CN109354844B - 一种高性能聚乳酸吹塑薄膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高性能聚乳酸吹塑薄膜及其制备方法，属于生物降解高分子材料技术领域。解决了现有技术中纯聚乳酸吹塑成膜性能差的技术问题。本发明的高性能聚乳酸吹塑薄膜，采用具有结晶能力的聚乳酸为原料，经结晶处理和吹塑成膜而成。该薄膜横向和纵向可同时具有高强度、高模量、高拉伸断裂伸长率和抗撕裂强度，解决了聚乳酸薄膜脆性严重的缺陷，且保持了聚乳酸的透明性和完全生物降解的环保性能，有利于聚乳酸薄膜产品的广泛应用，经实验检测，该薄膜的横向和纵向断裂伸长率分别高达73％和135％，横向和纵向撕裂强度分别高达223KN/m和183KN/m。
Description
技术领域
本发明涉及一种高性能聚乳酸吹塑薄膜及其制备方法，属于生物降解高分子材料领域。
背景技术
随着环保要求越来越高，我国以及世界上对可生物降解材料的需求已呈爆发式增长态势。特别是由于包装行业的迅猛发展，对快递袋、厨房垃圾袋、超市购物袋等包装袋的需求与日俱增。非生物降解包装材料的使用带来了严重的环境污染问题，因此，开发完全生物降解材料及其膜袋制品具有非常广阔的应用前景。
聚乳酸(PLA)是21世纪世界公认的最具发展前景的绿色环保塑料，是来源于可再生植物资源、具有良好的生物相容性、生物可吸收性、力学强度高、透明性好、可塑性加工成型的生物降解高分子材料。然而，单独使用聚乳酸很难做包装薄膜和膜袋类制品，必须与其它聚合物、淀粉等多种助剂共混改性后吹膜或吸塑、注塑、流延加工成制品。目前，用于吹塑成膜的聚乳酸树脂均是添加增韧剂或是其他助剂，单纯的聚乳酸吹塑成膜的力学性能较差，尤其是脆性严重、不抗撕裂和柔顺性差，不能满足应用需求。中国发明专利(公开号108017887 A)公开了一种PLA-PBSA吹塑薄膜及其制备方法，是在聚乳酸中添加丁二酸丁二醇酯-己二酸丁二醇酯共聚物以及其它增塑剂等加工助剂，经熔融共混挤出得到改性PLA吹膜专用树脂，再经吹膜机吹塑成膜，得到生物降解薄膜。添加的改性剂可有效提高聚乳酸薄膜的拉伸断裂伸长率和抗撕裂强度，保持了聚乳酸的透明性，解决了聚乳酸薄膜脆性缺陷。然而，增韧剂、增塑剂等助剂的加入使聚乳酸韧性提高的同会影响其强度和刚性，而且添加剂的加入使生产过程变得繁杂，增加了能耗，降低了生产效率。因此，采用合理的方法获得同时具有高拉伸强度、高撕裂强度和高韧性的PLA薄膜，并保持完全生物降解特性，显得非常重要也更有价值。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术中聚乳酸(纯聚乳酸，不含添加剂)吹塑成膜性能差的技术问题，提供一种高性能聚乳酸吹塑薄膜及其制备方法。
本发明解决上述技术问题采取的技术方案如下。
本发明提供一种高性能聚乳酸吹塑薄膜，采用具有结晶能力的聚乳酸为原料，经结晶处理和吹塑成膜而成。
优选的是，所述的聚乳酸重均分子量为100000-300000g/mol。
本发明还提供上述高性能聚乳酸吹塑薄膜的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、将具有结晶能力的聚乳酸干燥后直接进行冷结晶处理，或者先将具有结晶能力的聚乳酸干燥、挤出造粒、干燥，然后进行冷结晶处理，得到结晶的聚乳酸材料；
步骤二、将步骤一得到的结晶的聚乳酸在150-160℃吹塑成膜，得到高性能聚乳酸吹塑薄膜。
优选的是，所述步骤一中，具有结晶能力的聚乳酸的冷结晶温度为90-120℃。
优选的是，所述步骤一中，挤出造粒采用双螺杆挤出机，双螺杆挤出机的设定条件为：一区：165-180℃，二区：170-185℃，三区：170-190℃，四区：170-190℃，五区：170-190℃，六区：170-190℃，七区：170-190℃，八区：170-190℃，机头：170-190℃；螺杆转速为100-300rpm。
优选的是，所述步骤一中，结晶的聚乳酸材料的结晶度为15％至结晶完全。
优选的是，所述步骤二中，采用吹膜机吹塑成膜，吹膜机的设定条件为：一区：150-155℃，二区：150-160℃，三区：150-160℃，四区：150-160℃，主机螺杆转速为50-300rpm，牵引比为3-10，吹胀比为2-6。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供的高性能聚乳酸吹塑薄膜，先将具有结晶能力的聚乳酸结晶处理，吹塑成膜温度比聚乳酸传统吹膜温度低，使得在吹塑成膜过程中聚乳酸晶体并未完全熔融，在成膜过程中受牵伸力的影响形成了微观有序的结构，这种有序结构不仅有利于聚乳酸吹塑成膜，还使得获得的薄膜具有优异的力学性能，即横向和纵向同时具有高强度、高模量、高拉伸断裂伸长率和高抗撕裂强度，解决了聚乳酸薄膜脆性严重的缺陷。且高性能聚乳酸吹塑薄膜仅包含聚乳酸组分，没有增塑剂和增韧剂以及其它助剂等组分的加入，组分单一，因此强度和韧性却可以同时显著提高。经实验检测，本发明的高性能聚乳酸吹塑薄膜横向和纵向断裂伸长率分别高达73％和135％，横向和纵向撕裂强度分别高达223KN/m和183KN/m。
本发明提供的高性能聚乳酸吹塑薄膜不仅具备优异的综合力学性能，而且保持了PLA的透明性和完全生物降解的环保性能，有利于聚乳酸薄膜产品的广泛应用。
本发明提供的高性能聚乳酸吹塑薄膜的制备方法，制备过程简单，清洁环保，降低了能耗，提高了生产效率。
具体实施方式
为了进一步了解本发明，下面结合具体实施方式对本发明的优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为了进一步说明本发明的特征和优点而不是对本发明权利要求的限制。
本发明的高性能聚乳酸吹塑薄膜，采用具有结晶能力的聚乳酸为原料，经结晶处理和吹塑成膜而成。其中，具有结晶能力的聚乳酸，为纯聚乳酸，不添加任何改性剂，聚乳酸重均分子量为100000-300000g/mol。
本发明的高性能聚乳酸吹塑薄膜的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、将具有结晶能力的聚乳酸干燥后直接进行冷结晶处理(方式为退火)，或者先将具有结晶能力的聚乳酸干燥、挤出造粒、干燥，然后进行冷结晶处理(方式为退火)，得到结晶的聚乳酸材料；
步骤二、将步骤一得到的结晶的聚乳酸在150-160℃吹塑成膜，得到高性能聚乳酸吹塑薄膜。
上述技术方案中，步骤一中，具有结晶能力的聚乳酸的冷结晶温度为90-120℃。
上述技术方案中，步骤一中，挤出造粒采用双螺杆挤出机，双螺杆挤出机的设定条件为：一区：165-180℃，二区：170-185℃，三区：170-190℃，四区：170-190℃，五区：170-190℃，六区：170-190℃，七区：170-190℃，八区：170-190℃，机头：170-190℃；螺杆转速为100-300rpm。
上述技术方案中，步骤一中，结晶的聚乳酸材料的结晶度为15％至结晶完全。
上述技术方案中，步骤二中，采用吹膜机吹塑成膜，吹膜机的设定条件为：一区：150-155℃，二区：150-160℃，三区：150-160℃，四区：150-160℃，主机螺杆转速为50-300rpm，牵引比为3-10，吹胀比为2-6。
为使本领域技术人员进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明做进一步的说明。干燥温度为70℃
实施例1
将PLA(商品牌号为Natureworks 2002D，D型乳酸单元含量为4％，重均分子量为121000g/mol)放置于真空烘箱中于70℃真空干燥24h。然后将其在110℃退火5h使其冷结晶完全，得到结晶的聚乳酸，将结晶的聚乳酸经吹膜机吹塑成膜，吹膜机的设定条件为：一区：155℃，二区：155℃，三区：155℃，四区：155℃，主机螺杆转速为200rpm，牵引比为8.6，吹胀比为2.7。测试薄膜的力学性能，测试结果列于表1。
实施例2
将PLA(商品牌号为Natureworks 2003D，D型乳酸单元含量为4.1％，重均分子量为180000g/mol)置放于真空烘箱中于70℃真空干燥24h。将PLA加入双螺杆挤出机中，挤出造粒的条件为：双螺杆挤出机的设定温度为：一区：177℃，二区：183℃，三区：184℃，四区：185℃，五区：185℃，六区：185℃，七区：184℃，八区：183℃，机头：181℃，螺杆转速为200rpm，挤出造粒烘干后得到聚乳酸粒料，将该粒料在105℃退火5h使其冷结晶完全，得到结晶的聚乳酸，将结晶的聚乳酸经吹膜机吹塑成膜，吹膜机的设定条件为：一区：155℃，二区：155℃，三区：155℃，四区：155℃，主机螺杆转速为200rpm，牵引比分别为8.6，吹胀比为2.6。测试薄膜的力学性能，测试结果列于表1。
实施例3
将PLA(商品牌号为Natureworks 4032D，D型乳酸单元含量为2％，重均分子量为207000g/mol)置放于真空烘箱中于70℃真空干燥24h。将PLA加入双螺杆挤出机中，挤出造粒的条件为：双螺杆挤出机的设定温度为：一区：177℃，二区：183℃，三区：184℃，四区：185℃，五区：185℃，六区：185℃，七区：184℃，八区：183℃，机头：181℃，螺杆转速为200rpm，挤出造粒烘干后得到聚乳酸粒料，将该粒料在90℃退火得到结晶度为15％的结晶的聚乳酸，将该结晶的聚乳酸经吹膜机吹塑成膜，吹膜机的设定条件为：一区：150℃，二区：155℃，三区：155℃，四区：160℃，主机螺杆转速为200rpm，牵引比分别为7.0，吹胀比分别为2.6。测试结果列于表1。
实施例4
将PLA(商品牌号为Natureworks 2003D，D型乳酸单元含量为4.1％，重均分子量为180000g/mol)置放于真空烘箱中于70℃真空干燥24h。将PLA加入双螺杆挤出机中，挤出造粒的条件为：双螺杆挤出机的设定温度为：一区：177℃，二区：183℃，三区：184℃，四区：185℃，五区：185℃，六区：185℃，七区：184℃，八区：183℃，机头：181℃，螺杆转速为200rpm，挤出造粒烘干后得到聚乳酸粒料，将该粒料在120℃退火15h使其冷结晶完全，得到结晶的聚乳酸，将结晶的聚乳酸经吹膜机吹塑成膜，吹膜机的设定条件为：一区：150℃，二区：155℃，三区：155℃，四区：160℃，主机螺杆转速为200rpm，牵引比为3.5，吹胀比为2.3。测试薄膜的力学性能，测试结果列于表1。
对比例1
将PLA(商品牌号为Natureworks 2003D，D型乳酸单元含量为4.1％，重均分子量为180000g/mol)置放于真空烘箱中于70℃真空干燥24h。将PLA加入双螺杆挤出机中，挤出造粒的条件为：双螺杆挤出机的设定温度为：一区：177℃，二区：183℃，三区：184℃，四区：185℃，五区：185℃，六区：185℃，七区：184℃，八区：183℃，机头：181℃，螺杆转速为200rpm，挤出造粒烘干后得到聚乳酸粒料，将该粒料经吹膜机吹塑成膜，吹膜机的设定条件为：一区：155℃，二区：155℃，三区：155℃，四区：155℃，主机螺杆转速为200rpm，牵引比分别为8.6，吹胀比分别为2.6。测试薄膜的力学性能，测试结果列于表1。
对比例2
将PLA(商品牌号为Natureworks 2003D，D型乳酸单元含量为4.1％，重均分子量为180000g/mol)置放于真空烘箱中于70℃真空干燥24h。将PLA加入双螺杆挤出机中，挤出造粒的条件为：双螺杆挤出机的设定温度为：一区：177℃，二区：183℃，三区：184℃，四区：185℃，五区：185℃，六区：185℃，七区：184℃，八区：183℃，机头：181℃，螺杆转速：200rpm，挤出造粒烘干后得到聚乳酸粒料，将该粒料在105℃退火5h使其冷结晶完全，得到结晶的聚乳酸，将结晶的聚乳酸经吹膜机吹塑成膜，吹膜机的设定条件为：一区：165℃，二区：170℃，三区：175℃，四区：180℃，主机螺杆转速：200rpm，牵引比为8.6，吹胀比为2.6，测试薄膜的力学性能，测试结果列于表1。
对比例3
将PLA(商品牌号为Natureworks 2003D，D型乳酸单元含量为4.1％，重均分子量为180000g/mol)置放于真空烘箱中于70℃真空干燥24h。将PLA加入双螺杆挤出机中，挤出造粒的条件为：双螺杆挤出机的设定温度为：一区：177℃，二区：183℃，三区：184℃，四区：185℃，五区：185℃，六区：185℃，七区：184℃，八区：183℃，机头：181℃，螺杆转速：200rpm，挤出造粒烘干后得到聚乳酸粒料，将该粒料经吹膜机吹塑成膜，吹膜机的设定条件为：一区：165℃，二区：170℃，三区：175℃，四区：180℃，主机螺杆转速：200rpm，牵引比为8.6，吹胀比2.6。测试薄膜的力学性能，测试结果列于表1。
表1实施例1-4和对比例1-3的聚乳酸薄膜的杨氏模量、拉伸强度和断裂伸长率和撕裂强度
从表1可以看出，本发明提供的聚乳酸吹塑薄膜的横向和纵向断裂伸长率分别高达73％和135％，横向和纵向撕裂强度分别高达223KN/m和183KN/m，同时材料具有较高的拉伸强度和杨氏模量，使聚乳酸材料拥有更广阔的应用空间。
本发明中所描述的具体实施例仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (6)
1.高性能聚乳酸吹塑薄膜，其特征在于，采用具有结晶能力的聚乳酸为原料，经结晶处理和吹塑成膜而成，包括以下步骤：
步骤一、将具有结晶能力的聚乳酸干燥后直接进行冷结晶处理，或者先将具有结晶能力的聚乳酸干燥、挤出造粒、干燥，然后进行冷结晶处理，得到结晶的聚乳酸材料；
所述冷结晶处理的方式均为退火，结晶的聚乳酸材料的结晶度为15％至结晶完全；
步骤二、将步骤一得到的结晶的聚乳酸在150-160℃吹塑成膜，得到高性能聚乳酸吹塑薄膜；
所述吹塑成膜为采用吹膜机吹塑成膜，吹膜机的设定条件为：一区：150-155℃，二区：150-160℃，三区：150-160℃，四区：150-160℃，主机螺杆转速为50-300rpm，牵引比为3-10，吹胀比为2-6。
2.根据权利要求1所述的高性能聚乳酸吹塑薄膜，其特征在于，所述的聚乳酸重均分子量为100000-300000g/mol。
3.权利要求1或2所述的高性能聚乳酸吹塑薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、将具有结晶能力的聚乳酸干燥后直接进行冷结晶处理，或者先将具有结晶能力的聚乳酸干燥、挤出造粒、干燥，然后进行冷结晶处理，得到结晶的聚乳酸材料；
所述冷结晶处理的方式均为退火，结晶的聚乳酸材料的结晶度为15％至结晶完全；
步骤二、将步骤一得到的结晶的聚乳酸在150-160℃吹塑成膜，得到高性能聚乳酸吹塑薄膜。
所述吹塑成膜为采用吹膜机吹塑成膜，吹膜机的设定条件为：一区：150-155℃，二区：150-160℃，三区：150-160℃，四区：150-160℃，主机螺杆转速为50-300rpm，牵引比为3-10，吹胀比为2-6。
4.根据权利要求3所述的高性能聚乳酸吹塑薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤一中，具有结晶能力的聚乳酸的冷结晶温度为90-120℃。
5.根据权利要求3所述的高性能聚乳酸吹塑薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤一中，挤出造粒采用双螺杆挤出机，双螺杆挤出机的设定条件为：一区：165-180℃，二区：170-185℃，三区：170-190℃，四区：170-190℃，五区：170-190℃，六区：170-190℃，七区：170-190℃，八区：170-190℃，机头：170-190℃；螺杆转速为100-300rpm。
6.根据权利要求3所述的高性能聚乳酸吹塑薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤一中，所述干燥温度为70℃。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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