологической процессе и уменьшение прочности.
В настоящем изобретении полимолочная кислота в листовом пенопласте является поперечно-сшитой благодаря описанным выше сшивающим агентам, наблюдаются эффект водостойкости и превосходные технологические свойства. Здесь и далее описан способ изготовления листового пенопласта в соответствии с настоящим изобретением.
Способ изготовления листового пенопласта
Способ изготовления листового пенопласта согласно другому варианту реализации настоящего изобретения для достижения описанных задач включает один или более слоев смолы, содержащей полимолочную кислоту, а также включает: сшивание путем повышения температуры первого композита, содержащего 100 массовых частей полимолочной кислоты, 0,001~10 массовых частей сшивающего агента; получение листа экструзией или каландрированием второго композита, полученного путем последующего добавления 0,1~10 массовых частей вспенивающего агент на 100 массовых частей полимолочной кислоты к первому композиту; и вспенивание путем пропускания через печь.
Сначала первый композит, содержащий смолу на основе полимолочной кислоты согласно настоящему изобретению, поперечно сшивают при нагревании.
Температура, которая требуется для этого процесса, выше, чем температура во время термического формования и предпочтительно составляет примерно 100~250°С. В связи с этим сшивающий агент, содержащийся в первом композите, полностью разлагается, инициируя поперечное сшивание смол полимолочной кислоты. На этой стадии можно использовать экструдер и пластикатор.
Далее из листа, произведенного с помощью экструзии или каландрирования, получают второй композит дальнейшим добавлением вспенивающих агентов, и т.д., в первый поперечно-сшитый композит. В это время ингредиенты перемешивают или пластифицируют, и процесс смешивания или пластицирования можно осуществить, например, с использованием жидких или порошкообразных ингредиентов в супермиксере, экструдере, пластикаторе, двойных или тройных вальцах и т.д.
Также в процессе смешивания и пластицирования ингредиентов для более эффективного перемешивания процесс смешивания и пластицирования проводят в несколько стадий и неоднократно, например способом пластифицирования при смешивании с помощью смесителя Бенбери, и др. при температуре около 120~200°С, и первое, и второе смешивания пластифицированных ингредиентов происходит с использованием двойных вальцов и др. при температуре около 120~200°С. В этом случае, поскольку описание для каждого ингредиента приведено выше, то здесь они пропущены.
Далее, лист пропускают через печь и подвергают вспениванию. В этом случае, т.к. условия вспенивания составляют 100~250°С, ниже указанной температуры вспенивание не происходит, а выше указанной температуры происходит резкое испарение пластификатора и резко уменьшается гибкость.
Метод вспенивания представляет собой обычный метод для специалистов в этой области техники и не требует специальных ограничений.
Согласно способу изготовления листового пенопласта, описанному выше в настоящем изобретении, эксплуатация очень простая, т.к. продукт имеет превосходные технологические свойства и отличную водостойкость.
Изготовление образца листового пенопласта и сравнительного образца
В дальнейшем в этом документе представлен образец изготовления согласно образцу изготовления и сравнительный образец листового пенопласта в соответствии с наиболее предпочтительным вариантом реализации настоящего изобретения. Но следует понимать, что образцы представляют наиболее предпочтительный вариант реализации настоящего изобретения, и настоящее изобретение не ограничено следующими примерами.
Некоторые детали, которые не указаны в настоящих примерах, полностью понятны для специалистов в данной области, поэтому их описание опущено.
Образец
3
0,3 массовых частей трет-бутил-2-этилмоногексилпероксикарбоната, который представляет собой сшивающий агент, и 0,1 массовых частей триаллилизоцианурата, который также представляет собой сшивающий агент, смешали с 100 массовыми частями некристаллической полимолочной кислоты (Natureworks) с помощью супермиксера, затем осуществляли реакцию поперечного сшивания с использованием двухшнекового экструдера при 160 градусах, и была произведена поперечно-сшитая смола в форме пластины. Смесь для вспенивания получили путем тщательного пластицирования 100 массовых частей полученной поперечно-сшитой смолы и 100 массовых частей неорганического наполнителя (карбонат кальция: СаСО), 40 массовых частей пластификатора (лимонная кислота), 5 массовых частей пенообразователя (азодикарбонат 80%/4,4′-оксидибензолсульфонилгидразид 20%), 2 массовых частей со-вспенивающего агента (неодекарбонат цинка) при 130 градусах в миксере Бенбери. Изготовление листа пенопласта закончилось получением листа толщиной 120 мкм из изготовленного композита с помощью двойных вальцов, установленных на 100 градусов и дальнейшим погружением в печь-пенообразователь на 40 секунд при 190 градусах.
Сравнительный образец
Сравнительный образец был изготовлен аналогично образцу, за исключением того, что сшивающий агент не добавляли.
Оценка
Оценка результатов физических свойств (прочность на разрыв, процент погружной усадки) и показатель вспенивания образца и образца сравнения представлены в Таблице 1.
При оценке результатов наблюдалось следующее: листовой пенопласт в соответствии с настоящим изобретением сшивает полимолочную кислоту и подвергается вспениванию при относительно высоких температурах, и поэтому листовой пенопласт на основе полимолочной кислоты имеет не только превосходные водостойкость и технологические свойства, но и относительно высокий показатель вспенивания, и может быть получена однородная закрытая ячеистая структура пенопласта.
Также на ФИГ. 1 и 2 проиллюстрированы результаты оценки поперечного сечения листового пенопласта, изготовленного согласно образцу и сравнительному образцу.
Как можно наблюдать на ФИГ. 1, в случае листового пенопласта, изготовленного согласно образцу настоящего изобретения, возможно формирование закрытой ячеистой структуры пенопласта, но на ФИГ. 2, в случае изготовления согласно сравнительному образцу, закрытая ячеистая структура пенопласта не образуется.
Хотя в настоящем документе были описаны некоторые варианты реализации изобретения, специалистам в данной области следует понимать, что эти варианты реализации приведены только для иллюстрации, могут быть различные модификации, вариации и изменения, не выходящие за рамки настоящего изобретения. Объем настоящего изобретения должен быть определен прилагаемой формулой изобретения и ее эквивалентами.