CN112848599A - 一种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

本发明属于烟膜技术领域。本发明提供了一种可降解双向拉伸聚乳酸烟膜，包括顺次接触设置的第一功能层、第二功能层、芯层、第三功能层和第四功能层；所述第一功能层、第二功能层、芯层、第三功能层和第四功能层的重量比为5～10:5～10:60～80:5～10:5～10；第一功能层包含如下重量份的组分：共聚热封性聚乳酸95～97.5份；芥酸酰胺或油酸酰胺1～2份；乙撑双硬脂酰胺1～2份；二氧化硅0.5～1份。本发明还提供了一种可降解双向拉伸聚乳酸烟膜的制备方法。本发明的聚乳酸烟膜能够完全降解，具有抗菌功能；并且透明度、热封强度、弹性模量、收缩率都与聚丙烯烟膜无差别。

Description

一种可降解双向拉伸聚乳酸烟膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及烟膜技术领域，尤其涉及一种可降解双向拉伸聚乳酸烟膜及其制备方法。
背景技术
目前，市场上的烟膜基本是由聚丙烯材料双向拉伸而成，但是聚丙烯材料短时间内无法降解，长期使用聚丙烯材料制备烟膜会造成资源的浪费以及环境的污染。
聚乳酸又称聚丙交酯，聚乳酸以乳酸为主要原料聚合而成，在土壤里4～6个月便可被全部降解成H2O、CO2和无机盐，是理想的绿色高分子材料。而且，聚乳酸的原材料来源充分且可以再生，生产过程无污染。
因此，研究开发一种以聚乳酸双向拉伸得到的可降解烟膜，同时保证烟膜的透明度、热封强度、弹性模量、收缩率以及抗菌功能，对于烟膜行业中的环境保护以及资源节约具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足提供一种可降解双向拉伸聚乳酸烟膜及其制备方法。本发明的聚乳酸烟膜能够完全降解，具有抗菌功能；并且透明度、热封强度、弹性模量、收缩率都与聚丙烯烟膜无差别。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种可降解双向拉伸聚乳酸烟膜，包括顺次接触设置的第一功能层、第二功能层、芯层、第三功能层和第四功能层；
所述第一功能层、第二功能层、芯层、第三功能层和第四功能层的重量比为5～10:5～10:60～80:5～10:5～10；
所述第一功能层包含如下重量份的组分：
Figure BDA0002947112260000011
作为优选，所述第二功能层和第三功能层均包含聚乳酸和抗静电剂；所述聚乳酸和抗静电剂的重量比均为97～99：1～3。
作为优选，所述芯层包含重量比为91.5～97.2：0.5～3：2～5：0.3～0.5的聚乳酸、扩链剂、增韧剂和成核剂。
作为优选，所述第四功能层包含重量比为98～99.5：0.5～2的共聚热封性聚乳酸和添加剂；所述添加剂为二氧化硅、滑石粉或有机玻璃微珠。
作为优选，所述聚乳酸为结晶干燥处理后的聚乳酸；所述结晶干燥处理的时间为1.5～2h。
本发明还提供了一种所述可降解双向拉伸聚乳酸烟膜的制备方法，包括如下步骤：
1)将各层的原料混合物分别挤出熔融，得到各层熔体；
2)将各层熔体通过挤出成型，得到片材；
3)对片材进行纵向拉伸和横向拉伸，得到薄膜；
4)对薄膜顺次进行拉伸、收卷、时效处理，得到可降解双向拉伸聚乳酸烟膜。
作为优选，步骤1)中第一功能层的原料混合物挤出熔融的温度为140～200℃，第二功能层的原料混合物和第三功能层的原料混合物挤出熔融的温度均为150～210℃，芯层的原料混合物挤出熔融的温度为170～230℃，第四功能层的原料混合物挤出熔融的温度为150～200℃。
作为优选，步骤2)所述挤出成型的温度为210～230℃。
作为优选，步骤3)所述纵向拉伸的倍数为2.5～3.5倍，横向拉伸的倍数为3.0～3.5倍；所述纵向拉伸倍数和横向拉伸倍数的乘积≥9。
作为优选，步骤3)所述纵向拉伸中，拉伸区温度为60～70℃，定型区温度为20～30℃；所述横向拉伸中，拉伸区温度为60～130℃，定型区温度为110～160℃。
本发明的有益效果包括以下几点：
1)本发明的聚乳酸烟膜能够完全降解，减少污染；并且透明度、热封强度、弹性模量、收缩率都与聚丙烯烟膜无差别。
2)本发明的聚乳酸烟膜具有抗菌功能，在存放或展示过程中能够减少烟包的表面污染。
具体实施方式
本发明提供了一种可降解双向拉伸聚乳酸烟膜，包括顺次接触设置的第一功能层、第二功能层、芯层、第三功能层和第四功能层；
所述第一功能层、第二功能层、芯层、第三功能层和第四功能层的重量比为5～10:5～10:60～80:5～10:5～10；
所述第一功能层包含如下重量份的组分：
Figure BDA0002947112260000031
本发明所述第一功能层、第二功能层、芯层、第三功能层和第四功能层的重量比优选为6～9:6～9:63～76:6～9:6～9，进一步优选为7～8:7～8:68～72:7～8:7～8。
本发明所述第一功能层包含95～97.5份共聚热封性聚乳酸，优选为96～97份。
本发明所述第一功能层包含1～2份芥酸酰胺或油酸酰胺，优选为1.5份。
本发明所述第一功能层包含1～2份乙撑双硬脂酰胺，优选为1.5份。
本发明所述第一功能层包含0.5～1份二氧化硅，优选为0.6～0.8份。
本发明所述第一功能层为热封爽滑层。
本发明所述第二功能层和第三功能层优选均包含聚乳酸和抗静电剂；所述聚乳酸和抗静电剂的重量比均优选为97～99：1～3，进一步优选为98:2；所述抗静电剂优选为烷基甜菜碱、烷基磺酸盐或烷基磷酸盐。
本发明所述芯层优选包含聚乳酸、扩链剂、增韧剂和成核剂，所述聚乳酸、扩链剂、增韧剂和成核剂的重量比优选为91.5～97.2：0.5～3：2～5：0.3～0.5，进一步优选为93～96：1～2.5：3～4：0.4～0.5，更优选为94～95：1.5～2：3.5：0.4；所述扩链剂优选为环氧官能化扩链剂或噁唑啉型扩链剂；所述增韧剂优选为无机纳米粉体，进一步优选为纳米碳酸钙或纳米二氧化钛；所述成核剂优选为滑石粉、层状硅酸盐或癸二酸二苯基二酰肼成核剂(DCDH–Ph-8)。
本发明所述芯层为支撑层。
本发明所述第四功能层优选包含共聚热封性聚乳酸和添加剂，所述共聚热封性聚乳酸和添加剂的重量比优选为98～99.5：0.5～2，进一步优选为98.5～99:1～1.5；所述添加剂优选为二氧化硅、滑石粉或有机玻璃微珠。
本发明所述第四功能层为防粘层。
本发明所述聚乳酸优选为结晶干燥处理后的聚乳酸；所述结晶干燥处理的时间优选为1.5～2h，进一步优选为2h；所述结晶干燥处理后的聚乳酸树脂的耐热温度优选≥110℃，水分含量优选≤100ppm；所述结晶干燥处理的聚乳酸在熔化状态下性质保持稳定。
本发明所述结晶干燥处理的工艺过程为：聚乳酸顺次在第一温度、第二温度、第三温度、第四温度下加热处理后进行冷却，即得结晶干燥处理的聚乳酸。
本发明所述第一温度优选为55～65℃，进一步优选为60℃；所述第一温度下加热处理的时间优选为17～23min，进一步优选为20min；所述第二温度优选为75～85℃，进一步优选为80℃；所述第二温度下加热处理的时间优选为10～20min，进一步优选为13～18min，更优选为15～16min；所述第三温度优选为90～100℃，进一步优选为95℃；所述第三温度下加热处理的时间优选为8～12min，进一步优选为10min；所述第四温度优选为105～115℃，进一步优选为107～112℃，更优选为110℃；所述第四温度下加热处理的时间优选为30～50min，进一步优选为35～45min，更优选为40min。
本发明还提供了一种所述可降解双向拉伸聚乳酸烟膜的制备方法，包括如下步骤：
1)将各层的原料混合物分别挤出熔融，得到各层熔体；
2)将各层熔体通过挤出成型，得到片材；
3)对片材进行纵向拉伸和横向拉伸，得到薄膜；
4)对薄膜顺次进行拉伸、收卷、时效处理，得到可降解双向拉伸聚乳酸烟膜。
本发明步骤1)中第一功能层的原料混合物挤出熔融的温度优选为140～200℃，进一步优选为150～180℃，更优选为160～170℃；第二功能层的原料混合物和第三功能层的原料混合物挤出熔融的温度均优选为150～210℃，进一步优选为170～200℃，更优选为180～190℃；芯层的原料混合物挤出熔融的温度优选为170～230℃，进一步优选为180～210℃，更优选为190～200℃；第四功能层的原料混合物挤出熔融的温度优选为150～200℃，进一步优选为160～190℃，更优选为170～180℃。
本发明步骤1)所述挤出熔融优选采用双螺杆挤出机，所述第一功能层的原料混合物通过辅机1号挤出熔融；所述第二功能层的原料混合物和第三功能层的原料混合物共用辅机2号挤出熔融；所述芯层的原料混合物通过主挤出机挤出熔融；所述第四功能层的原料混合物通过辅机3号挤出熔融；所述辅机1号、2号、3号、主挤出机挤出熔融之前优选进行2级抽真空处理，所述抽真空处理后真空口压力优选≤5mbar；所述抽真空处理能够排除原料混合物的水分和杂质，防止原料混合物高温降解或分解。
本发明步骤2)所述挤出成型的温度优选为210～230℃，进一步优选为215～225℃，更优选为220℃。
本发明步骤2)所述挤出成型优选采用五层模头口，所述五层模头口的形状为扁平状；所述模头口的模口间隙优选为1.5～3mm，进一步优选为2～2.5mm；所述挤出成型结束后五层挤压成一体，得到的熔融状片材再经过静电吸附装置，得到片材。
本发明所述静电吸附装置能够将熔融状片材贴附于激冷辊上，用于排除挤出熔融聚合物和激冷辊之间的空气以及冷却片材。
本发明步骤3)所述纵向拉伸的倍数优选为2.5～3.5倍，进一步优选为3倍；所述横向拉伸的倍数优选为3.0～3.5倍，进一步优选为3.25倍；所述纵向拉伸倍数和横向拉伸倍数的乘积优选≥9。
本发明步骤3)所述纵向拉伸中，预热区温度优选为40～75℃，进一步优选为45～60℃，更优选为50～55℃；拉伸区温度优选为60～70℃，进一步优选为63～68℃，更优选为65～66℃；定型区温度优选为20～30℃，进一步优选为23～28℃，更优选为25～27℃；所述横向拉伸中，预热区温度优选为50～120℃，进一步优选为60～100℃，更优选为70～80℃；拉伸区温度优选为60～130℃，进一步优选为70～110℃，更优选为80～100℃；定型区温度优选为110～160℃，进一步优选为120～150℃，更优选为130～140℃。
本发明的横向拉伸和纵向拉伸优选分别采用横向拉伸机和纵向拉伸机，所述横向拉伸机和纵向拉伸机的上方均设置排风口和送风口；所述横向拉伸过程中，随着拉伸过程的进行，阶梯点逐渐向两侧扩展，直至在整个幅面上全部被拉伸。
本发明步骤3)所述薄膜的厚度优选为21±0.2μm。
本发明步骤4)优选对所述薄膜拉伸、测厚度之后进行收卷，得到大膜卷；大膜卷优选进行时效处理后再分切成成品，得到可降解双向拉伸聚乳酸烟膜。
本发明步骤4)所述拉伸处理后薄膜的厚度优选为20.5～22μm，进一步优选为21～21.7μm。
本发明所述时效处理的过程中，室内温度优选25～35℃，进一步优选30℃；相对湿度优选30～50％，进一步优选35～45％，更优选40％；所述时效处理的时间优选为20～24h，进一步优选为22～23h。
下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
第一功能层的原料混合物中，共聚热封性聚乳酸、芥酸酰胺、乙撑双硬脂酰胺和二氧化硅的重量比为95:2:2:1；第二功能层的原料混合物中，聚乳酸和烷基甜菜碱的重量比为97:3；第三功能层的原料混合物中，聚乳酸和烷基甜菜碱的重量比为97:3；芯层的原料混合物中，聚乳酸、噁唑啉、纳米碳酸钙和滑石粉的重量比优选为91.5：3：5：0.5；第四功能层的原料混合物中，共聚热封性聚乳酸和二氧化硅的重量比优选为98：2。
将6kg第一功能层的原料混合物在辅机1号双螺杆挤出机中挤出熔融，挤出熔融的温度为150℃，6kg第二功能层的原料混合物和6kg第三功能层的原料混合物在辅机2号双螺杆挤出机中挤出熔融，挤出熔融的温度为160℃；63kg芯层的原料混合物在主双螺杆挤出机中挤出熔融、挤出熔融的温度为180℃；6kg第四功能层的原料混合物在辅机3号双螺杆挤出机中挤出熔融，挤出熔融的温度为160℃。将五层的熔体通过扁平状的五层模头进行挤出成型。模头的挤出成型温度为210℃，模头口的模口间隙为2mm，得到的熔融状片材经过静电吸附装置，得到片材。对片材在纵向拉伸机和横向拉伸机中分别进行纵向拉伸和横向拉伸，纵向拉伸过程中，预热区温度为45℃，拉伸区温度为62℃，定型区温度为23℃，纵向拉伸倍数为3倍；横向拉伸过程中，预热区温度为60℃，拉伸区温度为70℃，定型区温度为120℃，横向拉伸倍数为3倍。纵向拉伸和横向拉伸之后，得到薄膜。薄膜再经过牵引机拉伸、测厚度之后送入收卷机，卷成大膜卷。大膜卷在室内温度28℃、相对湿度35％下时效处理21h，再分切成成品，得到可降解双向拉伸聚乳酸烟膜。
实施例2
第一功能层的原料混合物中，共聚热封性聚乳酸、油酸酰胺、乙撑双硬脂酰胺和二氧化硅的重量比为97.5:1:1:0.5；第二功能层的原料混合物中，聚乳酸和烷基磺酸钠的重量比为99:1；第三功能层的原料混合物中，聚乳酸和烷基磺酸钠的重量比为99:1；芯层的原料混合物中，聚乳酸、噁唑啉、纳米碳酸钙和层状硅酸钠的重量比优选为97.2：0.5：2：0.3；第四功能层的原料混合物中，共聚热封性聚乳酸和滑石粉的重量比优选为99.5：0.5。
将9kg第一功能层的原料混合物在辅机1号双螺杆挤出机中挤出熔融，挤出熔融的温度为190℃，9kg第二功能层的原料混合物和9kg第三功能层的原料混合物在辅机2号双螺杆挤出机中挤出熔融，挤出熔融的温度为200℃；76kg芯层的原料混合物在主双螺杆挤出机中挤出熔融、挤出熔融的温度为210℃；9kg第四功能层的原料混合物在辅机3号双螺杆挤出机中挤出熔融，挤出熔融的温度为190℃。将五层的熔体通过扁平状的五层模头进行挤出成型。模头的挤出成型温度为230℃，模头口的模口间隙为2.8mm，得到的熔融状片材经过静电吸附装置，得到片材。对片材在纵向拉伸机和横向拉伸机中分别进行纵向拉伸和横向拉伸，纵向拉伸过程中，预热区温度为70℃，拉伸区温度为68℃，定型区温度为28℃，纵向拉伸倍数为3.5倍；横向拉伸过程中，预热区温度为110℃，拉伸区温度为120℃，定型区温度为150℃，横向拉伸倍数为3倍。纵向拉伸和横向拉伸之后，得到薄膜。薄膜再经过牵引机拉伸、测厚度之后送入收卷机，卷成大膜卷。大膜卷在室内温度32℃、相对湿度50％下时效处理24h，再分切成成品，得到可降解双向拉伸聚乳酸烟膜。
实施例3
第一功能层的原料混合物中，共聚热封性聚乳酸、芥酸酰胺、乙撑双硬脂酰胺和二氧化硅的重量比为97:1:1:1；第二功能层的原料混合物中，聚乳酸和烷基磷酸钾的重量比为98:2；第三功能层的原料混合物中，聚乳酸和烷基磷酸钾的重量比为98:2；芯层的原料混合物中，聚乳酸、噁唑啉、纳米二氧化钛和癸二酸二苯基二酰肼的重量比优选为94.5：2：3：0.5；第四功能层的原料混合物中，共聚热封性聚乳酸和有机玻璃微珠的重量比优选为99：1。
将8kg第一功能层的原料混合物在辅机1号双螺杆挤出机中挤出熔融，挤出熔融的温度为170℃，8kg第二功能层的原料混合物和8kg第三功能层的原料混合物在辅机2号双螺杆挤出机中挤出熔融，挤出熔融的温度为180℃；70kg芯层的原料混合物在主双螺杆挤出机中挤出熔融、挤出熔融的温度为200℃；8kg第四功能层的原料混合物在辅机3号双螺杆挤出机中挤出熔融，挤出熔融的温度为170℃。将五层的熔体通过扁平状的五层模头进行挤出成型。模头的挤出成型温度为220℃，模头口的模口间隙为2.5mm，得到的熔融状片材经过静电吸附装置，得到片材。对片材在纵向拉伸机和横向拉伸机中分别进行纵向拉伸和横向拉伸，纵向拉伸过程中，预热区温度为60℃，拉伸区温度为65℃，定型区温度为25℃，纵向拉伸倍数为3倍；横向拉伸过程中，预热区温度为80℃，拉伸区温度为100℃，定型区温度为140℃，横向拉伸倍数为3.5倍。纵向拉伸和横向拉伸之后，得到薄膜。薄膜再经过牵引机拉伸、测厚度之后送入收卷机，卷成大膜卷。大膜卷在室内温度30℃、相对湿度40％下时效处理22h，再分切成成品，得到可降解双向拉伸聚乳酸烟膜。
实施例1～3的可降解双向拉伸聚乳酸烟膜的性能指标如表1所示。
表1实施例1～3的可降解双向拉伸聚乳酸烟膜的性能测试结果
Figure BDA0002947112260000081
Figure BDA0002947112260000091
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种可降解双向拉伸聚乳酸烟膜，其特征在于，包括顺次接触设置的第一功能层、第二功能层、芯层、第三功能层和第四功能层；
所述第一功能层、第二功能层、芯层、第三功能层和第四功能层的重量比为5～10:5～10:60～80:5～10:5～10；
所述第一功能层包含如下重量份的组分：
Figure FDA0002947112250000011
2.根据权利要求1所述的聚乳酸烟膜，其特征在于，所述第二功能层和第三功能层均包含聚乳酸和抗静电剂；所述聚乳酸和抗静电剂的重量比均为97～99：1～3。
3.根据权利要求1所述的聚乳酸烟膜，其特征在于，所述芯层包含重量比为91.5～97.2：0.5～3：2～5：0.3～0.5的聚乳酸、扩链剂、增韧剂和成核剂。
4.根据权利要求2或3所述的聚乳酸烟膜，其特征在于，所述第四功能层包含重量比为98～99.5：0.5～2的共聚热封性聚乳酸和添加剂；所述添加剂为二氧化硅、滑石粉或有机玻璃微珠。
5.根据权利要求2或3所述的聚乳酸烟膜，其特征在于，所述聚乳酸为结晶干燥处理后的聚乳酸；所述结晶干燥处理的时间为1.5～2h。
6.权利要求1～5任意一项所述可降解双向拉伸聚乳酸烟膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)将各层的原料混合物分别挤出熔融，得到各层熔体；
2)将各层熔体通过挤出成型，得到片材；
3)对片材进行纵向拉伸和横向拉伸，得到薄膜；
4)对薄膜顺次进行拉伸、收卷、时效处理，得到可降解双向拉伸聚乳酸烟膜。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中第一功能层的原料混合物挤出熔融的温度为140～200℃，第二功能层的原料混合物和第三功能层的原料混合物挤出熔融的温度均为150～210℃，芯层的原料混合物挤出熔融的温度为170～230℃，第四功能层的原料混合物挤出熔融的温度为150～200℃。
8.根据权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于，步骤2)所述挤出成型的温度为210～230℃。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤3)所述纵向拉伸的倍数为2.5～3.5倍，横向拉伸的倍数为3.0～3.5倍；所述纵向拉伸倍数和横向拉伸倍数的乘积≥9。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，步骤3)所述纵向拉伸中，拉伸区温度为60～70℃，定型区温度为20～30℃；所述横向拉伸中，拉伸区温度为60～130℃，定型区温度为110～160℃。
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