ЛИСТОВОЙ ПЕНОМАТЕРИАЛ НА ОСНОВЕ ПОЛИМОЛОЧНОЙ КИСЛОТЫ С УДЛИНЕННОЙ ЦЕПЬЮ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ
SHEET FOAMED MATERIAL BASED ON POLYLACTIC ACID WITH ELONGATED CHAIN AND METHOD FOR PRODUCTION THEREOF

Область техники
Настоящее изобретение относится к листовому пеноматериалу полимолочной кислоты с удлиненной цепью и способу его получения. В частности, настоящее изобретение относится к листовому пеноматериалу, полученному путем формования в конкретных условиях с использованием композиции, содержащей полимолочную кислоту с удлиненной цепью, пластификатор и вспенивающий агент, с последующим вспениванием при относительно высокой температуре, с обеспечением, таким образом, превосходной водостойкости и технологических свойств и различных эффектов, включая снижение выброса газов, вызывающих парниковый эффект, сокращение использования ископаемых ресурсов и отсутствие образования токсичных газов/веществ, нарушающих работу эндокринной системы, и к способу получения указанного листового пеноматериала.
Уровень техники
Листовые пеноматериалы на основе нефтяных смол, таких как поливинилхлорид (ПВХ) и т.п., широко используются в различных строительных сооружениях, таких как дома, особняки, квартиры, офисные помещения, магазины и т.п.
Указанные листовые пеноматериалы получают путем экструзии или каландрования смолы, такой как поливинилхлорид (ПВХ) и т.п. Однако поскольку сырьевые материалы для указанных листов получают из невозобновляемых ресурсов, таких как неочищенная нефть, можно ожидать, что истощение нефтяных ресурсов приведет к различным проблемам, связанным со снабжением сырьевыми материалами.
Более того, принимая во внимание повышающийся в последние годы интерес к вопросам экологии, существует проблема, связанная с тем, что листовые пеноматериалы на основе поливинилхлорида (ПВХ) могут выделять токсичные вещества и загрязнять окружающую среду при их выбрасывании.
2
Для решения описанных проблем в последние годы в качестве материала, способного заменить нефтяные смолы, рассматривают смолу полимолочной кислоты (или полилактида), которую выделяют и синтезируют на основе растительных ресурсов. Полимолочную кислоту получают путем полимеризации молочной кислоты, которая может быть получена в результате ферментации крахмала, выделенного из возобновляемых растительных ресурсов (кукурузы, картофеля, батата и т.д.) и которая представляет собой экологически безопасную смолу, обеспечивающую возможность снижения выброса CO и сохранения невозобновляемых энергетических ресурсов. В ряде источников, включая публикацию заявки на корейский патент №10-2008-0067424, описаны листовые пеноматериалы на основе смолы полимолочной кислоты.
Однако поскольку полимолочная кислота легко гидролизуется при определенной влажности и температуре, она имеет недостатки, связанные с тем, что плита, полученная из смолы полимолочной кислоты, прилипает к производственному инструменту при термическом ламинировании или плохо компонуется в многослойную структуру из-за недостаточной вязкоэластичности при обработке при высокой температуре по сравнению с существующими плитами, полученными из смол на основе ПВХ. Таким образом, важной задачей является улучшение водостойкости и технологических свойств листового пеноматериала, полученного из смолы полимолочной кислоты.
Кроме того, поскольку полимолочная кислота обладает высокой степенью кристалличности, относительно низкой молекулярной массой и низкой прочностью расплава, ее использование имеет недостатки, связанные с низким коэффициентом расширения при вспенивании.
Раскрытие сущности изобретения
Техническая задача
В одном аспекте задача настоящего изобретения состоит в обеспечении листового пеноматериала на основе полимолочной кислоты с удлиненной цепью и способа его получения.
Более конкретно, настоящее изобретение направлено на обеспечение листового пеноматериала, полученного путем формования при конкретных условиях с использованием композиции, содержащей полимолочную кислоту с удлиненной цепью, пластификатор и вспенивающий агент, с последующим вспениванием при относительно высокой температуре, с обеспечением, таким образом, превосходной водостойкости и технологических свойств и различных эффектов, включая снижение выброса газов, вызывающих парниковый эффект, сокращение использования ископаемых ресурсов и отсутствие образования токсичных газов/веществ, нарушающих работу эндокринной системы, и способ получения указанного листового пеноматериала.
Техническое решение
Согласно одному аспекту настоящего изобретения, листовой пеноматериал содержит по меньшей мере один слой смолы, образованный из композиции биодеградируемой смолы, содержащей полимолочную кислоту с удлиненной цепью, пластификатор и вспенивающий агент.
Согласно другому аспекту настоящего изобретения, способ получения листового пеноматериала включает: инициирование удлинения цепи путем нагревания первой композиции, содержащей 100 массовых частей смолы полимолочной кислоты и от 0,001 до 10 массовых частей удлинителя цепи; получение листа путем экструзии или каландрования второй композиции, полученной путем добавления к первой композиции с удлиненной цепью дополнительно от 10 до 100 массовых частей пластификатора и от 0,1 до 10 массовых частей вспенивающего агента на 100 массовых частей первой композиции; и вспенивание листа в печи.
Полезный эффект
Согласно настоящему изобретению, поскольку в листовом пеноматериале на основе смолы полимолочной кислоты используется биодеградируемая смола, включающая смолу полимолочной кислоты с удлиненной цепью, то указанный листовой пеноматериал легко поддается термической обработке и проявляет улучшенные физические свойства с точки зрения водостойкости, прочности на разрыв, удлинения и т.д., а также улучшенные свойства вспенивания.
Согласно настоящему изобретению, поскольку в листовом пеноматериале на основе смолы полимолочной кислоты используется смола полимолочной кислоты, полученной из растительных ресурсов, а не на основе ПВХ, полученного из нефтяных ресурсов, который обычно используют в качестве связующего, то указанный листовой пеноматериал позволяет решать проблему снабжения сырьевыми материалами, связанную с истощением нефтяных ресурсов, и выделяет небольшое количество токсичных для окружающей среды веществ и экологически безопасен благодаря возможности его легкой утилизации.
Лучший вариант
Вышеперечисленные, а также другие аспекты, признаки и преимущества настоящего изобретения будут очевидны из подробного описания следующих вариантов реализации вместе с прилагаемыми графическими материалами. Однако необходимо понимать, что настоящее изобретение не ограничено следующими вариантами реализации, и его можно осуществлять различными способами, и что указанные варианты реализации изобретения предложены для полного описания и ясного понимания изобретения специалистами в данной области техники. Объем изобретения определяется исключительно прилагаемой формулой изобретения и ее эквивалентами.
Далее следует подробное описание листового пеноматериала на основе смолы полимолочной кислоты и способа его получения в соответствии с вариантами реализации настоящего изобретения.
Листовой пеноматериал
Согласно одному варианту реализации настоящего изобретения листовой пеноматериал содержит по меньшей мере один слой смолы, образованный из композиции биодеградируемой смолы, содержащей полимолочную кислоту с удлиненной цепью, пластификатор и вспенивающий агент.
Листовой пеноматериал согласно настоящему изобретению содержит полимолочную кислоту с удлиненной цепью и, таким образом, проявляет превосходную водостойкость и технологические свойства, а также имеет высокий коэффициент расширения.
Во-первых, листовой пеноматериал согласно настоящему изобретению содержит полимолочную кислоту. Полимолочная кислота является термопластическим полиэфиром, полученным путем полимеризации лактида или молочной кислоты. Например, полимолочная кислота может быть получена путем полимеризации лактида или молочной кислоты, полученной в результате ферментации крахмала, выделенного из кукурузы, картофеля, батата и т.п. Поскольку кукуруза, картофель, батат и т.п. представляют собой возобновляемые растительные ресурсы, смола на основе полученной из них полимолочной кислоты может эффективно решать проблемы, связанные с истощением нефтяных ресурсов.
2
Кроме того, полимолочная кислота во время ее использования или утилизации выделяет намного меньшее количество токсичных для окружающей среды веществ, таких как CO и т.п., по сравнению с материалами на основе нефти, такими как поливинилхлорид (ПВХ) и т.п., и экологически безопасна, поскольку легко разрушается в природных условиях, когда ее выбрасывают.
Полимолочную кислоту можно разделить на кристаллическую полимолочную кислоту (к-полимолочную кислоту) и аморфную полимолочную кислоту (а-полимолочную кислоту). В данном случае, поскольку лист, полученный с использованием кристаллической полимолочной кислоты, может «подтекать», то есть, может происходить вытекание пластификатора за пределы поверхности указанного листового пеноматериала, можно использовать аморфную полимолочную кислоту. Использование аморфной полимолочной кислоты обеспечивает преимущество, связанное с отсутствием необходимости добавления улучшающей совместимость присадки, которую в противном случае требуется добавлять для предотвращения «подтекания». При использовании аморфной полимолочной кислоты указанная полимолочная кислота может представлять собой 100% аморфную полимолочную кислоту или смесь кристаллической и аморфной полимолочной кислоты, при необходимости.
В данном случае полимолочная кислота может включать по меньшей мере одну из поли-L-молочной кислоты, поли-D-молочной кислоты и поли-L,D-молочной кислоты, с учетом технологических свойств, предотвращения «подтекания» пластификатора и т.п.
Слой смолы содержит полимолочную кислоту с удлиненной цепью, полученную путем удлинения цепи полимолочной кислоты с использованием удлинителя цепи. Удлинитель цепи может представлять собой любое соединение, выбранное из эпокси-соединений, выбранных из группы, состоящей из диглицидилового эфира бисфенола А, диглицидилового эфира терефталевой кислоты, диглицидилового эфира триметилолпропана и диглицидилового эфира 1,6-гександиола; изоцианатных соединений, выбранных из группы, состоящей из диизоцианата гексаметилена, диизоцианата толуола, диизоцианата ксилилена, диизоцианата дифенилметана и триизоцианата; акриловых соединений; соединений малеинового ангидрида и сополимеров, содержащих указанные соединения, но не ограничивается указанными соединениями.
Количество удлинителя цепи может составлять от 0,001 до 10 массовых частей в композиции на 100 массовых частей полимолочной кислоты. Если количество удлинителя цепи составляет менее 0,001 массовых частей, то удлинение цепи не начинается, и если количество удлинителя цепи составляет более 10 массовых частей, то возникает проблема при обработке из-за крайне высокой степени удлинения цепи.
Пластификатор служит для улучшения технологических свойств листового пеноматериала согласно изобретению. Согласно настоящему изобретению пластификатор может представлять собой экологически безопасный пластификатор и может включать по меньшей мере одно соединение из лимонной кислоты, сложных эфиров лимонной кислоты, эпоксидированных растительных масел, сложных эфиров жирных кислот, полиэтиленгликоля, полиэтиленпропиленгликоля и сложных глицериновых эфиров, но не ограничивается указанными.
В данном случае количество пластификатора может составлять от 10 до 100 массовых частей на 100 массовых частей смолы полимолочной кислоты с удлиненной цепью. Если количество пластификатора составляет менее 10 массовых частей или более 100 массовых частей, то возникает проблема, связанная с затруднительной обработкой.
Вспенивающий агент может включать по меньшей мере один из азодикарбонамида, n,n′-оксибис(бензолсульфонилгидразида), n-толуолсульфонилгидразина и бензолсульфонилгидразина, но не ограничивается указанными.
Количество вспенивающего агента может составлять от 0,1 до 10 массовых частей в композиции на 100 массовых частей полимолочной кислоты с удлиненной цепью. Если количество вспенивающего агента составляет менее 0,1 массовой доли, то может наблюдаться слабое вспенивание листового пеноматериала, и если количество вспенивающего агента составляет более 10 массовых частей, то прочность листового пеноматериала может ухудшаться, поскольку образуется избыточное количество открытых пор из-за слишком интенсивного вспенивания. Согласно изобретению композиция биодеградируемой смолы также может содержать по меньшей мере один из катализатора удлинения цепи, вспенивающей добавки и неорганических наполнителей.
Катализатор удлинения цепи служит для облегчения удлинения цепи. Катализатор удлинения цепи может представлять собой стеарат цинка, но не ограничивается указанным. Количество катализатора удлинения цепи может составлять 1,0 массовую часть или меньше на 100 массовых частей смолы полимолочной кислоты с удлиненной цепью. Если количество катализатора удлинения цепи составляет более 1,0 массовой доли, то свойства листового пеноматериала могут ухудшаться из-за удлинения обратной цепи.
Кроме того, вспенивающая добавка служит для облегчения вспенивания. Вспенивающая добавка может включать по меньшей мере один из оксида цинка, неодеканоата цинка, неодеканоата калия и 2-этилгексаноата цинка, но не ограничивается указанными.
В данном случае количество вспенивающей добавки может составлять 10 массовых частей или меньше на 100 массовых частей смолы полимолочной кислоты с удлиненной цепью. Если количество вспенивающей добавки составляет более 10 массовых частей, то может возникать преждевременное вспенивание листового пеноматериала, и формироваться пеноматериал с открытыми порами в процессе высокотемпературного формования из-за избыточного вспенивания.
Кроме того, неорганический наполнитель может включать неорганические наполнители, проявляющие превосходную совместимость со смолой, в частности карбонат кальция, тальк, древесное волокно и т.п., но не ограничивается указанными.
Количество неорганических наполнителей может составлять 300 массовых частей или меньше на 100 массовых частей смолы полимолочной кислоты с удлиненной цепью. Если количество неорганических наполнителей составляет более 300 массовых частей, то возникает проблема, связанная с затруднительной обработкой листового пеноматериала и ухудшением его прочности из-за слишком низкого количества смолы.
Поскольку молекулярная масса полимолочной кислоты листового пеноматериала согласно настоящему изобретению повышена из-за удлинителя цепи, указанный листовой пеноматериал проявляет превосходную водостойкость и технологические свойства. Далее следует подробное описание способа получения листового пеноматериала согласно настоящему изобретению.
Способ получения листового пеноматериала
Согласно одному варианту реализации настоящего изобретения способ получения листового пеноматериала включает проведение реакции при высокой температуре первой композиции, содержащей 100 массовых частей смолы полимолочной кислоты и от 0,001 до 10 массовых частей удлинителя цепи; получение листа путем экструзии или каландрования второй композиции, полученной путем добавления к первой композиции с удлиненной цепью также от 10 до 100 массовых частей пластификатора и от 0,1 до 10 массовых частей вспенивающего агента на 100 массовых частей указанной первой композиции; и вспенивание листа в печи.
Сначала в первую композицию, содержащую смолу полимолочной кислоты согласно настоящему изобретению, вводят удлинитель цепи с последующим проведением реакции при высокой температуре, приводящей, таким образом, к удлинению концевого участка цепи полимолочной кислоты.
Процесс осуществляют при температуре, превышающей температуру высокотемпературного формования, указанный процесс можно осуществлять при температуре от примерно 100°C до примерно 250°C. В данном случае термическую реакцию можно индуцировать с помощью удлинителя цепи, входящего в состав первой композиции, и дополнительно можно использовать катализатор для повышения скорости реакции. В данном случае можно использовать экструдер и книдер.
Затем вторую композицию, полученную путем добавления к первой композиции с удлиненной цепью также пластификатора, вспенивающего агента и т.п., подвергают экструзии или каландрованию с получением, таким образом, листа.
В данном случае сырьевые материалы смешивают или месят. Например, смешивание и замес жидких или порошкообразных сырьевых материалов можно осуществлять с использованием ультрамиксера, экструдера, книдера, 2-роликовой или 3-роликовой машины и т.п.
Кроме того, для более эффективного перемешивания в процессе смешивания и замеса сырьевых материалов смешанные сырьевые материалы можно подвергать замесу при температуре от примерно 120°C до примерно 200°C с использованием смесителя Бенбери или т.п. Процесс смешивания и замеса можно многократно осуществлять в несколько этапов, например, путем замеса сырьевых материалов с последующим первичным и вторичным смешиванием замешенных сырьевых материалов при температуре от примерно 120°C до примерно 200°C с использованием 2-роликовой машины или т.п. В данном случае детали для каждого из сырьевых материалов являются такими, как описано выше.
Затем лист подвергают вспениванию в печи. В данном случае указанное вспенивание осуществляют при температуре от 150 до 250°C. Если температура составляет менее 150°C, то лист не вспенивается, и если температура составляет более 250°C, то возникает проблема, связанная со значительным ухудшением эластичности листа из-за сильного испарения пластификатора.
Лист можно формировать с помощью общего способа, известного в данной области техники, не ограничиваясь указанным.
Способ получения листового пеноматериала согласно настоящему изобретению обеспечивает возможность крайне легкой обработки благодаря превосходным технологическим свойствам.
Получение листового пеноматериала
Далее следует более подробное описание настоящего изобретения со ссылкой на некоторые примеры. Однако необходимо понимать, что указанные примеры предложены исключительно для иллюстрации и никоим образом не ограничивают настоящее изобретение.
Описание деталей, очевидных специалистам в данной области техники, опущено для ясности.
Пример 1
100 массовых частей поли-L-лактида и 1,0 массовую часть терполимера этилена, акрилового эфира и глицидилметакрилата, соответствующего удлинителю цепи, смешивали с помощью ультрамиксера. Затем указанные смешанные сырьевые материалы подвергали реакции удлинения цепи с использованием двухшнекового экструдера при температуре 210°C с получением, таким образом, смолы с удлиненной цепью в виде гранул.
100 массовых частей полученной смолы с удлиненной цепью и 40 массовых частей пластификатора (лимонной кислоты) и 5 массовых частей вспенивающего агента (80% азодикарбоната/20% 4,4′-оксидибензолсульфонилгидразида) на 100 массовых частей смолы с удлиненной цепью замешивали в смесителе Бенбери при температуре 130°C с получением, таким образом, композиции для получения пеноматериала. Полученную композицию формовали в виде листа толщиной 120 мкм с использованием 2-роликовой машины с установленной температурой 100°C с последующим вспениванием в печи для вспенивания при температуре 190°C в течение 40 секунд с получением, таким образом, листового пеноматериала.
Пример 2
Листовой пеноматериал получали таким же образом, как в примере 1, за исключением того, что вместо поли-L-лактида использовали поли-D-лактид.
Пример 3
Листовой пеноматериал получали таким же образом, как в примере 1, за исключением того, что вместо поли-L-лактида использовали поли-L,D-лактид.
Пример 4
Листовой пеноматериал получали таким же образом, как в примере 1, за исключением того, что к композицию дополнительно добавляли 100 массовых частей наполнителя (карбоната кальция) и 2 массовых доли добавки для вспенивания (неодеканоата цинка) для образования пены на 100 массовых частей смолы с удлиненной цепью.
Пример 5
Листовой пеноматериал получали таким же образом, как в примере 4, за исключением того, что к смоле с удлиненной цепью дополнительно добавляли 0,5 массовых частей катализатора удлинения цепи (стеарата цинка).
Пример для сравнения 1
Листовой пеноматериал получали таким же образом, как в примере 1, за исключением того, что использовали полимолочную кислоту с не удлиненной цепью.
Оценка
Проводили оценку каждого из листовых пеноматериалов, полученных в примерах и примерах для сравнения, в отношении их свойств (прочности на разрыв, усадки после погружения) и коэффициента расширения. Результаты показаны в таблице 1.
Как показано в таблице 1, представленные данные подтверждают, что благодаря использованию в листовом пеноматериале согласно настоящему изобретению полимолочной кислоты с удлиненной цепью может быть получен листовой пеноматериал полимолочной кислоты, проявляющий хорошую водостойкость, хорошие технологические свойства и имеющий при этом высокий коэффициент расширения.
Несмотря на то, что настоящее изобретение было описано со ссылкой на некоторые варианты реализации, необходимо понимать, что перечисленные выше варианты реализации предложены исключительно для иллюстрации, и что специалисты в данной области техники могут осуществлять различные модификации, изменения, вариации и эквиваленты указанных вариантов реализации в пределах сущности и объема настоящего изобретения. Таким образом, объем настоящего изобретения ограничивается исключительно прилагаемой формулой изобретения и ее эквивалентами.