一种可发泡组合物、可生物降解PMI泡沫及其制备方法与流程

本公开涉及发泡新材料，特别是涉及一种可发泡组合物、可生物降解pmi泡沫及其制备方法。

背景技术：

1、聚甲基丙烯酰亚胺(pmi)泡沫是一种先进新材料，通常由甲基丙烯酸(maa)和甲基丙烯腈(man)或者由甲基丙烯酸(maa)和丙烯腈(an)共聚后发泡而成，容易加工且具有优异的强度、刚度、热稳定性和耐化学性，在航空航天领域、轨道交通、风力发电、消费电子产品、医疗器械等领域均有大量应用，并在近几年迅速发展。

2、然而，随着pmi泡沫应用的普及，pmi泡沫废弃后如何处理的问题日渐显现，一直困扰着业内。由于pmi泡沫具有优良的耐高温、耐溶剂性，在自然环境中难以降解。传统化学降解方法通常需要在高温强碱性环境下进行，存在条件受限大、成本高、效率低的问题；而如果通过焚烧方法处理废料，焚烧会加重大气污染。

3、另外，废弃塑料造成的“白色污染”一直是世界环保关注的重点，可降解塑料的研究和发展是一种世界性趋势。例如，专利cn117777602b研究了一种可降解聚丙烯塑料母粒，向塑料中加入二乙基二硫代氨基甲酸铁、二氧化钛的混合物作为降解剂，30天的光降解率达到29％。专利cn112063042b研究了一种可降解的聚丙烯塑料，将活性炭包覆的纤维素作为降解剂。专利us9914824b2研究了一种可生物降解聚乙烯塑料，硬脂酸钴、硬脂酸铁、硬脂酸铈、硬脂酸锰和硬脂酸钒作为生物降解剂，结果显示，制成的塑料垃圾袋在垃圾填埋场条件下会在24-36个月内生物降解。专利cn108264736b研究了一种可降解pbat类发泡材料，加入1,4-丁二醇、己二醇或者乙二醇作为降解剂，在2-3年左右可实现基本完全降解。us11597235b2研究了一种用于轮胎的可降解聚氨酯泡沫，加入膦酸二甲酯、膦酸二乙酯作为降解剂，聚氨酯泡沫能够在高于120℃时降解。

4、由于pmi泡沫的广泛应用也将产生大量废料，废弃pmi泡沫的处理问题亟待解决。因此，研发对环境友好型的可降解pmi泡沫是实施可持续发展的重要途径。

技术实现思路

1、目前pmi泡沫难降解，如何处理废弃pmi泡沫面临巨大的经济压力和环境问题。现有研究公开了在聚丙烯、聚乙烯、pbat、聚氨酯等塑料中添加降解剂的方案，都有效实现了聚丙烯、聚乙烯、pbat、聚氨酯等塑料的可降解性。但这些塑料的原料、反应体系、产品性能和应用场景与pmi泡沫迥异，降解剂的种类丰富、性质悬殊，并非都可以用于生产可降解pmi泡沫。本发明人也没有发现能够有效实现pmi泡沫降解的研究。

2、在一方面，本公开提供了一种可生物降解的pmi泡沫及其制备方法，解决了传统pmi泡沫的废弃物处理难，成本高，低效率的问题。

3、在另一方面，本公开提供了将现有pmi泡沫转化为可生物降解的pmi泡沫的方法，解决了现有难降解的pmi泡沫转化为可生物降解的材料的问题。

4、在另一方面，本公开提供了高强度、高生物降解率的pmi泡沫。

5、在另一方面，本公开提供了能够用于pmi泡沫的降解剂。

6、在另一方面，本公开提供了提高pmi泡沫在堆肥条件下的生物分解率的方法。

7、具体来说，本公开提出了如下技术方案：

8、首先，本公开提供了一种可发泡组合物，包括共聚单体、引发剂、发泡剂和交联剂，所述共聚单体包括第一共聚单体和第二共聚单体，

9、所述第一共聚单体选自甲基丙烯腈或丙烯腈中的一种或两种，所述第二共聚单体选自甲基丙烯酸；

10、所述组合物还包括降解剂，所述降解剂选自聚乳酸、淀粉基聚醚多元醇、聚己内酯中的一种或两种以上的组合；

11、所述降解剂与所述共聚单体的质量之比为30-132：180。

12、任选地，本公开提供了根据前述的可发泡组合物，其中，所述共聚单体还包括第三共聚单体，所述第三共聚单体选自丙烯酰胺类单体。

13、任选地，本公开提供了根据前述任一项的可发泡组合物，其中，所述丙烯酰胺类单体选自丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、n-羟甲基丙烯酰胺、n,n-二甲基丙烯酰胺中的任一种或者两种以上的组合。

14、任选地，本公开提供了根据前述任一项的可发泡组合物，其中，所述引发剂选自偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、过氧化(2-乙基己酸)叔丁酯和过氧化二月桂酰中的任一种或者两种以上的组合；所述发泡剂选自甲酰胺、n,n-二甲基甲酰胺、异丙醇、异丁醇、辛烷和异辛烷中的任一种或者两种以上的组合；所述交联剂为甲基丙烯酸烯丙酯、甲基丙烯酸镁中的任一种或者两种。

15、任选地，本公开提供了根据前述任一项的可发泡组合物，其中，所述聚乳酸的分子量为3-15万，聚己内酯的分子量为1-12万，淀粉基聚醚多元醇的羟值为300-600mgkoh/g。

16、任选地，本公开提供了根据前述任一项的可发泡组合物，其中，所述降解剂选自聚乳酸。

17、任选地，本公开提供了根据前述任一项的可发泡组合物，其中，所述降解剂与所述共聚单体的质量之比为50-110：180。

18、任选地，本公开提供了根据前述任一项的可发泡组合物，其中，所述第一共聚单体和所述第二共聚单体的质量之比为0.6-1.5：1。

19、任选地，本公开提供了根据前述任一项的可发泡组合物，其中，按质量计，包括第一共聚单体64-120份、第二共聚单体64-120份，引发剂1.2-3份、发泡剂10-18份、交联剂0.8-2.4份、降解剂30-132份，第三共聚单体0-2.4份。

20、任选地，本公开提供了根据前述任一项的可发泡组合物，其中，按质量计，包括第一共聚单体72-110份、第二共聚单体72-110份，引发剂1.8-2.75份、发泡剂11.25-16.5份、交联剂0.9-2.2份、降解剂40-121份、第三共聚单体0.9-2.2份。

21、任选地，本公开提供了根据前述任一项的可发泡组合物，其中，按质量计，包括第一共聚单体甲基丙烯腈72-88份，第二共聚单体甲基丙烯酸90-110份，第三共聚单体甲基丙烯酰胺1.8-2.2份，引发剂偶氮二异丁腈2-2.75份，发泡剂甲酰胺11.25-13.75份，交联剂甲基丙烯酸烯丙酯1.8-2.2份，降解剂聚乳酸30-99份。

22、任选地，本公开提供了根据前述任一项的可发泡组合物，其中，按质量计，包括第一共聚单体丙烯腈90-110份，第二共聚单体甲基丙烯酸72-88份，第三共聚单体丙烯酰胺0.9-1.1份，引发剂过氧化(2-乙基己酸)叔丁酯1.8-2.2份，发泡剂异丙醇13.5-16.5份，交联剂甲基丙烯酸镁0.9-1.1份，降解剂聚乳酸30-99份。

23、任选地，本公开提供了根据前述任一项的可发泡组合物，其中，按质量计，包括降解剂70-90份。

24、其次，本公开还提供了一种可生物降解泡沫，通过前面任一项所述的可发泡组合物发泡获得。

25、再次，本公开还提供了一种可生物降解泡沫的制备方法，包括以下步骤：

26、s1、预聚合：利用前述任一项的可发泡组合物进行聚合反应，获得预聚体；

27、s2、发泡前热处理：将所述预聚体进行热处理，获得聚合体；

28、s3、发泡：将所述聚合体进行发泡，获得泡沫。

29、任选地，本公开提供了根据前述任一项的制备方法，其中，步骤s1中，聚合反应体系含有降解剂、共聚单体、引发剂、发泡剂和交联剂。

30、任选地，本公开提供了根据前述任一项的制备方法，其中，步骤s1中，聚合反应温度为20℃-60℃。

31、任选地，本公开提供了根据前述任一项的制备方法，其中，步骤s2热处理温度60℃-120℃。

32、任选地，本公开提供了根据前述任一项的制备方法，其中，步骤s3发泡温度为160℃-250℃。

33、任选地，本公开提供了根据前述任一项的制备方法，还包括以下步骤：

34、s4、发泡后热处理：将所述泡沫在135℃-220℃热处理，获得耐高温泡沫。本公开一些实施方式的有益效果包括：

35、本公开提供的可生物降解的pmi泡沫，通过科学的添加降解剂和调节降解剂的占比含量，实现了pmi泡沫高强度、可降解的功能，在有效提高pmi泡沫降解率的同时保持足够的机械性能。