CN112895658A - 一种可降解双向拉伸聚乳酸消光膜及其制备方法 - Google Patents

一种可降解双向拉伸聚乳酸消光膜及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于消光膜材料技术领域。本发明提供了一种可降解双向拉伸聚乳酸消光膜及其制备方法。本发明的可降解双向拉伸聚乳酸消光膜包括第一功能层、第二功能层、芯层、第三功能层和第四功能层；本发明通过将第一功能层、第二功能层、芯层、第三功能层和第四功能层分别挤出熔融，得到熔体；将熔体通过模头、静电吸附装置，得到片材；对片材进行纵向拉伸和横向拉伸，得到薄膜；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消光膜。本发明得到的消光膜消光度好、雾度高、物性指标都可以达到BOPP、BOPET消光膜的指标，同时可降解。

Description

一种可降解双向拉伸聚乳酸消光膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及消光膜技术领域，尤其涉及一种可降解双向拉伸聚乳酸消光膜及其制备方法。
背景技术
目前市场上消光膜膜材料基本是BOPP或者是BOPET，无法短时间降解，长期使用会造成资源的浪费和环境的污染。
聚乳酸(PLA)：聚乳酸又称聚丙交酯，是以乳酸为主要原料聚合而成，原材料来源充分且可以再生，生产过程无污染，且在土壤里4-6个月可被全部降解成H2O、CO2及无机盐，是理想的绿色高分子材料。
因此，研究开发一种以聚乳酸双向拉伸得到的可降解消光膜，同时保证消光膜的透明度、热封强度、弹性模量、收缩率以及抗菌功能，对于消光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
本发明的目的是提供一种可降解双向拉伸聚乳酸消光膜及其制备方法，本发明是用聚乳酸双向拉伸而成，消光度好、雾度高、物性指标都可以达到BOPP、BOPET消光膜的指标，同时可降解，可降解双向拉伸聚乳酸消光膜装饰性好，直接外包装或与其他材料复合。
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消光膜，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；
所述第一功能层包括如下重量份的组分：
共聚热封性聚乳酸 94～98.5份；
二氧化硅 1～3份；
抗氧剂 0.5～1份。
进一步的，所述抗氧剂为抗氧剂1010和168的复合抗氧剂，抗氧剂1010和168的质量比为2～4:0.5～1.5。
进一步的，所述第二功能层和第三功能层均包含聚乳酸和抗静电剂；所述第二功能层和第三功能层中聚乳酸和抗静电剂的重量比独立的为97～99：1～3。
进一步的，所述抗静电剂为烷基甜菜碱、烷基磺酸盐和烷基磷酸盐中的一种。
进一步的，所述芯层包含重量比为93.5～98.4：0.5～3：1～3：0.1～0.5的聚乳酸、扩链剂、增韧剂和成核剂。
进一步的，所述扩链剂为环氧官能化扩链剂、噁唑啉型扩链剂；所述增韧剂为无机纳米粉体；所述成核剂为滑石粉、层状硅酸盐化合物和癸二酸二苯基二酰肼(DCDH–Ph-8)中的一种；
进一步的，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。
进一步的，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。
本发明提供了一种可降解双向拉伸聚乳酸消光膜的制备方法，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消光膜。
进一步的，步骤1)所述第一功能层挤出熔融的温度为140～200℃，所述第二功能层和第三功能层挤出熔融的温度独立的为150～210℃，所述芯层挤出熔融的温度为170～230℃，所述第四功能层挤出熔融的温度为150～200℃。
进一步的，步骤2)所述模头的温度为210～230℃；所述模头中，模头口的模口间隙为1.5～3mm。
进一步的，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。
进一步的，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：
本发明是用聚乳酸双向拉伸而成，消光度好、雾度高、物性指标都可以达到BOPP、BOPET消光膜的指标，同时可降解，可降解双向拉伸聚乳酸消光膜装饰性好，直接外包装或与其他材料复合，如纸张、镀铝膜、遮光膜等，用作日用品、服装、化妆品、小食品等的包装，代替不可降解的包装材料，减少污染。
具体实施方式
本发明提供了一种可降解双向拉伸聚乳酸消光膜，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；
所述第一功能层包括如下重量份的组分：
共聚热封性聚乳酸 94～98.5份；
二氧化硅 1～3份；
抗氧剂 0.5～1份。
在本发明中，所述所述第一功能层、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，优选为6～9:6～9:65～75:6～9:6～9。
在本发明中，第一功能层中，所述共聚热封性聚乳酸的含量为94～98.5份，优选为95～97份。在本发明中，所述二氧化硅的含量为1～3份，优选为2份。
在本发明中，所述第一功能层为消光层。
在本发明中，抗氧剂的含量为0.5～1份，优选为0.8份；所述抗氧剂为抗氧剂1010和168的复合抗氧剂，抗氧剂1010和168的质量比为2～4:0.5～1.5，优选为3:1。
在本发明中，所述第二功能层和第三功能层均包含聚乳酸和抗静电剂；所述第二功能层和第三功能层中聚乳酸和抗静电剂的重量比独立的为97～99：1～3，独立的优选为97.5～98：2。
在本发明中，所述抗静电剂为烷基甜菜碱、烷基磺酸盐和烷基磷酸盐中的一种，优选为烷基甜菜碱。
在本发明中，所述芯层包含重量比为93.5～98.4：0.5～3：1～3：0.1～0.5的聚乳酸、扩链剂、增韧剂和成核剂，优选为94～97：1～2：1.5～2：0.2～0.4。
在本发明中，所述扩链剂为环氧官能化扩链剂、噁唑啉型扩链剂，优选为噁唑啉型扩链剂；所述增韧剂为无机纳米粉体，优选为纳米氧化锌；所述成核剂为滑石粉、层状硅酸盐化合物和癸二酸二苯基二酰肼(DCDH–Ph-8)中的一种，优选为滑石粉。
在本发明中，所述芯层为支撑层。
在本发明中，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，优选为98.5：1.5；所述添加剂为二氧化硅、滑石粉或有机玻璃微珠，优选为二氧化硅。
在本发明中，所述第四功能层为防粘层。
在本发明中，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，优选为2h。
在本发明中，聚乳酸的结晶干燥处理步骤为：将聚乳酸先在55～65℃下预热15～25min，逐步升温至75～85℃，稳定10～20min，再升温至90～100℃，保持5～15min，最后升温至105～115℃保温30～50min，冷却后干燥即得。
在本发明中，聚乳酸的结晶干燥处理步骤优选为：将聚乳酸先在60℃下预热20min，逐步升温至80℃，稳定15min，再升温至95℃，保持10min，最后升温至110℃保温40min，冷却后干燥即得。
本发明提供了一种可降解双向拉伸聚乳酸消光膜的制备方法，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消光膜。
在本发明中，步骤1)所述第一功能层挤出熔融的温度为140～200℃，所述第二功能层和第三功能层挤出熔融的温度独立的为150～210℃，所述芯层挤出熔融的温度为170～230℃，所述第四功能层挤出熔融的温度为150～200℃。
在本发明中，步骤1)所述第一功能层挤出熔融的温度优选为150～180℃，进一步优选为160～170℃；所述第二功能层和第三功能层挤出熔融的温度独立的优选为160～200℃，进一步优选为170～190℃；所述芯层挤出熔融的温度优选为180～210℃，进一步优选为190～200℃；所述第四功能层挤出熔融的温度优选为160～180℃，进一步优选为165～175℃。
在本发明中，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份和杂质，防止原料混合物高温降解或分解。
在本发明中，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；其中模头的温度为210～230℃，优选为220℃；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。
在本发明中，所述静电吸附装置能够将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。
在本发明中，步骤2)得到的片材温度为25～40℃，优选为30～35℃，进一步优选为33℃。
在本发明中，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℃。
在本发明中，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。
在本发明中，步骤3)中横向拉伸的倍数优选为3～3.5倍，进一步优选为3.2倍；纵向拉伸的倍数优选为2.5～3.5倍，进一步优选为3倍。
在本发明中，步骤3)所述薄膜的厚度优选为22～24μm。
在本发明中，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消光膜。
在本发明中，步骤4)所述拉伸为经过牵引机拉伸。
在本发明中，步骤4)中经过拉伸处理后薄膜的厚度优选为22～24μm，进一步优选为22.5～23μm。
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38～42％；所述时效处理的时间优选为20～24h，进一步优选为21～23h，更优选为22h。
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、二氧化硅和抗氧剂的重量比为95：2：0.6；第二功能层的原料混合物中，聚乳酸和抗静电剂的重量比为98：2；第三功能层的原料混合物中，聚乳酸和抗静电剂的重量比为98.5：1.5；芯层的原料混合物中，聚乳酸、扩链剂、增韧剂和成核剂的重量比为94：2.5：1：0.3；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为98：1.5。
所述抗氧剂为抗氧剂1010和168按照3：1的质量比混合得到的；所述的抗静电剂为烷基甜菜碱；所述的扩链剂为噁唑啉型扩链剂；所述的增韧剂为纳米二氧化硅；所述的成核剂为滑石粉。
将5kg第一功能层的原料混合物经过辅机1号双螺杆挤出机中挤出熔融，挤出熔融温度为160℃；将6kg的第二功能层的原料混合物和7kg第三功能层的原料混合物分别经过辅机2号双螺杆挤出机中挤出熔融，第二功能层挤出熔融的温度为180℃，第三功能层挤出熔融的温度为200℃；将70kg芯层的原料混合物经过主挤出机挤出熔融，挤出熔融温度为200℃；将8kg第三功能层的原料混合物经过辅机3号双螺杆挤出机中挤出熔融，挤出熔融温度为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50℃，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70℃，拉伸区温度为70℃，定型区温度为140℃，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20h，再分切成成品，得到可降解双向拉伸聚乳酸消光膜。
实施例2
第一功能层的原料混合物中，共聚热封性聚乳酸、二氧化硅和抗氧剂的重量比为97：1：1；第二功能层的原料混合物中，聚乳酸和抗静电剂的重量比为97：3；第三功能层的原料混合物中，聚乳酸和抗静电剂的重量比为99：1；芯层的原料混合物中，聚乳酸、扩链剂、增韧剂和成核剂的重量比为96：1.5：1：1.5；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为99.5：0.5。
所述抗氧剂为抗氧剂1010和168按照2：1的质量比混合得到的；所述的抗静电剂为烷基甜菜碱；所述的扩链剂为噁唑啉型扩链剂；所述的增韧剂为纳米二氧化钒；所述的成核剂为癸二酸二苯基二酰肼(DCDH–Ph-8)。
将7kg第一功能层的原料混合物经过辅机1号双螺杆挤出机中挤出熔融，挤出熔融温度为140℃；将7kg的第二功能层的原料混合物和7kg第三功能层的原料混合物分别经过辅机2号双螺杆挤出机中挤出熔融，第二功能层挤出熔融的温度为190℃，第三功能层挤出熔融的温度为210℃；将75kg芯层的原料混合物经过主挤出机挤出熔融，挤出熔融温度为230℃；将5kg第三功能层的原料混合物经过辅机3号双螺杆挤出机中挤出熔融，挤出熔融温度为200℃。
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70℃，定型区温度为30℃，纵向拉伸倍数为3.5倍；横向拉伸过程中，预热区温度为100℃，拉伸区温度为110℃，定型区温度为120℃，横向拉伸倍数为3.2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25℃、相对湿度45％下时效处理24h，再分切成成品，得到可降解双向拉伸聚乳酸消光膜。
实施例3
第一功能层的原料混合物中，共聚热封性聚乳酸、二氧化硅和抗氧剂的重量比为98.5：1：0.5；第二功能层的原料混合物中，聚乳酸和抗静电剂的重量比为97.5：2.5；第三功能层的原料混合物中，聚乳酸和抗静电剂的重量比为98.5：1.5；芯层的原料混合物中，聚乳酸、扩链剂、增韧剂和成核剂的重量比为96：0.5：3：0.5；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为99：1。
所述抗氧剂为抗氧剂1010和168按照3：1的质量比混合得到的；所述的抗静电剂为烷基甜菜碱；所述的扩链剂为噁唑啉型扩链剂；所述的增韧剂为纳米氧化锌；所述的成核剂为滑石粉。
将10kg第一功能层的原料混合物经过辅机1号双螺杆挤出机中挤出熔融，挤出熔融温度为170℃；将5kg的第二功能层的原料混合物和5kg第三功能层的原料混合物分别经过辅机2号双螺杆挤出机中挤出熔融，第二功能层挤出熔融的温度为160℃，第三功能层挤出熔融的温度为160℃；将80kg芯层的原料混合物经过主挤出机挤出熔融，挤出熔融温度为180℃；将5kg第三功能层的原料混合物经过辅机3号双螺杆挤出机中挤出熔融，挤出熔融温度为230℃。
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40℃，拉伸区温度为60℃，定型区温度为20℃，纵向拉伸倍数为3倍；横向拉伸过程中，预热区温度为50℃，拉伸区温度为110℃，定型区温度为120℃，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35℃、相对湿度50％下时效处理22h，再分切成成品，得到可降解双向拉伸聚乳酸消光膜。
实施例1～3得到的可降解双向拉伸聚乳酸消光膜的性能测试如下表1。
表1
Figure BDA0002947112610000091
Figure BDA0002947112610000101
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消光膜，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；
所述第一功能层包括如下重量份的组分：
共聚热封性聚乳酸94～98.5份；
二氧化硅1～3份；
抗氧剂0.5～1份。
2.根据权利要求1所述的聚乳酸消光膜，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；所述第二功能层和第三功能层中聚乳酸和抗静电剂的重量比独立的为97～99：1～3。
3.根据权利要求1所述的聚乳酸消光膜，其特征在于，所述芯层包含重量比为93.5～98.4：0.5～3：1～3：0.1～0.5的聚乳酸、扩链剂、增韧剂和成核剂。
4.根据权利要求2或3所述的聚乳酸消光膜，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所述的聚乳酸消光膜，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消光膜的制备方法，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消光膜。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤1)所述第一功能层挤出熔融的温度为140～200℃，所述第二功能层和第三功能层挤出熔融的温度独立的为150～210℃，所述芯层挤出熔融的温度为170～230℃，所述第四功能层挤出熔融的温度为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)所述模头的温度为210～230℃；所述模头中，模头口的模口间隙为1.5～3mm。
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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