CN113895126A - 一种高收缩双向拉伸聚乳酸薄膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高收缩双向拉伸聚乳酸薄膜，依次包括表层I、芯层、表层Ⅱ；所述表层I、表层Ⅱ由以下质量份的原料制成：热封料97‑99份、抗粘母料1‑3份，其中热封料为聚乳酸树脂I；所述芯层由以下质量份的原料制成：聚乳酸树脂Ⅱ93‑96份、抗静电母料1‑3份、爽滑母料3‑4份。本发明还公开了上述聚乳酸薄膜的制备方法。本发明的双向拉伸聚乳酸薄膜不仅能满足包装薄膜的雾度、光泽度和机械强度等常规性能要求，而且具有较高的收缩率，可替代BOPP薄膜作为香烟包装材料使用。
Description
技术领域
本发明涉及薄膜技术领域，尤其涉及一种高收缩双向拉伸聚乳酸薄膜及其制备方法。
背景技术
聚乳酸作为一种生物可降解的原料，能够替代目前不降解塑料，极大减少塑料对环境的污染，越来越多的行业和企业正在探索使用。聚乳酸是通过丙交酯开环聚合而成，丙交酯主要来自秸秆、红薯等发酵后缩聚得到。目前，聚乳酸原料已经广泛使用在注塑、吹塑、纺织等领域。
烟用薄膜是一种常见的香烟包装材料。对于硬烟盒包装来说，不仅对包装薄膜的雾度、光泽度和机械强度等常规性能有一定的要求，而且，为了能够长期保持香烟平整、均匀、紧凑的包装效果，改善香烟的外观品质，还要求包装用薄膜具有较高的收缩率。目前，烟用薄膜一般为BOPP薄膜，双向拉伸聚乳酸(BOPLA)薄膜的性能较为一般，无法实现烟用包装领域的应用。因此，开发一种具有高收缩率、可替代BOPP薄膜的BOPLA薄膜，对香烟包装领域的环保、绿色发展具有重要的意义。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种高收缩双向拉伸聚乳酸薄膜及其制备方法。
本发明提出的一种高收缩双向拉伸聚乳酸薄膜，依次包括表层I、芯层、表层Ⅱ；所述表层I、表层Ⅱ由以下质量份的原料制成：热封料97-99份、抗粘母料1-3份，其中，热封料为聚乳酸树脂I；所述芯层由以下质量份的原料制成：聚乳酸树脂Ⅱ93-96份、抗静电母料1-3份、爽滑母料3-4份；
所述抗粘母料包括下述质量百分比的原料：聚乳酸树脂Ⅱ96-98％、无机抗粘剂2-4％；
所述抗静电母料包括下述质量百分比的原料：聚乳酸树脂Ⅱ96-98％、抗静电剂2-4％；
所述爽滑母料包括下述质量百分比的原料：聚乳酸树脂Ⅱ98.5-99.5％、爽滑剂0.5-1.5％；
所述聚乳酸树脂I在210℃/2.16kg条件下的熔融指数为10-15g/10min，所述聚乳酸树脂Ⅱ在210℃/2.16kg条件下的熔融指数为7.5-8.8g/10min。
优选地，所述的抗粘母料为将聚乳酸树脂Ⅱ和无机抗粘剂通过熔融共混后挤出切粒，干燥后制得。
优选地，所述的抗静电母料为将聚乳酸树脂Ⅱ和抗静电剂通过熔融共混后挤出切粒，干燥后制得。
优选地，所述的爽滑母料为将聚乳酸树脂Ⅱ和爽滑剂通过熔融共混后挤出切粒，干燥后制得。
优选地，所述薄膜的总厚度为12-30μm，所述表层I、表层Ⅱ的厚度为1-2μm。
优选地，所述无机抗粘剂为二氧化硅、玻璃微珠、碳酸钙、滑石粉中的至少一种。
优选地，所述抗静电剂为乙氧基化烷基胺。
优选地，所述爽滑剂为油酸酰胺、芥酸酰胺、硬脂酸钙、硅酮中的至少一种。
一种所述的高收缩双向拉伸聚乳酸薄膜的制备方法，包括下述步骤：
S1、将表层I、芯层、表层Ⅱ的原料分别加入三台挤出机中，在165-175℃下加热熔融，得到表层I熔体、芯层熔体和表层Ⅱ熔体，将所述表层I熔体、芯层熔体和表层Ⅱ熔体在模头中于180-190℃下汇合挤出，在静电棒的作用下贴附在激冷辊表面，冷却固化形成厚片；
S2、将所述厚片经过预热后，纵向拉伸，然后定型；
S3：将S2得到的膜片经过预热后，横向拉伸，然后定型、冷却；
S4：将S3得到的膜片经过牵引、冷却、展平，再进行电晕处理，最后收卷、时效，得到高收缩双向拉伸聚乳酸薄膜。
优选地，S1中，激冷辊的温度为30-35℃。
优选地，S2中，预热的温度为55-65℃，纵向拉伸的温度为55-65℃，纵向拉伸的拉伸倍率为3-4倍，定型的温度为25-35℃。
优选地，S3中，预热的温度为70-80℃，横向拉伸的温度为60-70℃，横向拉伸的拉伸倍率为4-5倍，定型的温度为120-140℃，冷却的温度为30-40℃。
其中，电晕处理的目的是利用高频率高电压在被处理的塑料表面电晕放电，而产生等离子体，使塑料表面产生游离基，使聚合物发生氧化和极化，增加薄膜表面附着力。
优选地，所述表层I、芯层、表层Ⅱ的原料在加热熔融前干燥至水分含量≤80ppm。
本发明的有益效果如下：
本发明通过选用具有合适熔融指数的聚乳酸作为薄膜原料，其中较大熔融指数的聚乳酸树脂由于更容易结晶，形成的晶体更小，在受热时更易收缩，有效提高了薄膜的收缩率，但是其机械强度较低，拉伸性能差，因此使用适量较小熔融指数的聚乳酸树脂搭配可以使薄膜保持优良的机械强度。本发明成功制备了BOPLA薄膜，不仅具有非常好的成膜效果，而且薄膜的机械性能优良，光泽度和平整度好，析出物少，热收缩率较高，适合在烟膜包装中使用。本发明使用的聚乳酸原料和薄膜产品经德国DIN Certco认证，完全可实现生物降解，可极大减少塑料制品对环境的污染，有利于实现香烟包装薄膜领域的环保、绿色发展。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
一种高收缩双向拉伸聚乳酸薄膜，依次包括表层I、芯层、表层Ⅱ；表层I、表层Ⅱ由以下质量份的原料制成：热封料97.5份、抗粘母料2.5份，其中，热封料为聚乳酸树脂I；芯层由以下质量份的原料制成：聚乳酸树脂Ⅱ95.5份、抗静电母料1.5份、爽滑母料3份；其中，抗粘母料包括下述质量百分比的原料：聚乳酸树脂Ⅱ97％、二氧化硅3％；抗静电母料包括下述质量百分比的原料：聚乳酸树脂Ⅱ97％、乙氧基化烷基胺3％；爽滑母料包括下述质量百分比的原料：聚乳酸树脂Ⅱ99％、油酸酰胺1％；聚乳酸树脂I为NatureWorks PLA8052D，在210℃/2.16kg条件下的熔融指数为14g/10min，聚乳酸树脂Ⅱ为NatureWorks PLA 4032D，在210℃/2.16kg条件下的熔融指数为8g/10min。
薄膜的总厚度为15μm，表层I的厚度为1.2μm,表层Ⅱ的厚度为1μm。
上述高收缩双向拉伸聚乳酸薄膜的制备方法包括：
S1、将表层I、芯层、表层Ⅱ的原料分别加入三台挤出机中，在170℃下加热熔融，得到表层I熔体、芯层熔体和表层Ⅱ熔体，将所述表层I熔体、芯层熔体和表层Ⅱ熔体在模头中于185℃下汇合挤出，在静电棒的作用下贴附在温度为32℃激冷辊表面，冷却固化形成厚片；
S2、将所述厚片在60℃下预热后，在温度为60℃、拉伸倍率为3.3倍的条件下纵向拉伸，然后在30℃下定型；
S3：将S2得到的膜片在75℃下预热后，在温度为65℃、拉伸倍率为4.1倍的条件下横向拉伸，然后在130℃下定型，在35℃下冷却；
S4：将S3得到的膜片经过牵引、冷却、展平，再进行电晕处理，最后收卷、时效，得到高收缩双向拉伸聚乳酸薄膜。
实施例2
一种高收缩双向拉伸聚乳酸薄膜，依次包括表层I、芯层、表层Ⅱ；表层I、表层Ⅱ由以下质量份的原料制成：热封料97份、抗粘母料3份，其中，热封料为聚乳酸树脂I；芯层由以下质量份的原料制成：聚乳酸树脂Ⅱ93份、抗静电母料3份、爽滑母料4份；其中，抗粘母料包括下述质量百分比的原料：聚乳酸树脂Ⅱ96％、二氧化硅4％；抗静电母料包括下述质量百分比的原料：聚乳酸树脂Ⅱ96％、乙氧基化烷基胺4％；爽滑母料包括下述质量百分比的原料：聚乳酸树脂Ⅱ98.5％、油酸酰胺1.5％；聚乳酸树脂I为NatureWorks PLA8052D，在210℃/2.16kg条件下的熔融指数为14g/10min，聚乳酸树脂Ⅱ为NatureWorks PLA4032D，在210℃/2.16kg条件下的熔融指数为8g/10min。
薄膜的总厚度为15μm，表层I的厚度为1.2μm,表层Ⅱ的厚度为1μm。
上述高收缩双向拉伸聚乳酸薄膜的制备方法包括：
S1、将表层I、芯层、表层Ⅱ的原料分别加入三台挤出机中，在165℃下加热熔融，得到表层I熔体、芯层熔体和表层Ⅱ熔体，将所述表层I熔体、芯层熔体和表层Ⅱ熔体在模头中于180℃下汇合挤出，在静电棒的作用下贴附在温度为30℃激冷辊表面，冷却固化形成厚片；
S2、将所述厚片在55℃下预热后，在温度为55℃、拉伸倍率为3倍的条件下纵向拉伸，然后在25℃下定型；
S3：将S2得到的膜片在70℃下预热后，在温度为60℃、拉伸倍率为4倍的条件下横向拉伸，然后在120℃下定型，在30℃下冷却；
S4：将S3得到的膜片经过牵引、冷却、展平，再进行电晕处理，最后收卷、时效，得到高收缩双向拉伸聚乳酸薄膜。
实施例3
一种高收缩双向拉伸聚乳酸薄膜，依次包括表层I、芯层、表层Ⅱ；表层I、表层Ⅱ由以下质量份的原料制成：热封料99份、抗粘母料1份，其中，热封料为聚乳酸树脂I；芯层由以下质量份的原料制成：聚乳酸树脂Ⅱ96份、抗静电母料1份、爽滑母料3份；其中，抗粘母料包括下述质量百分比的原料：聚乳酸树脂Ⅱ98％、二氧化硅2％；抗静电母料包括下述质量百分比的原料：聚乳酸树脂Ⅱ98％、乙氧基化烷基胺2％；爽滑母料包括下述质量百分比的原料：聚乳酸树脂Ⅱ99.5％、油酸酰胺0.5％；聚乳酸树脂I为NatureWorks PLA8052D，在210℃/2.16kg条件下的熔融指数为14g/10min，聚乳酸树脂Ⅱ为NatureWorks PLA4032D，在210℃/2.16kg条件下的熔融指数为8g/10min。
薄膜的总厚度为15μm，表层I的厚度为1.2μm,表层Ⅱ的厚度为1μm。
上述高收缩双向拉伸聚乳酸薄膜的制备方法包括：
S1、将表层I、芯层、表层Ⅱ的原料分别加入三台挤出机中，在175℃下加热熔融，得到表层I熔体、芯层熔体和表层Ⅱ熔体，将所述表层I熔体、芯层熔体和表层Ⅱ熔体在模头中于190℃下汇合挤出，在静电棒的作用下贴附在温度为35℃激冷辊表面，冷却固化形成厚片；
S2、将所述厚片在65℃下预热后，在温度为65℃、拉伸倍率为4倍的条件下纵向拉伸，然后在35℃下定型；
S3：将S2得到的膜片在80℃下预热后，在温度为70℃、拉伸倍率为5倍的条件下横向拉伸，然后在140℃下定型，在40℃下冷却；
S4：将S3得到的膜片经过牵引、冷却、展平，再进行电晕处理，最后收卷、时效，得到高收缩双向拉伸聚乳酸薄膜。
对比例1
一种高收缩双向拉伸聚乳酸薄膜，依次包括表层I、芯层、表层Ⅱ；表层I、表层Ⅱ由以下质量份的原料制成：热封料97.5份、抗粘母料2.5份，其中，热封料为聚乳酸树脂I；芯层由以下质量份的原料制成：聚乳酸树脂I 95.5份、抗静电母料1.5份、爽滑母料3份；其中，抗粘母料包括下述质量百分比的原料：聚乳酸树脂I 97％、二氧化硅3％；抗静电母料包括下述质量百分比的原料：聚乳酸树脂I 97％、乙氧基化烷基胺3％；爽滑母料包括下述质量百分比的原料：聚乳酸树脂I 99％、油酸酰胺1％；聚乳酸树脂I为NatureWorks PLA 8052D，在210℃/2.16kg条件下的熔融指数为14g/10min。
薄膜的总厚度为15μm，表层I的厚度为1.2μm,表层Ⅱ的厚度为1μm。
上述高收缩双向拉伸聚乳酸薄膜的制备方法包括：
S1、将表层I、芯层、表层Ⅱ的原料分别加入三台挤出机中，在170℃下加热熔融，得到表层I熔体、芯层熔体和表层Ⅱ熔体，将所述表层I熔体、芯层熔体和表层Ⅱ熔体在模头中于185℃下汇合挤出，在静电棒的作用下贴附在温度为32℃激冷辊表面，冷却固化形成厚片；
S2、将所述厚片在60℃下预热后，在温度为60℃、拉伸倍率为3.3倍的条件下纵向拉伸，然后在30℃下定型；
S3：将S2得到的膜片在75℃下预热后，在温度为65℃、拉伸倍率为4.1倍的条件下横向拉伸，然后在130℃下定型，在35℃下冷却；
S4：将S3得到的膜片经过牵引、冷却、展平，再进行电晕处理，最后收卷、时效，得到高收缩双向拉伸聚乳酸薄膜。
对比例2
一种高收缩双向拉伸聚乳酸薄膜，依次包括表层I、芯层、表层Ⅱ；表层I、表层Ⅱ由以下质量份的原料制成：热封料97.5份、抗粘母料2.5份，其中，热封料为聚乳酸树脂Ⅱ；芯层由以下质量份的原料制成：聚乳酸树脂Ⅱ95.5份、抗静电母料1.5份、爽滑母料3份；其中，抗粘母料包括下述质量百分比的原料：聚乳酸树脂Ⅱ97％、二氧化硅3％；抗静电母料包括下述质量百分比的原料：聚乳酸树脂Ⅱ97％、乙氧基化烷基胺3％；爽滑母料包括下述质量百分比的原料：聚乳酸树脂Ⅱ99％、油酸酰胺1％；聚乳酸树脂Ⅱ为NatureWorks PLA4032D，在210℃/2.16kg条件下的熔融指数为8g/10min。
薄膜的总厚度为15μm，表层I的厚度为1.2μm,表层Ⅱ的厚度为1μm。
上述高收缩双向拉伸聚乳酸薄膜的制备方法包括：
S1、将表层I、芯层、表层Ⅱ的原料分别加入三台挤出机中，在170℃下加热熔融，得到表层I熔体、芯层熔体和表层Ⅱ熔体，将所述表层I熔体、芯层熔体和表层Ⅱ熔体在模头中于185℃下汇合挤出，在静电棒的作用下贴附在温度为32℃激冷辊表面，冷却固化形成厚片；
S2、将所述厚片在60℃下预热后，在温度为60℃、拉伸倍率为3.3倍的条件下纵向拉伸，然后在30℃下定型；
S3：将S2得到的膜片在75℃下预热后，在温度为65℃、拉伸倍率为4.1倍的条件下横向拉伸，然后在130℃下定型，在35℃下冷却；
S4：将S3得到的膜片经过牵引、冷却、展平，再进行电晕处理，最后收卷、时效，得到高收缩双向拉伸聚乳酸薄膜。
试验例
对实施例1和对比例1-2制得的聚乳酸薄膜进行性能检测，检测结果如表1所示：
表1聚乳酸薄膜的性能检测结果
从表1可以看出，本发明通过对聚乳酸原料、助剂和工艺的探索和优化，使得到的BOPLA薄膜具有较高的拉伸强度、较低的热封温度、较高的热收缩率以及较好的爽滑性，最终得到了一种高收缩、高爽滑、低热封的BOPLA薄膜。相对的，采用熔融指数为2.5-3.5g/10min(210℃/2.16kg)的常规聚乳酸树脂，无法形成双向拉伸聚乳酸薄膜；而采用单一的聚乳酸原料，制备的薄膜在机械性能存在缺陷，或者收缩率低，无法满足使用要求。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种高收缩双向拉伸聚乳酸薄膜，其特征在于，依次包括表层I、芯层、表层Ⅱ；所述表层I、表层Ⅱ由以下质量份的原料制成：热封料97-99份、抗粘母料1-3份，其中热封料为聚乳酸树脂I；所述芯层由以下质量份的原料制成：聚乳酸树脂Ⅱ93-96份、抗静电母料1-3份、爽滑母料3-4份；
所述抗粘母料包括下述质量百分比的原料：聚乳酸树脂Ⅱ96-98％、无机抗粘剂2-4％；
所述抗静电母料包括下述质量百分比的原料：聚乳酸树脂Ⅱ96-98％、抗静电剂2-4％；
所述爽滑母料包括下述质量百分比的原料：聚乳酸树脂Ⅱ98.5-99.5％、爽滑剂0.5-1.5％；
所述聚乳酸树脂I在210℃/2.16kg条件下的熔融指数为10-15g/10min，所述聚乳酸树脂Ⅱ在210℃/2.16kg条件下的熔融指数为7.5-8.8g/10min。
2.根据权利要求1所述的高收缩双向拉伸聚乳酸薄膜，其特征在于，所述薄膜的总厚度为12-30μm，所述表层I、表层Ⅱ的厚度为1-2μm。
3.根据权利要求1或2所述的高收缩双向拉伸聚乳酸薄膜，其特征在于，所述无机抗粘剂为二氧化硅、玻璃微珠、碳酸钙、滑石粉中的至少一种。
4.根据权利要求1-3任一项所述的高收缩双向拉伸聚乳酸薄膜，其特征在于，所述抗静电剂为乙氧基化烷基胺。
5.根据权利要求1-4任一项所述的高收缩双向拉伸聚乳酸薄膜，其特征在于，所述爽滑剂为油酸酰胺、芥酸酰胺、硬脂酸钙、硅酮中的至少一种。
6.一种如权利要求1-5任一项所述的高收缩双向拉伸聚乳酸薄膜的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：
S1、将表层I、芯层、表层Ⅱ的原料分别加入三台挤出机中，在165-175℃下加热熔融，得到表层I熔体、芯层熔体和表层Ⅱ熔体，将所述表层I熔体、芯层熔体和表层Ⅱ熔体在模头中于180-190℃下汇合挤出，在静电棒的作用下贴附在激冷辊表面，冷却固化形成厚片；
S2、将所述厚片经过预热后，纵向拉伸，然后定型；
S3：将S2得到的膜片经过预热后，横向拉伸，然后定型、冷却；
S4：将S3得到的膜片经过牵引、冷却、展平，再进行电晕处理，最后收卷、时效，得到高收缩双向拉伸聚乳酸薄膜。
7.根据权利要求6所述的高收缩双向拉伸聚乳酸薄膜的制备方法，其特征在于，S1中，激冷辊的温度为30-35℃。
8.根据权利要求6或7所述的高收缩双向拉伸聚乳酸薄膜的制备方法，其特征在于，S2中，预热的温度为55-65℃，纵向拉伸的温度为55-65℃，纵向拉伸的拉伸倍率为3-4倍，定型的温度为25-35℃。
9.根据权利要求6-8任一项所述的高收缩双向拉伸聚乳酸薄膜的制备方法，其特征在于，S3中，预热的温度为70-80℃，横向拉伸的温度为60-70℃，横向拉伸的拉伸倍率为4-5倍，定型的温度为120-140℃，冷却的温度为30-40℃。
10.根据权利要求6-9任一项所述的高收缩双向拉伸聚乳酸薄膜的制备方法，其特征在于，所述表层I、芯层、表层Ⅱ的原料在加热熔融前干燥至水分含量≤80ppm。
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