CN110774714A - 可降解双向拉伸聚乳酸烟膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及聚乳酸薄膜技术领域，尤其是一种可降解双向拉伸聚乳酸烟膜及其制备方法，克服现有聚丙烯烟膜不可降解以及现有可降解聚乳酸薄膜又难以用于烟膜的问题，方案是由共挤拉伸的A、B和C三层组成，以质量百分比计，A层包括80～90％热封Ⅰ型PLA、8～15％爽滑剂和2～5％抗粘连剂，热封Ⅰ型PLA由70～80％结晶PLA和20～30％非结晶PLA组成；B层包括90～95％结晶型PLA，1～5％抗静电剂、1～2％增挺剂，1～5％增韧剂；C层包括94～97％热封Ⅱ型PLA、2～3％爽滑剂和1～3％抗粘连剂，所述热封Ⅱ型PLA由75～85％结晶PLA和15～25％非结晶PLA组成；制备方法为将各组分按用量干燥，经熔融挤出后双向拉伸，之后电晕处理，收卷，最后陈化、分切制得。

Description

可降解双向拉伸聚乳酸烟膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及聚乳酸薄膜技术领域，尤其是一种可降解双向拉伸聚乳酸烟膜及其制备方法。
背景技术
香烟的小包装盒或整条香烟的大包装盒外都包封有主要起防潮作用的烟膜，目前的烟膜一般都是采用双向拉伸聚丙烯薄膜，这种薄膜的优点是透明性好、尺寸稳定性好、机械强度高、水蒸气阻隔能力强；缺点是这种薄膜不可降解，我国每年的烟膜用量超过10万吨，从节能环保来说，聚丙烯烟膜存在大量白色污染和消耗大量石油资源的问题。
聚乳酸(又称PLA)薄膜作为一种可降解的薄膜在一些场合已经渐渐被使用，聚乳酸是一种生物可降解的环境友好型高分子材料，其单体乳酸可通过玉米、小麦等粮食大规模提取，在自然环境下可完全降解为二氧化碳和水，中国专利公开号CN104608448B，名称“一种可直接热封的双向拉伸聚乳酸薄膜及其制备方法”，公开的聚乳酸薄膜包含三层结构分别为表层热封层、中间芯层、抗粘连层，经熔融挤出、双向拉伸、冷却定型、牵引切片、电晕处理及收卷后制得厚度为20-100μm可直接热封的聚乳酸薄膜，然而，此方案制得的聚乳酸薄膜由于结晶度过高、结晶尺寸偏大、球晶比例过高导致较差的光泽度、透明度并且由于普通配方制得的PLA膜脆性较高、模量偏高则柔韧性不够；虽然具有了自热封性能，但因表层无明显玻璃化转变温度，造成耐温性能受到极大影响；未进行适当抗静电处理，香烟高速包装过程中薄膜的快速走动与包装机的摩擦造成静电偏大，造成香烟包装过程中的巨大缺陷难以达到烟膜的要求，我们常见的包装膜，比如快餐面、奶茶杯或蛋黄派的包装膜，这些产品对包装膜在平整度、折角部棱角分明等方面要求较底，但香烟的包装膜要是也有这方面的缺陷的话，会严重影响香烟品质的体现，我国对于烟膜厚度要求在20～22μm，而且由于高速包装机的运用，烟用薄膜对于薄膜厚度、弹性模量、热收缩性能、光泽度等具有较高要求，需要具有优异的拉伸强度减少烟膜的破包情况，较高的弹性模量保证薄膜运行的顺畅以及包装的效果，适合的热收缩率达到尺寸稳定性，优异的摩擦系数防止包装运输过程出现摩擦影响美观，适宜的光学性能达到较好的视觉效果，较高的热封强度提升包装速度等，而现有聚乳酸薄膜在弹性模量、摩擦系数、抗静电性、光学性能等方面难以达到烟膜的标准。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有聚丙烯烟膜带来的环境污染以及现有聚乳酸薄膜在滑动性能、抗静电性能、光学性能等方面难以应用于烟膜的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种可降解双向拉伸聚乳酸烟膜，由共挤拉伸的外表层A、芯层B和内表层C三层组成，所述A、B和C层中分别包括热封型PLA或结晶型PLA，其特征是：以质量百分比计，
所述A层包括80～90％的热封Ⅰ型PLA、8～15％的爽滑剂和2～5％的抗粘连剂，所述热封Ⅰ型PLA由70～80％的结晶PLA和20～30％的非结晶PLA组成；
所述B层包括90～95％结晶型PLA，1～5％抗静电剂、1～2％增挺剂，1～5％增韧剂；
所述C层包括94～97％热封Ⅱ型PLA、2～3％的爽滑剂和1～3％的抗粘连剂，所述热封Ⅱ型PLA由75～85％的结晶PLA和15～25％的非结晶PLA组成。
上述方案的机理是：通过表层结晶PLA与非结晶PLA的配方设计，通过少量结晶提高玻璃化转变温度，在保持表层热封性能的同时提高薄膜的表层耐温性能，A层与C层两个表层不同的配方设计，设计出两个表层不同的可热封性能，形成香烟包装上外层与内层热粘接瞬间的恰当热封合牢度，同时使两个表层能过薄膜加工过程中的不同结晶度形成不同的表面硬度和耐温性，增加薄膜表面的滑爽性和可热封性，从而适应了香烟包装机高速走膜的要求。
通过在两个表层中加入适量的抗粘剂和复配爽滑剂，降低PLA薄膜在标态、带温(60℃)膜与膜、膜与金属的摩擦系数，产品的COF可从普通PLA的0.5～0.6降低至0.1～0.2，达到与PP烟膜接近走膜性能，从而降低因摩擦产生静电的可能性。
通过中间层B层的可结晶PLA和适当的增挺剂优化PLA薄膜结晶性能，形成细小而较高比例的结晶，高结晶度使薄膜具有良好的耐温性能、力学性能；细小均匀的结晶使薄腊具有良好的光学性能，达到烟膜包装对薄膜低雾度、高光泽度的特殊要求，通过B层添加适量的增韧剂降低PLA薄膜脆性，控制薄膜的弹性模量保持在2500～3000MPA左右，接近PP烟膜的水平。
通过在B层添加适量的抗静电剂，在薄膜在一定有效时间内保持抗静电性能，提高薄膜表面的导电率及时释放表面静电，避免香烟包装过程中薄膜与设备摩擦产生的静电，本产品的表面电阻率可在普通薄膜的基础上由1015降低至1010，从而达到与BOPP烟膜接近的水平。
具体的说，所述的爽滑剂为油酸酰胺、芥酸酞胺和硅酮中的一种或几种。
具体的说，所述的抗粘连剂为二氧化硅、二氧化钛、碳酸钙、硫酸钡和滑石粉中的一种或几种。
具体的说，所述的抗静电剂为油酸酰胺和乙氧基胺中的一种或几种。
具体的说，所述的增挺剂为氢化石油树脂。
具体的说，所述的增韧剂为聚乙烯醇、纳米碳酸钙、纳米二氧化钛中的一种或几种。
这种可降解双向拉伸聚乳酸烟膜的制备方法，具有以下步骤：
(1)将原料PLA、爽滑剂、抗粘连剂、抗静电剂和增挺剂干燥后分别放入料仓，按原料配比进入双螺杆挤出机，熔融挤出温度控制在150～200℃，螺杆转速为100～300rpm，经温度为20～40℃的铸片辊铸片形成PLA片材；
(2)双向拉伸：将所述PLA片材先预热后进行纵向拉伸，冷却定型，纵向拉伸倍率为3.0～3.5倍，再预热后进行横向拉伸，冷却定型，拉伸倍率为3.0～3.5倍；
(3)经电晕处理，收卷，陈化，分切后制得厚度为20～30μm的可降解双向拉伸聚乳酸薄膜。
具体的说，步骤(1)中原料PLA、爽滑剂、抗粘连剂、抗静电剂和增挺剂的干燥过程为在80℃真空烘箱中干燥10h。
具体的说，步骤(2)中的纵向拉伸倍率为4～5倍，拉伸温度为80～100℃；横向拉伸倍率为4～5倍，拉伸温度为95～115℃。
本发明的有益效果是：本发明提供的可降解双向拉伸聚乳酸膜，克服了现有聚丙烯烟膜不可降解和现有聚乳酸膜不宜用于烟膜的问题。
具体实施方式
一种可降解双向拉伸聚乳酸烟膜，由共挤拉伸的外表层A、芯层B和内表层C三层组成，所述A、B和C层中分别包括热封型PLA或结晶型PLA，以质量百分比计，
所述A层包括80～90％的热封Ⅰ型PLA、8～15％的爽滑剂和2～5％的抗粘连剂，所述热封Ⅰ型PLA由70～80％的结晶PLA和20～30％的非结晶PLA组成；
所述B层包括90～95％结晶型PLA，1～5％抗静电剂、1～2％增挺剂，1～5％增韧剂；
所述C层包括94～97％热封Ⅱ型PLA、2～3％爽滑剂和1～3％抗粘连剂，所述热封Ⅱ型PLA由75～85％的结晶PLA和15～25％的非结晶PLA组成。
所述的爽滑剂为油酸酰胺、芥酸酞胺和硅酮中的一种或几种；所述的抗粘连剂为二氧化硅、二氧化钛、碳酸钙、硫酸钡和滑石粉中的一种或几种；所述的抗静电剂为油酸酰胺和乙氧基胺中的一种或几种；所述的增挺剂为氢化石油树脂；所述的增韧剂为聚乙烯醇、纳米碳酸钙、纳米二氧化钛中的一种或几种。
本发明可降解双向拉伸聚乳酸烟膜的制备方法是具有以下步骤：
(1)将原料PLA、爽滑剂、抗粘连剂、抗静电剂和增挺剂干燥后分别放入料仓，按原料配比进入双螺杆挤出机，熔融挤出温度控制在150～200℃，螺杆转速为100～300rpm，经温度为20～40℃的铸片辊铸片形成PLA片材；
(2)双向拉伸：将所述PLA片材先预热后进行纵向拉伸，冷却定型，纵向拉伸倍率为3.0～3.5倍，再预热后进行横向拉伸，冷却定型，拉伸倍率为3.0～3.5倍；
(3)经电晕处理，收卷，陈化，分切后制得厚度为20～30μm的可降解双向拉伸聚乳酸薄膜。
步骤(1)中原料PLA、爽滑剂、抗粘连剂、抗静电剂、增挺剂和增韧剂的干燥过程为在80℃真空烘箱中干燥10h。
步骤(2)中的纵向拉伸倍率为4～5倍，拉伸温度为80～100℃；横向拉伸倍率为4～5倍，拉伸温度为95～115℃。
经检测证明，本发明制备的可降解双向拉伸聚乳酸薄膜厚度为21.2μm，，并且该薄膜在拉伸强度、耐磨性、光泽度、雾度等方面表现出优异的性能。
经注塑挤出、双向拉伸后制得的聚乳酸薄膜平均厚度为21.2μm，是国内烟膜较为理想的厚度；该薄膜具有较为优异的力学性能，该薄膜优异的拉伸强度及断裂伸长率可以尽可能的降低薄膜在包烟过程中出现的破包现象及增大了薄膜在切割运行中的通畅性。
一般烟膜要求弹性模量在2000MPa以上，而该薄膜弹性模量MD为2500～3000MPa以上，TD为3000～3500MPa以上，远优于一般烟膜，又较低于普通PLA薄膜，使薄膜达到运行的顺畅以及包装的效果的同时又规避了PLA薄膜的高脆性。
该聚乳酸薄膜热收缩率在8～9％，适用于硬烟盒包装，可以通过热烘方式使烟膜更紧密地与烟盒贴合,不会因过大的收缩造成纸盒变形，甚至挤坏烟支。
结果表明该聚乳酸薄膜同时具有优异的薄膜间与薄膜与金属间摩擦系数，可以防止产品在包装过程中与机器产生摩擦导致擦痕的出现，影响外观效果，此外减少产品运输时与运载箱之间产生摩擦，降低烟草外观的整体形象。
该聚乳酸薄膜雾度在1.27％，烟膜雾度的要求指标在1.5％及以下，远优于烟膜雾度最低标准，且具有优异的光泽度，烟盒的商标图案等更加清晰、艳丽光泽度较高,烟波更加美观、亮丽,视觉效果较好，能较好地应用于烟膜领域。
一般烟膜要求热封强度在2.0N/15mm以上，而本实验制得的双向拉伸聚乳酸薄膜热封强度在4.0N/15mm以上，具有优异的热封强度，可大大提升包装速度，本发明烟膜与聚丙烯烟膜以及现有聚乳酸薄膜三种薄膜的性能参数对比如下表：
表1，本发明烟膜与聚丙烯烟膜以及现有聚乳酸薄膜三种薄膜的性能参数对比表
Figure BDA0002280192270000071
Figure BDA0002280192270000081
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (9)

1.一种可降解双向拉伸聚乳酸烟膜，由共挤拉伸的外表层A、芯层B和内表层C三层组成，所述A、B和C层中分别包括热封型PLA或结晶型PLA，其特征是：以质量百分比计，
所述A层包括80～90％的热封Ⅰ型PLA、8～15％的爽滑剂和2～5％的抗粘连剂，所述热封Ⅰ型PLA由70～80％的结晶PLA和20～30％的非结晶PLA组成；
所述B层包括90～95％结晶型PLA，1～5％抗静电剂、1～2％增挺剂，1～5％增韧剂；
所述C层包括94～97％的热封Ⅱ型PLA、2～3％的爽滑剂和1～3％的抗粘连剂，所述热封Ⅱ型PLA由75～85％的结晶PLA和15～25％的非结晶PLA组成。
2.根据权利要求1所述的可降解双向拉伸聚乳酸烟膜，其特征在于：所述的爽滑剂为油酸酰胺、芥酸酞胺和硅酮中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的可降解双向拉伸聚乳酸烟膜，其特征在于：所述的抗粘连剂为二氧化硅、二氧化钛、碳酸钙、硫酸钡和滑石粉中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的可降解双向拉伸聚乳酸烟膜，其特征在于：所述的抗静电剂为油酸酰胺和乙氧基胺中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的可降解双向拉伸聚乳酸烟膜，其特征在于：所述的增挺剂为氢化石油树脂。
6.根据权利要求1所述的可降解双向拉伸聚乳酸烟膜，其特征在于：所述的增韧剂为聚乙烯醇、纳米碳酸钙、纳米二氧化钛中的一种或几种。
7.如权利要求1～6任一所述可降解双向拉伸聚乳酸烟膜的制备方法，其特征在于：具有以下步骤：
(1)将原料PLA、爽滑剂、抗粘连剂、抗静电剂、增挺剂和增韧剂干燥后分别放入料仓，按原料配比进入双螺杆挤出机，熔融挤出温度控制在150～200℃，螺杆转速为100～300rpm，经温度为20～40℃的铸片辊铸片形成PLA片材；
(2)双向拉伸：将所述PLA片材先预热后进行纵向拉伸，冷却定型，纵向拉伸倍率为3.0～3.5倍，再预热后进行横向拉伸，冷却定型，拉伸倍率为3.0～3.5倍；
(3)经电晕处理，收卷，陈化，分切后制得厚度为20～30μm的可降解双向拉伸聚乳酸薄膜。
8.根据权利要求7所述的可降解双向拉伸聚乳酸烟膜的制备方法，其特征在于：步骤(1)中原料PLA、爽滑剂、抗粘连剂、抗静电剂和增挺剂的干燥过程为在80℃真空烘箱中干燥10h。
9.根据权利要求7所述的可降解双向拉伸聚乳酸烟膜的制备方法，其特征在于：步骤(2)中的纵向拉伸倍率为4～5倍，拉伸温度为80～100℃；横向拉伸倍率为4～5倍，拉伸温度为95～115℃。
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