CN101927565A - 红外线加热制备聚乳酸薄膜的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种红外线加热制备聚乳酸薄膜的方法，包括如下步骤：将聚乳酸基树脂制备成为坯管，然后将其通过红外线辐射加热至60～120℃，再通气吹胀，最后将吹胀获得的薄膜进行热处理，得到所述的聚乳酸基树脂薄膜。本发明将坯管在波长为3μm～17μm的红外线中，利用辐射加热的方式加热，满足了聚乳酸吹塑对温度稳定性的苛刻要求，使得生产稳定性大大提高，聚乳酸薄膜的厚度可以大大降低，并大幅提高了加热效率，降低能耗，而薄膜厚度的大幅下降可降低聚乳酸薄膜的成本，促进此类环境友好型材料的广泛应用。本发明工艺方法简单，成本低廉，可有效促进环保型聚乳酸制品的广泛应用。
Description
技术领域
本发明涉及制备聚乳酸基树脂薄膜的方法，更具体的说，涉及制备过程中的加热方法。
背景技术
聚烯烃塑料广泛的应用于人们的日常生活中，给人们的生活带来大量的便利，但应用后的处理也成为全球性的难题。目前主要是焚烧或填埋，但是焚烧会产生大量有害物质，而填埋会导致土壤的污染。随着对塑料废弃物造成的环境问题关注度的提高，对由酶或微生物作用而分解的可生物降解塑料的研究日益盛行。
聚乳酸以其良好的机械强度和生物降解性能而倍受关注。聚乳酸的原料可以来源于植物体，利用发酵等方法得到单体乳酸，再由单体聚合得到聚乳酸。这种材料应用后丢弃到自然界可以很快降解为无毒小分子，更为重要的是这类材料摆脱了传统高分子工业对石油化工的高度依赖性。
聚乳酸基树脂在包装材料方面的研究更是成为热点，主要是农业用薄膜、商品包装薄膜、垃圾袋以及瓶类包装等制品。但是由于聚乳酸基树脂的熔体强度很低，难以直接吹塑，目前主要采用双轴拉伸的方法制备聚乳酸基树脂薄膜。
WO2003/037966公开了利用双轴拉伸的方法制备聚乳酸基树脂薄膜，可用于信封包装的玻璃窗；CN00814964.X同样也采用双轴拉伸的方法制备了聚乳酸基树脂薄膜，可用于密封的单层包装。但是双轴拉伸设备价格昂贵，过程控制复杂，这在一定程度上也提高了聚乳酸薄膜的成本，使得这种环境友好型材料的推广受到限制。
JP2008-120865报道了的一种双膜泡法制备聚乳酸薄膜，虽然可以简化工艺，降低生产成本，但是由于聚乳酸基树脂导热系数很低，且模量对温度非常敏感，小范围的温度的变化，将导致聚乳酸基树脂薄膜的大幅波动。所以采用通常的空气加热方法加热效率极低，难以实现聚乳酸薄膜的稳定制备。
发明内容
本发明的目的是提供一种红外线加热制备聚乳酸薄膜的方法，以克服现有技术存在的上述缺陷。
本发明的方法包括如下步骤：将聚乳酸基树脂制备成为坯管，然后将其通过红外线辐射加热至60～120℃，再通气吹胀，最后将吹胀获得的薄膜进行热处理，得到所述的聚乳酸基树脂薄膜。
所述坯管的制备为现有技术，如专利JP2008-120865报道的方法；
将所述坯管再次吹胀，获得的薄膜的方法，坯管再次吹胀也为现有技术，如JP2008-120865报道的方法，本发明的特征在于，将坯管采用红外线辐射的方式加热，以克服现有技术存在的缺陷；
按照本发明，采用的红外线的波长为3μm～17μm；
优选的，红外线的波长为3μm～5μm；
优选的，红外线的波长为4μm～12μm；
优选的，红外线的波长为12μm～17μm；
红外线可以采用市售的红外线装置获得，如上海彩融经贸发展有限公司的IRI90015IRI90045等型号的红外线发生装置。
聚乳酸坯管的加热可以是红外线辐射加热，或者是红外加热环境介质后，再传导热给聚乳酸坯管。
所述的聚乳酸薄膜横向拉伸比为1～10，纵向拉伸比为1～10；聚乳酸薄膜厚度范围为0.002mm～0.5mm。
纵向拉伸倍率和横向拉伸倍率的定义如下：
纵向拉伸倍率＝(拉伸后薄膜的纵向牵引速度)/(拉伸前薄膜的纵向牵引速度)
横向拉伸倍率＝(拉伸后薄膜的宽度)/(拉伸前薄膜的宽度)；
所述的聚乳酸薄膜在吹胀成型后，需要在60～140℃下热处理0～30分钟。
所述的聚乳酸基树脂为聚乳酸，或者是聚乳酸与其他可生物降解树脂和添加剂的共混材料；
所述的聚乳酸为L-乳酸均聚物、D-乳酸均聚物或L，D-乳酸共聚物中的一种以上；L，D-乳酸共聚物中，L-乳酸的重量含量为20％以上，聚乳酸的重均分子量为10,000～2,000,000；
所述的其他可生物降解树脂包括聚己内酯、聚乙交酯、聚丁二酸丁二醇酯、聚羟基丁酸、聚羟基丁酸-羟基戊酸共聚物或聚羟基辛酸-羟基乙酸共聚物中的一种以上；
所述的添加剂包括增塑剂、增韧剂或填料中的一种以上；
所述增塑剂选自三乙酸甘油酯或柠檬酸三乙酯等；
所述增韧剂优选聚己二酸甘油酯或聚癸二酸甘油酯等；
所述填料为无机或有机填料，如碳酸钙，二氧化硅、淀粉或纤维素等。
聚乳酸与其他可生物降解树脂和添加剂的共混材料中，聚乳酸的重量百分比为50％～100％，其他可生物降解树脂的重量百分比为0～50％，添加剂的重量份数为0～50％：
按照ISO6721标准塑料动态机械性能的测试方法，所述的聚乳酸基树脂在0～120℃范围内贮存模量E′的最小值低于100MPa，更优化的贮存模量E′的最小值低于50MPa。
本发明将坯管在波长为3μm～17μm的红外线中，利用辐射加热的方式加热，满足了聚乳酸吹塑对温度稳定性的苛刻要求，使得生产稳定性大大提高，聚乳酸薄膜的厚度可以大大降低，并大幅提高了加热效率，降低了能耗，而薄膜厚度的大幅下降可降低聚乳酸薄膜的成本，促进此类环境友好型材料的广泛应用。本发明工艺方法简单，成本低廉，可有效促进环保型聚乳酸制品的广泛应用。
具体实施方式
下面将列举实施例，但是本发明不受这些实施例的任何限制。首先说明实施例的具体测试方法。
储存弹性模量E’：按照ISO6721标准塑料动态机械性能的方法测试。
拉伸强度和断裂伸长率：根据ASTM D882测量膜在纵向和横向的拉伸强度和断裂伸长率。
热收缩率：将薄膜样品沿纵向、横向分别切出140mm(宽度10mm)，在其间加入100mm间隔的标线，在80℃的温水浴中浸渍5分钟，计算其标线的尺寸，用下式计算热收缩率。
热收缩率(％)＝[(收缩前尺寸-收缩后尺寸)]/(收缩前的尺寸)×100
厚度测量：对所得薄膜用千分表测点沿宽度方向等间隔10点，沿长度方向以500mm间隔20点总共200点的厚度，求出其厚度平均值(X)和标准偏差(б)，求出(3б/X)×100(％)。将该值小于15％的产品作为具有良好厚度的产品，标记为(O)，15％以上的产品记为(×)。
实施例1
将重均分子量为15万的L-乳酸均聚物和三乙酸甘油酯按照重量比为100∶10的比例在双螺杆挤出机上挤出共混，切粒，加入到单螺杆挤出机中150℃下挤出成坯管，坯管进入到波长为3μm～5μm红外线加热器中加热至75℃，通气吹胀制备聚乳酸薄膜。薄膜在110℃下热处理30秒，得到厚度为25μm的薄膜。薄膜的横向和纵向拉伸比及其性能如表1所示。
实施例2
将重均分子量为20万的D，L-乳酸共聚物(L-乳酸97％)、柠檬酸三乙酯以及聚己内酯按照重量比为100∶10∶10的比例在双螺杆挤出机上挤出共混，切粒，加入到单螺杆挤出机中150℃下挤出成坯管，坯管进入到波长为4μm～12μm红外线加热器中加热至75℃，并且通气吹胀制膜，薄膜在140℃下热处理20秒，得到厚度为2μm的薄膜。薄膜的横向和纵向拉伸比及其性能如表1所示。
实施例3
将重均分子量为15万的L-乳酸均聚物、聚癸二酸甘油酯以及二氧化硅按照重量比为100∶10∶5的比例在双螺杆挤出机上挤出共混，切粒，加入到单螺杆挤出机中150℃下挤出成坯管，坯管进入到波长为3μm～5μm红外线加热器中加热至85℃，并且通气吹胀制膜，薄膜在80℃下热处理60秒，得到厚度为8μm的薄膜。薄膜的横向和纵向拉伸比及其性能如表1所示。
实施例4
将重均分子量为15万的D-乳酸均聚物、聚己二酸甘油酯以及淀粉按照重量比为100∶10∶15的比例在双螺杆挤出机上挤出共混，切粒，加入到单螺杆挤出机中150℃下挤出成坯管，坯管进入到波长为12μm～17μm红外线加热器中加热至60℃，并且通气吹胀制膜，薄膜在60℃下热处理30分钟，得到厚度为40μm的薄膜。薄膜的横向和纵向拉伸比及其性能如表1所示。
实施例5
将重均分子量为15万的L-乳酸均聚物和三乙酸甘油酯按照重量比为100∶10的比例在双螺杆挤出机上挤出共混，切粒，加入到单螺杆挤出机中150℃下挤出成坯管，坯管进入到波长为3μm～5μm红外线加热器中加热至120℃，并且通气吹胀制膜，薄膜在130℃下热处理10分钟，得到厚度为25μm的薄膜。薄膜的横向和纵向拉伸比及其性能如表1所示。
比较例1
将重均分子量为15万的L-乳酸均聚物和三乙酸甘油酯按照重量比为100∶10的比例在双螺杆挤出机上挤出共混，切粒，加入到单螺杆挤出机中150℃下挤出成坯管，坯管进入到波长为3μm～5μm红外线加热器中加热至75℃，通气吹胀制膜，薄膜在110℃下热处理30秒，得到厚度为25μm的薄膜。薄膜的横向和纵向拉伸比及其性能如表1所示。
表1
由实施例1～5和对比实施例1的数据可见，采用红外线加热法可以连续均匀地制备出聚乳酸基树脂薄膜，而采用传统气相加热的方法无法均匀的制备出聚乳酸基树脂薄膜，薄膜的厚度精度很差，且缺陷较多。所以与气相加热的方法比较，红外线加热的方法制备薄膜的生产过程和产品质量更加稳定可靠。
Claims (10)
1.红外线加热制备聚乳酸薄膜的方法，其特征在于，包括如下步骤：将聚乳酸基树脂制备成为坯管，然后将其通过红外线辐射加热至60～120℃，再通气吹胀，最后将吹胀获得的薄膜进行热处理，得到所述的聚乳酸基树脂薄膜。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，红外线的波长为3μm～17μm。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，红外线的波长为3μm～5μm。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，红外线的波长为4μm～12μm；。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，红外线的波长为12μm～17μm。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的聚乳酸薄膜横向拉伸比为1～10，纵向拉伸比为1～10；聚乳酸薄膜厚度范围为0.002mm～0.5mm，所述的聚乳酸薄膜在吹胀成型后，在60～140℃下热处理0～30分钟。
7.根据权利要求1～6任一项所述的方法，其特征在于，所述的聚乳酸基树脂为聚乳酸，或者是聚乳酸与其他可生物降解树脂和添加剂的共混材料。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述的聚乳酸为L-乳酸均聚物、D-乳酸均聚物或L，D-乳酸共聚物中的一种以上；L，D-乳酸共聚物中，L-乳酸的重量含量为20％以上，聚乳酸的重均分子量为10,000～2,000,000。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述的其他可生物降解树脂包括聚己内酯、聚乙交酯、聚丁二酸丁二醇酯、聚羟基丁酸、聚羟基丁酸-羟基戊酸共聚物或聚羟基辛酸-羟基乙酸共聚物中的一种以上；
所述的添加剂包括增塑剂、增韧剂或填料中的一种以上；
所述增塑剂选自三乙酸甘油酯或柠檬酸三乙酯等；
所述增韧剂优选聚己二酸甘油酯或聚癸二酸甘油酯等；
所述填料为无机或有机填料，如碳酸钙，二氧化硅、淀粉或纤维素等；
聚乳酸与其他可生物降解树脂和添加剂的共混材料中，聚乳酸的重量百分比为50％～100％，其他可生物降解树脂的重量百分比为0～50％，添加剂的重量份数为0～50％。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，按照ISO6721标准塑料动态机械性能的测试方法，所述的聚乳酸基树脂在0～120℃范围内贮存模量E′的最小值低于100MPa，更优化的贮存模量E′的最小值低于50MPa。
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