CN110845833A - 一种聚乳酸膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请属于高分子材料的技术领域，尤其涉及一种聚乳酸膜及其制备方法。本申请还提供了一种聚乳酸膜的制备方法，包括以下步骤：步骤1、将高分子量聚乳酸和低分子量聚乳酸混合，得到聚乳酸混料，高分子量聚乳酸的摩尔质量为100～220kg/mol，低分子量聚乳酸的摩尔质量为1000～5000g/mol，高分子量聚乳酸和低分子量聚乳酸的质量比为(1‑10):1；步骤2、将聚乳酸混料由挤出机挤出，再经第一热拉辊进行第一拉伸，然后，经第二热拉辊进行第二拉伸后，热定型成膜得到聚乳酸膜。本申请提供了一种聚乳酸膜及其制备方法，能有效解决现有的聚乳酸在拉伸时容易发生脆性断裂，难以形成聚乳酸薄膜的技术缺陷。

Description

一种聚乳酸膜及其制备方法
技术领域
本申请属于高分子材料的技术领域，尤其涉及一种聚乳酸膜及其制备方法。
背景技术
聚乳酸的合成原料来自农作物，如玉米杆，马铃薯，甘蔗等，是一种可生物降解的环保材料，应用前景广泛。但聚乳酸本身具有较大的缺陷，因为其分子链短，且分子量刚性较大，常规制备的聚乳酸制品在拉伸时，尤其是高速拉伸时，容易发生脆性断裂，其断裂伸长率不足10％，因此，研究聚乳酸增韧具有重要意义。
综上所述，现有工艺的聚乳酸制品，在拉伸时，尤其是高速拉伸时，存在容易发生脆性断裂的技术缺陷，使得聚乳酸薄膜难以在生产和应用。
发明内容
有鉴于此，本申请提供了一种聚乳酸膜及其制备方法，能有效解决现有的聚乳酸在拉伸时容易发生脆性断裂，难以形成聚乳酸薄膜的技术缺陷。
本申请还提供了一种聚乳酸膜的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、将高分子量聚乳酸和低分子量聚乳酸混合，得到聚乳酸混料，所述高分子量聚乳酸的摩尔质量为100～220kg/mol，所述低分子量聚乳酸的摩尔质量为1000～5000g/mol，所述高分子量聚乳酸和所述低分子量聚乳酸的质量比为(1-10):1；
步骤2、将所述聚乳酸混料由挤出机挤出，再经第一热拉辊进行第一拉伸，然后，经第二热拉辊进行第二拉伸后，热定型成膜得到聚乳酸膜。
作为优选，所述高分子量聚乳酸和所述低分子量聚乳酸的质量比为10:1。
其中，上述使用的聚乳酸的单个乳酸可以为L-乳酸，也可以为D-乳酸，或DL-乳酸。
作为优选，所述第一热拉辊的温度为低于60℃。
作为优选，所述第二热拉辊的温度为60～130℃。
作为优选，所述第一段拉伸的拉伸倍率为0～4，所述第一段拉伸的拉伸速率为10～50mm/min；所述第二段拉伸的拉伸倍率为0.5～4，所述第二段拉伸的拉伸速率为50～300mm/min。
其中，通过调节第一热拉辊的轴心与第二热拉辊的轴心距离，以及第一热拉辊的转速与第二热拉辊的转速，以控制第一段拉伸的拉伸倍率、第一段拉伸的拉伸速率、第二段拉伸的拉伸倍率和第二段拉伸的拉伸速率。
作为优选，所述挤出机的模头温度为150～210℃。
作为优选，所述热定型的温度为80～110℃，所述热定型的时间3min。
作为优选，所述挤出机为双螺杆挤出机。
本申请还提供了一种聚乳酸膜，包括上述制备方法制得的聚乳酸膜。
作为优选，所述聚乳酸膜沿拉伸方向存在预取向纤维结构，所述聚乳酸膜的厚度为60～12μm。
具体的，经第一段辊拉伸的聚乳酸中间样品，当其厚度为200μm左右时为无定形结构，当其厚度低于60μm时为预取向纤维结构(延拉伸方向存在大量取向的纤维结构)。
作为优选，所述最终聚乳酸膜制品的结晶度为8-35％。
其中，所述预取向纤维结构为类Shish-Kebab结构，Shish宽度为1～10μm，Kebab宽度为50～150μm。
本申请的目的针对现有的聚乳酸在拉伸时容易发生脆性断裂，难以形成聚乳酸薄膜的技术问题。本申请提供了一种具有预取向纤维结构的聚乳酸膜及其制备方法。本申请通过通过两种不同分子量的聚乳酸混合，增加低分子量聚乳酸以增塑高分子量聚乳酸，然后，通过流延制备预取向纤维结构，经过流延辊拉伸以及热定型制备具有片晶结构的柔性聚乳酸制品。从实验数据可知，本申请提供的具有预取向纤维结构的聚乳酸膜，具有较高的透明度和结晶度，结晶度最高达35％；具有较高的断裂强度且没有屈服过程；其模量最高达4.2Gpa；其回弹最高达50％(当拉伸至30％时)。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本申请实施例1制得的产品1的表面形貌图；
图2为本申请实施例1制得的产品1的第一微观图；
图3为本申请实施例1制得的产品1的第二微观图；
图4为本申请对比例2制得的产品10的微观图；
图5为本申请实施例1的制备装置结果图；
其中，附图标记，挤出机1、模头2、第一热拉辊3、第二热拉辊4、聚乳酸膜5。
具体实施方式
本申请提供了一种聚乳酸膜及其制备方法，用于解决现有的聚乳酸在拉伸时容易发生脆性断裂，难以形成聚乳酸薄膜的技术缺陷。
下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
其中，以下实施例所用的原料均为市售或自制，以下实施例采用图5的装置制备聚乳酸膜，聚乳酸混料在挤出机1中熔融，从摸头2挤出，通过第一热拉辊3进行第一段拉伸，通过第二热拉辊4进行第二段拉伸，得到聚乳酸膜5。
实施例1
本申请实施例提供了第一种聚乳酸膜，其制备方法如下：
1、混料：使用双螺杆挤出机将高分子量聚乳酸和低分子量聚乳酸进行共混，高分子量聚乳酸和低分子量聚乳酸的质量比为10:1，高分子量聚乳酸为190kg/mol，低分子量聚乳酸为1000g/mol，得到聚乳酸混料。
2、将聚乳酸混料在挤出机中熔融得到熔体并由挤出机挤出，再经第一热拉辊进行第一段拉伸，然后，经第二热拉辊进行第二段拉伸后，热定型成膜得到透明的聚乳酸膜(记为产品1)，设置挤出机的模头温度为190℃，第一热拉辊的温度为50℃，第二热拉辊的温度为60℃，第一段拉伸的拉伸倍率为2，第一段拉伸的拉伸速率为50mm/min，第二段拉伸的拉伸倍率为0.2，第二段拉伸的拉伸速率为100mm/min。
3、检测产品1的表面形貌和微观形貌，结果如图1-3上可清晰观察到类Shish-kebab结构，Shish宽度为10μm，Kebab宽度为100μm；图3可知，kebab占主导结构。
实施例2
本申请实施例提供了第二种聚乳酸膜，其制备方法如下：
1、混料：使用双螺杆挤出机将高分子量聚乳酸和低分子量聚乳酸进行共混，高分子量聚乳酸和低分子量聚乳酸的质量比为10:1，高分子量聚乳酸为190kg/mol，低分子量聚乳酸为1000g/mol，得到聚乳酸混料。
2、将聚乳酸混料在挤出机中熔融得到熔体并由挤出机挤出，再经第一热拉辊进行第一段拉伸，然后，经第二热拉辊进行第二段拉伸后，热定型成膜得到透明的聚乳酸膜(记为产品2)，设置挤出机的模头温度为190℃，第一热拉辊的温度为50℃，第二热拉辊的温度为60℃，第一段拉伸的拉伸倍率为4，第一段拉伸的拉伸速率为50mm/min，第二段拉伸的拉伸倍率为2，第二段拉伸的拉伸速率为100mm/min。
3、检测产品1的表面形貌和微观形貌，结果如图1-3，无Shish结构，只有Kebab结构，Kebab宽度为20μm。
实施例3
本申请实施例提供了第三种聚乳酸膜，其制备方法如下：
1、混料：使用双螺杆挤出机将高分子量聚乳酸和低分子量聚乳酸进行共混，高分子量聚乳酸和低分子量聚乳酸的质量比为10:1，高分子量聚乳酸为190kg/mol，低分子量聚乳酸为1000g/mol，得到聚乳酸混料。
2、将聚乳酸混料在挤出机中熔融得到熔体并由挤出机挤出，再经第一热拉辊进行第一段拉伸，然后，经第二热拉辊进行第二段拉伸后，热定型成膜得到透明的聚乳酸膜(记为产品3)，设置挤出机的模头温度为190℃，第一热拉辊的温度为50℃，第二热拉辊的温度为60℃，第一段拉伸的拉伸倍率为0，第一段拉伸的拉伸速率为50mm/min，第二段拉伸的拉伸倍率为4，第二段拉伸的拉伸速率为100mm/min。
实施例4
本申请实施例提供了第四种聚乳酸膜，其制备方法如下：
1、混料：使用双螺杆挤出机将高分子量聚乳酸和低分子量聚乳酸进行共混，高分子量聚乳酸和低分子量聚乳酸的质量比为10:1，高分子量聚乳酸为190kg/mol，低分子量聚乳酸为1000g/mol，得到聚乳酸混料。
2、将聚乳酸混料在挤出机中熔融得到熔体并由挤出机挤出，再经第一热拉辊进行第一段拉伸，然后，经第二热拉辊进行第二段拉伸后，热定型成膜得到透明的聚乳酸膜(记为产品4)，设置挤出机的模头温度为190℃，第一热拉辊的温度为50℃，第二热拉辊的温度为90℃，第一段拉伸的拉伸倍率为0，第一段拉伸的拉伸速率为50mm/min，第二段拉伸的拉伸倍率为4，第二段拉伸的拉伸速率为100mm/min。
实施例5
本申请实施例提供了第五种聚乳酸膜，其制备方法如下：
1、混料：使用双螺杆挤出机将高分子量聚乳酸和低分子量聚乳酸进行共混，高分子量聚乳酸和低分子量聚乳酸的质量比为10:1，高分子量聚乳酸为190kg/mol，低分子量聚乳酸为1000g/mol，得到聚乳酸混料。
2、将聚乳酸混料在挤出机中熔融得到熔体并由挤出机挤出，再经第一热拉辊进行第一段拉伸，然后，经第二热拉辊进行第二段拉伸后，热定型成膜得到透明的聚乳酸膜(记为产品5)，设置挤出机的模头温度为190℃，第一热拉辊的温度为50℃，第二热拉辊的温度为90℃，第一段拉伸的拉伸倍率为0，第一段拉伸的拉伸速率为50mm/min，第二段拉伸的拉伸倍率为4，第二段拉伸的拉伸速率为300mm/min。
实施例6
本申请实施例提供了第六种聚乳酸膜，其制备方法如下：
1、混料：使用双螺杆挤出机将高分子量聚乳酸和低分子量聚乳酸进行共混，高分子量聚乳酸和低分子量聚乳酸的质量比为10:1，高分子量聚乳酸为190kg/mol，低分子量聚乳酸为1000g/mol，得到聚乳酸混料。
2、将聚乳酸混料在挤出机中熔融得到熔体并由挤出机挤出，再经第一热拉辊进行第一段拉伸，然后，经第二热拉辊进行第二段拉伸后，热定型成膜得到透明的聚乳酸膜(记为产品6)，设置挤出机的模头温度为190℃，第一热拉辊的温度为50℃，第二热拉辊的温度为60℃，第一段拉伸的拉伸倍率为4，第一段拉伸的拉伸速率为50mm/min，第二段拉伸的拉伸倍率为2，第二段拉伸的拉伸速率为100mm/min。
实施例7
本申请实施例提供了第七种聚乳酸膜，其制备方法如下：
1、混料：使用双螺杆挤出机将高分子量聚乳酸和低分子量聚乳酸进行共混，高分子量聚乳酸和低分子量聚乳酸的质量比为1:1，高分子量聚乳酸为190kg/mol，低分子量聚乳酸为1000g/mol，得到聚乳酸混料。
2、将聚乳酸混料在挤出机中熔融得到熔体并由挤出机挤出，再经第一热拉辊进行第一段拉伸，然后，经第二热拉辊进行第二段拉伸后，热定型成膜得到透明的聚乳酸膜(记为产品7)，设置挤出机的模头温度为150℃，第一热拉辊的温度为30℃，第二热拉辊的温度为60℃，第一段拉伸的拉伸倍率为2，第一段拉伸的拉伸速率为50mm/min，第二段拉伸的拉伸倍率为2，第二段拉伸的拉伸速率为100mm/min。
实施例8
本申请实施例提供了第八种聚乳酸膜，其制备方法如下：
1、混料：使用双螺杆挤出机将高分子量聚乳酸和低分子量聚乳酸进行共混，高分子量聚乳酸和低分子量聚乳酸的质量比为1:1，高分子量聚乳酸为190kg/mol，低分子量聚乳酸为1000g/mol，得到聚乳酸混料。
2、将聚乳酸混料在挤出机中熔融得到熔体并由挤出机挤出，再经第一热拉辊进行第一段拉伸，然后，经第二热拉辊进行第二段拉伸后，热定型成膜得到透明的聚乳酸膜(记为产品8)，设置挤出机的模头温度为150℃，第一热拉辊的温度为30℃，第二热拉辊的温度为90℃，第一段拉伸的拉伸倍率为2，第一段拉伸的拉伸速率为50mm/min，第二段拉伸的拉伸倍率为2，第二段拉伸的拉伸速率为100mm/min。
对比例1
本申请实施例提供了第一种对比产品，其制备方法如下：
1、将高分子量聚乳酸在挤出机中熔融得到熔体并由挤出机挤出，经风刀冷却，不进行拉伸，直接热定型成膜得到透明的聚乳酸膜(记为产品9)，高分子量聚乳酸为190kg/mol，不进行拉伸即产品9的牵伸比为1。
对比例2
本申请实施例提供了第二种对比产品，其制备方法如下：
1、将高分子量聚乳酸在挤出机中熔融得到熔体并由挤出机挤出，再经第一热拉辊进行第一段拉伸，然后，经第二热拉辊进行第二段拉伸后，热定型成膜得到透明的聚乳酸膜(记为产品10)，高分子量聚乳酸为190kg/mol，其他参数参照实施例1。
检测产品10的微观图，从图4可知，产品10的表面未出现预取向纤维结构A，使得其理化性能较差。
检测实施例1-8和对比例1-2的性能指标，结果如表1。
表1
Figure BDA0002279946480000071
注：回弹性能为在拉伸至30％时，产品回弹的性能参数。
从表1可知，通过增加低分子量聚乳酸以增塑高分子量聚乳酸，然后，通过流延制备预取向纤维结构，经过流延辊拉伸以及热定型制备具有片晶结构的柔性聚乳酸制品，从产品1-10的结果可知，低分子量占比越多，挤出机的模头温度越低，制得的聚乳酸膜拉伸强度越低；流延辊拉伸的温度越高，制得的聚乳酸膜结晶度越高，流延辊拉伸的拉伸倍率越高，牵引辊的牵伸比越高，制得的聚乳酸膜模量和拉伸强度越高。
以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种聚乳酸膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、将高分子量聚乳酸和低分子量聚乳酸混合，得到聚乳酸混料，所述高分子量聚乳酸的摩尔质量为100～220kg/mol，所述低分子量聚乳酸的摩尔质量为1000～5000g/mol，所述高分子量聚乳酸和所述低分子量聚乳酸的质量比为(1-10):1；
步骤2、将所述聚乳酸混料由挤出机挤出，再经第一热拉辊进行第一段拉伸，然后，经第二热拉辊进行第二段拉伸后，热定型成膜得到聚乳酸膜。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述高分子量聚乳酸和所述低分子量聚乳酸的质量比为10:1。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一段热拉辊的温度为低于60℃。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第二段热拉辊的温度为60～130℃。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一段拉伸的拉伸倍率为0～4；第一段拉伸的拉伸速率为10～50mm/s；第二拉伸的拉伸倍率为0.2～4；述第二段拉伸的拉伸速率为50～300mm/s。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述热定型的温度为80～110℃，所述热定型的时间3min。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述挤出机的模头温度为150～210℃。
8.一种聚乳酸膜，其特征在于，包括如所述权利要求1-7任意一项所述的制备方法制得的聚乳酸膜，所述聚乳酸膜沿拉伸方向存在预取向纤维结构。
9.根据权利要求8所述的聚乳酸膜，其特征在于，所述聚乳酸膜的厚度为60～12μm。
10.根据权利要求8所述的聚乳酸膜，其特征在于，所述聚乳酸膜的结晶度为8-35％。
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