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)境污染是制約中國經(jīng)濟(jì)、社會可持續(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、美國等國的大公司通過新型聚乳酸合成工藝或者通過對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(中國發(fā)明，申請?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EPLA進(jìn)行模壓成型。研究人員發(fā)現(xiàn)，僅通過對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(中國發(fā)明，申請?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，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，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)，并取得良好的市場反饋。

　　中科院寧波材料所開發(fā)的EPLA另一優(yōu)勢在于，EPLA模塑成型體具有優(yōu)異的耐溫性(120度處理22h小時，不會發(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(中國發(fā)明，申請?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(中國發(fā)明，申請?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)取得不俗的市場銷售和良好的市場認(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)申請四項(xiàng)中國發(fā)明，擬申請三項(xiàng)中國發(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。