中科院聚乳酸微發(fā)泡材料開發(fā)中取得階段性進(jìn)展

能源短缺和環(huán)境污染是制約中國(guó)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵問題。石油基聚合物發(fā)泡材料的廣泛使用已經(jīng)在*范圍內(nèi)引發(fā)了“白色污染”問題，開發(fā)具有環(huán)境降解能力的生物基發(fā)泡材料，既能減輕人類對(duì)石油資源的過分依賴，又能緩解石油基塑料給生態(tài)環(huán)境帶來的壓力，制備生物基聚合物發(fā)泡材料已經(jīng)引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛興趣。不過，聚乳酸樹脂熔體強(qiáng)度低，通過商品化的通用聚乳酸樹脂來制備性能優(yōu)異的聚乳酸發(fā)泡材料仍存在技術(shù)上的難題。2006年以來，日本、荷蘭、美國(guó)等國(guó)的大公司通過新型聚乳酸合成工藝或者通過對(duì)通用聚乳酸樹脂改性的方法，成功實(shí)現(xiàn)了聚乳酸發(fā)泡材料的商業(yè)化。

　　2010年以來，翟文濤副研究員和鄭文革研究員帶領(lǐng)的科研小組開展了聚乳酸微發(fā)泡材料的研發(fā)工作。2010年12月，科研人員突破了通用聚乳酸微發(fā)泡的技術(shù)難題，在實(shí)驗(yàn)室成功實(shí)現(xiàn)了發(fā)泡倍率為20-45倍的聚乳酸微發(fā)泡粒子(EPLA)的可控制備(中國(guó)發(fā)明，申請(qǐng)?zhí)枺?01110022246.5)。研究發(fā)現(xiàn)，該技術(shù)制備條件溫和、生產(chǎn)過程穩(wěn)定，具有*的學(xué)術(shù)和產(chǎn)業(yè)化價(jià)值。目前，該課題組成功搭建了實(shí)驗(yàn)室中試設(shè)備，具備年生產(chǎn)10噸的規(guī)模。

　　采用傳統(tǒng)的水蒸氣成型機(jī)可以對(duì)EPLA進(jìn)行模壓成型。研究人員發(fā)現(xiàn)，僅通過對(duì)樹脂配方和成型工藝的優(yōu)化，就可以在現(xiàn)有成型設(shè)備上實(shí)現(xiàn)聚EPLA成型體的連續(xù)化制備。所制備的EPLA成型體的尺寸穩(wěn)定性好、機(jī)械性能優(yōu)異，所制備的材料已經(jīng)在拉伸強(qiáng)度和壓縮強(qiáng)度上達(dá)到甚至*密度聚苯乙烯發(fā)泡粒子成型體(EPS)的性能(中國(guó)發(fā)明，申請(qǐng)?zhí)枺?01110110427.3)。因此，EPLA成型體有望代替EPS成型體，用于制備綠色緩沖包裝材料領(lǐng)域以及餐飲包裝材料等。聚乳酸發(fā)泡材料具有環(huán)境降解的特點(diǎn)，根據(jù)其優(yōu)勢(shì)，EPLA制品可以用于花卉種植業(yè)。例如，將花卉種子/植物苗、培養(yǎng)液、合適土壤放入EPLA制備的發(fā)泡盒，并埋入土壤;合適的環(huán)境促進(jìn)花卉快速生長(zhǎng)，而發(fā)泡盒可以在1年左右自然降解，無需任何后處理。目前，荷蘭某公司的EPLA產(chǎn)品已經(jīng)應(yīng)用于花卉產(chǎn)業(yè)，并取得良好的市場(chǎng)反饋。

　　中科院寧波材料所開發(fā)的EPLA另一優(yōu)勢(shì)在于，EPLA模塑成型體具有優(yōu)異的耐溫性(120度處理22h小時(shí)，不會(huì)發(fā)生明顯收縮)和壓縮性能。本團(tuán)隊(duì)通過熱熔膠粘合的方法制備了以硬質(zhì)EPLA為芯層，具有三明治結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)泡沫材料(中國(guó)發(fā)明，申請(qǐng)?zhí)枺?01110109327.9)。該材料可以*生物降解，有望用于汽車綠色內(nèi)飾包裝材料等領(lǐng)域。

　　一次性餐飲包裝是聚乳酸環(huán)境友好塑料的主要應(yīng)用領(lǐng)域。目前，聚乳酸材料存在耐溫低、質(zhì)脆、樹脂成本高的問題。研究人員發(fā)現(xiàn)，微發(fā)泡技術(shù)可以顯著改善聚乳酸樹脂的韌性，提高聚乳酸樹脂的耐溫性(從50-55度提高至80-100度)和顯著降低材料的原材料成本(中國(guó)發(fā)明，申請(qǐng)?zhí)枺?01110110336.X)。因此，通過聚乳酸微發(fā)泡片材來制備聚乳酸食品包裝盒對(duì)降低材料成本具有現(xiàn)實(shí)意義。如圖3所示為寧波材料開發(fā)的幅寬為500mm的聚乳酸微發(fā)泡片材。通過傳統(tǒng)的聚合物片材吸塑工藝，研究人員成功制備了聚乳酸微發(fā)泡餐盒(圖4)。目前，研究團(tuán)隊(duì)正開展聚乳酸微發(fā)泡片材穩(wěn)定化制備研究。

　　聚乳酸微發(fā)泡材料的研發(fā)和銷售在上正處于蓬勃發(fā)展階段，目前已經(jīng)取得不俗的市場(chǎng)銷售和良好的市場(chǎng)認(rèn)可，發(fā)展前景令人期待。中科院寧波材料所研究人員立足于解決基礎(chǔ)科學(xué)問題，定位于產(chǎn)品技術(shù)開發(fā)，已經(jīng)打通了聚乳酸微發(fā)泡材料商業(yè)化制備過程中的關(guān)鍵步驟。目前，研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)申請(qǐng)四項(xiàng)中國(guó)發(fā)明，擬申請(qǐng)三項(xiàng)中國(guó)發(fā)明和數(shù)篇制品實(shí)用新型以及制品外觀，具有*的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。研究人員歡迎多方資源介入，促進(jìn)該技術(shù)的成熟，進(jìn)而從實(shí)驗(yàn)室的中試到公司的商業(yè)化開發(fā)，將科學(xué)技術(shù)轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)的生產(chǎn)力。