CN111269541A - 一种抗静电双向拉伸聚乳酸薄膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种抗静电双向拉伸聚乳酸薄膜及其制备方法。本发明所述薄膜按重量百分比计，其组成为：1‑3.5％的酯基季铵盐和余量的聚乳酸。在制备时，先将酯基季铵盐和部分聚乳酸混合均匀，挤出造粒，得到抗静电母粒；再将所得抗静电母粒与剩余的聚乳酸混合均匀，经挤出、冷却铸片、双向拉伸，即得到所述的抗静电双向拉伸聚乳酸薄膜。本发明选用特定结构的酯基季铵盐作为抗静电剂应用于PLA薄膜中，在起到抗静电作用的同时，还起到提高所得薄膜的断裂伸长率、光泽度，并降低雾度，所得薄膜的光学性能得到较大程度的提升。

Description

一种抗静电双向拉伸聚乳酸薄膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及双向拉伸聚乳酸薄膜，具体涉及一种抗静电双向拉伸聚乳酸薄膜及其制备方法。
背景技术
随着“白色垃圾”以及传统塑料对石油资源短缺和环境污染带来的问题日益严重，可生物降解塑料的需求日益增加。聚乳酸(PLA)因其良好的加工性、机械性能、透明性、原材料来源充足可再生等突出特点而被视为最具有发展前景的生物可降解塑料。
经过双向拉伸的聚乳酸(BOPLA)薄膜，其拉伸强度、断裂伸长率、透光率、光泽度等性能都将得到大幅度提升。但是，BOPLA薄膜是一种绝缘性极好的绝缘材料，其表面电阻率高达105-106Ω，而材料的绝缘性越好，越容易产生静电，且不易消散，因此，BOPLA薄膜在加工和使用过程中，薄膜之间的摩擦会产生静电作用，且由于现在加工业自动化、高速化特性，加工速度越快，薄膜之间越易因摩擦产生静电。静电会导致薄膜之间发生粘连，严重影响了薄膜的高速加工和使用；另外，静电的存在也会对人体造成伤害，因此，BOPLA薄膜的抗静电处理是十分必要的。
现有技术中，已有通过添加抗静电剂(如烷基磺酸钠、甘油硬脂酸酯、乙氧基月桂酸酰胺或三乙醇胺等)来提升薄膜(聚四氟乙烯薄膜、聚碳酸酯薄膜或双向拉伸聚丙烯薄膜等)的抗静电性能的相关技术，如公开号为CN104945798A、CN107225828A等发明专利，又如《抗静电剂在BOPP薄膜中的应用》(周先进等，现代塑料加工应用，2006年第18卷第1期，p23-25)。在文献《抗静电剂在BOPP薄膜中的应用》中，作者明确指出，所有的抗静电剂对BOPP薄膜的光学性能都有一定的负面影响，只是不同种类的抗静电剂影响光学性能的幅度不一样而已。本申请发明人推测，添加抗静电剂对薄膜光学性能产生负面影响的因素之一是抗静电剂与树脂本身的相容性问题。
酯基季铵盐是一种新兴的阳离子型表面活性剂，易生物降解，具有优异的抗静电、抗黄变、杀菌特性，绿色环保，目前主要用于纺织品的抗静电和柔顺处理，至今未发现有用于薄膜抗静电剂的报道。本申请人在偶然的机会中发现将其应用于BOPLA薄膜，在起到抗静电作用的同时，还能改善薄膜的光泽度和雾度等光学性能。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种具有良好光学性能的抗静电双向拉伸聚乳酸薄膜及其制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种抗静电双向拉伸聚乳酸薄膜，按重量百分比计，该薄膜的组成为：1-3.5％的酯基季铵盐和余量的聚乳酸，其中，
所述的酯基季铵盐为具有下述式(a)-(c)所示结构的季铵盐中的任意一种：
Figure BDA0002427956390000021
其中，R表示棕榈酸、硬脂酸、牛油酸、十二烷酸、亚麻酸或油酸。
本发明还提供上述抗静电双向拉伸聚乳酸薄膜的制备方法，包括以下步骤：
1)按配方称取酯基季铵盐和聚乳酸，备用；
2)取酯基季铵盐和部分聚乳酸混合均匀，挤出造粒，得到抗静电母粒；
3)将所得抗静电母粒与剩余的聚乳酸混合均匀，经挤出、冷却铸片、双向拉伸，即得到所述的抗静电双向拉伸聚乳酸薄膜。
上述制备方法的步骤2)中，聚乳酸的用量优选为控制所得抗静电母粒中酯基季铵盐的含量为10-25wt％。在用挤出机对混合均匀的酯基季铵盐和聚乳酸进行挤出造粒时，温度优选控制在200-250℃。
上述制备方法的步骤3)中，所述挤出、冷却铸片、双向拉伸等操作均与现有技术相同，具体的，在挤出时，挤出机温度为130-230℃，模头温度为220-230℃；在30-50℃条件下冷却铸片；所述的双向拉伸为异步双向拉伸，在50-140℃条件下进行。
与现有技术相比，本发明的特点在于：
1、以特定结构的酯基季铵盐为抗静电剂，与传统的表面活性剂类抗静电剂相比，可生物降解，绿色环保。
2、选用特定结构的酯基季铵盐作为抗静电剂应用于PLA薄膜中，在起到抗静电作用的同时，还起到提高所得薄膜的断裂伸长率、光泽度，并降低雾度，所得薄膜的光学性能得到较大程度的提升。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的详述，以更好地理解本发明的内容，但本发明并不限于以下实施例。
以下各实施例中所述的百分比为重量百分比。
实施例1
取聚乳酸和双(棕榈基羧乙基)羟乙基甲基硫酸甲酯盐(即式(a)所示结构的季铵盐，其中R表示棕榈酸)按9：1的重量比混合均匀后，用双螺杆挤出机在250℃挤出造粒，得到酯基季铵盐含量为10％的抗静电母粒；取1kg抗静电母粒和9kg聚乳酸混合均匀后送入通过双螺杆挤出机挤出(挤出机温度为150℃，模头温度为220℃)、冷却铸片(35℃)、再经纵横向异步双向拉伸3.5×3.5倍(100℃)后得到酯基季铵盐含量为1％、厚度为25μm的BOPLA薄膜。
实施例2
取聚乳酸和双(棕榈基羧乙基)羟乙基甲基硫酸甲酯盐(即式(a)所示结构的季铵盐，其中R表示棕榈酸)按4：1的重量比混合均匀后，用双螺杆挤出机在230℃挤出造粒，得到酯基季铵盐含量为20％的抗静电母粒；取1kg抗静电母粒和9kg聚乳酸混合均匀后送入通过双螺杆挤出机挤出(挤出机温度为150℃，模头温度为220℃)、冷却铸片(35℃)、再经纵横向异步双向拉伸3.5×3.5倍(100℃)后得到酯基季铵盐含量为2％、厚度为25μm的BOPLA薄膜。
对比例2-1
使用纯的聚乳酸通过双螺杆挤出机挤出(挤出机温度为150℃，模头温度为220℃)、冷却铸片(35℃)、再经纵横向异步双向拉伸3.5×3.5倍(100℃)后得到厚度为25μm的BOPLA薄膜。
对比例2-2
重复实施例2，不同的是，用甘油硬脂酸酯代替双(棕榈基羧乙基)羟乙基甲基硫酸甲酯盐作为抗静电剂。
对比例2-3
重复实施例2，不同的是，用乙氧基月桂酸酰胺代替双(棕榈基羧乙基)羟乙基甲基硫酸甲酯盐作为抗静电剂。
对比例2-4
重复实施例2，不同的是，用三乙醇胺代替双(棕榈基羧乙基)羟乙基甲基硫酸甲酯盐作为抗静电剂。
实施例3
取聚乳酸和硬脂酰胺基硫酸甲酯盐(即式(b)所示结构的季铵盐，其中R表示硬脂酸)按3：1的重量比混合均匀后，用双螺杆挤出机在200℃挤出造粒，得到酯基季铵盐含量为25％的抗静电母粒；取1.2kg抗静电母粒和8.8kg聚乳酸混合均匀后送入通过双螺杆挤出机挤出(挤出机温度为150℃，模头温度为220℃)、冷却铸片(35℃)、再经纵横向异步双向拉伸3.5×3.5倍(100℃)后得到酯基季铵盐含量为3％、厚度为25μm的BOPLA薄膜。
实施例4
取聚乳酸和亚麻酸酰胺硫酸甲酯盐(即式(b)所示结构的季铵盐，其中R表示亚麻酸)按4：1的重量比混合均匀后，用双螺杆挤出机在210℃挤出造粒，得到酯基季铵盐含量为20％的抗静电母粒；取1.75kg抗静电母粒和8.25kg聚乳酸混合均匀后送入通过双螺杆挤出机挤出(挤出机温度为150℃，模头温度为220℃)、冷却铸片(35℃)、再经纵横向异步双向拉伸3.5×3.5倍(100℃)后得到酯基季铵盐含量为3.5％、厚度为25μm的BOPLA薄膜。
实施例5
取聚乳酸和油酸酰胺基硫酸甲酯盐(即式(b)所示结构的季铵盐，其中R表示油酸)按4：1的重量比混合均匀后，用双螺杆挤出机在210℃挤出造粒，得到酯基季铵盐含量为20％的抗静电母粒；取0.75kg抗静电母粒和9.25kg聚乳酸混合均匀后送入通过双螺杆挤出机挤出(挤出机温度为230℃，模头温度为230℃)、冷却铸片(50℃)、再经纵横向异步双向拉伸3.5×3.5倍(120℃)后得到酯基季铵盐含量为1.5％、厚度为25μm的BOPLA薄膜。
实施例6
取聚乳酸和十二烷酸咪唑啉硫酸甲酯盐(即式(c)所示结构的季铵盐，其中R表示十二烷酸)按9：1的重量比混合均匀后，用双螺杆挤出机在220℃挤出造粒，得到酯基季铵盐含量为10％的抗静电母粒；取1.25kg抗静电母粒和8.75kg聚乳酸混合均匀后送入通过双螺杆挤出机挤出(挤出机温度为200℃，模头温度为220℃)、冷却铸片(40℃)、再经纵横向异步双向拉伸3.5×3.5倍(140℃)后得到酯基季铵盐含量为2.5％、厚度为25μm的BOPLA薄膜。
实施例7
取聚乳酸和硬脂酸咪唑啉硫酸甲酯盐(即式(c)所示结构的季铵盐，其中R表示硬脂酸)按9：1的重量比混合均匀后，用双螺杆挤出机在210℃挤出造粒，得到酯基季铵盐含量为10％的抗静电母粒；取1.25kg抗静电母粒和8.75kg聚乳酸混合均匀后送入通过双螺杆挤出机挤出(挤出机温度为200℃，模头温度为220℃)、冷却铸片(40℃)、再经纵横向异步双向拉伸3.5×3.5倍(140℃)后得到酯基季铵盐含量为1.25％、厚度为25μm的BOPLA薄膜。
实施例8
取聚乳酸和油酸咪唑啉硫酸甲酯盐(即式(c)所示结构的季铵盐，其中R表示油酸)按9：1的重量比混合均匀后，用双螺杆挤出机在210℃挤出造粒，得到酯基季铵盐含量为10％的抗静电母粒；取2.25kg抗静电母粒和7.75kg聚乳酸混合均匀后送入通过双螺杆挤出机挤出(挤出机温度为150℃，模头温度为220℃)、冷却铸片(35℃)、再经纵横向异步双向拉伸3.5×3.5倍(80℃)后得到酯基季铵盐含量为2.25％、厚度为25μm的BOPLA薄膜。
对各实施例及各对比例所得薄膜的性能进行测定，结果如下述表1所示。
表1：
Figure BDA0002427956390000051
上述表1中，拉伸强度和断裂伸长率按GB/T 1040.3-2006标准进行检测，雾度按GB/T 2410-2008标准进行检测，光泽度按GB/T 8807-1998标准进行检测，表面电阻率按GB/T 1410-1989标准进行检测。
对比实施例1-8和各对比例的性能指标可知，以本发明指定的酯基季铵盐作为抗静电剂应用于PLA薄膜中，不仅能起到抗静电作用，还能提高所得薄膜的断裂伸长率和光泽度，同时降低所得薄膜的雾度。

Claims (7)

1.一种抗静电双向拉伸聚乳酸薄膜，其特征在于：按重量百分比计，该薄膜的组成为：1-3.5％的酯基季铵盐和余量的聚乳酸，其中，
所述的酯基季铵盐为具有下述式(a)-(c)所示结构的季铵盐中的任意一种：
Figure FDA0002427956380000011
其中，R表示棕榈酸、硬脂酸、牛油酸、十二烷酸、亚麻酸或油酸。
2.权利要求1所述抗静电双向拉伸聚乳酸薄膜的制备方法，包括以下步骤：
1)按配方称取酯基季铵盐和聚乳酸，备用；
2)取酯基季铵盐和部分聚乳酸混合均匀，挤出造粒，得到抗静电母粒；
3)将所得抗静电母粒与剩余的聚乳酸混合均匀，经挤出、冷却铸片、双向拉伸，即得到所述的抗静电双向拉伸聚乳酸薄膜。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤2)中，所得抗静电母粒中酯基季铵盐的含量为10-25wt％。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤2)中，在挤出造粒时，温度控制在200-250℃。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤3)中，在挤出时，挤出机温度为130-230℃，模头温度为220-230℃。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤3)中，在30-50℃冷却铸片。
7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤3)中，所述的双向拉伸为异步双向拉伸，在50-140℃条件下进行。
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