CN114773644B - 一种低介电常数和高强韧的聚乳酸多孔薄膜及其制备方法 - Google Patents

一种低介电常数和高强韧的聚乳酸多孔薄膜及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114773644B
CN114773644B CN202210445062.8A CN202210445062A CN114773644B CN 114773644 B CN114773644 B CN 114773644B CN 202210445062 A CN202210445062 A CN 202210445062A CN 114773644 B CN114773644 B CN 114773644B
Authority
CN
China
Prior art keywords
polylactic acid
stretching
roller
porous
film
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202210445062.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114773644A (zh
Inventor
钟淦基
张�杰
李忠明
雷军
黄华东
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sichuan University
Original Assignee
Sichuan University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sichuan University filed Critical Sichuan University
Priority to CN202210445062.8A priority Critical patent/CN114773644B/zh
Publication of CN114773644A publication Critical patent/CN114773644A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114773644B publication Critical patent/CN114773644B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/18—Manufacture of films or sheets
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29D—PRODUCING PARTICULAR ARTICLES FROM PLASTICS OR FROM SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE
    • B29D7/00—Producing flat articles, e.g. films or sheets
    • B29D7/01—Films or sheets
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2367/00—Characterised by the use of polyesters obtained by reactions forming a carboxylic ester link in the main chain; Derivatives of such polymers
    • C08J2367/04—Polyesters derived from hydroxy carboxylic acids, e.g. lactones
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
    • Y02W90/10—Bio-packaging, e.g. packing containers made from renewable resources or bio-plastics

Abstract

本发明提供了一种低介电常数和高强韧的聚乳酸多孔薄膜及其制备方法，属于生物可降解高分子多孔材料技术领域。本发明所述的方法只利用简单的挤出流延和拉伸工艺就可以实现聚乳酸多孔薄膜的大批量生产，制备过程中不需要加入任何其他组分，解决了现有技术需要有毒有害的试剂和生产效率低等问题。同时本发明所述的聚乳酸多孔薄膜具有轻质(密度低至0.99g·cm‑3)、低介电常数和低介电损耗(1kHz下的介电常数最低为2.48，介电损耗最低为0.004)、高强度和高韧性(断裂强度为164.7MPa以上，杨氏模量为3.2GPa以上，断裂伸长率为12.4％以上)、良好的柔性等优势，有望作为下一代可持续的电介质层材料。

Description

一种低介电常数和高强韧的聚乳酸多孔薄膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及聚乳酸多孔薄膜材料及其制备方法，属于生物可降解高分子多孔材料技术领域，特别涉及一种轻质、低介电常数和低介电损耗、高强度和韧性的聚乳酸多孔薄膜材料及其制备方法。
背景技术
聚乳酸是一种来源于可再生资源的热塑性脂肪族聚酯，具有优良的生物相容性、生物降解性和较高的力学强度和加工性能，因此聚乳酸可以采用挤出、注塑等通用的熔融加工方法，便捷地制备成多种制品，有望取代传统的石油基高分子(Progress in polymerscience,2008,33(8),820-852)。
具有多孔结构的结构或功能聚合物材料，已经在过滤、隔热、吸声和电介质等领域广泛应用。在聚乳酸中引入多孔结构可以进一步赋予聚乳酸多种性能和拓宽聚乳酸的应用范围。目前，聚乳酸多孔材料的制备方法主要包括气体发泡法、相分离法、双模板法、静电纺丝法等。这些聚乳酸多孔材料的制备方法具有各自的特点，例如：相分离法，特别是非溶剂诱导相分离法制备的聚乳酸多孔材料具有开孔结构、可以用于油水分离和自清洁(Chemical Engineering Journal,2020,397,125297；ACS Sustainable Chemistry&Engineering,2019,7(13),11885-11893)；静电纺丝法是制备具有微/纳多孔结构的纤维和纤维毡的有效手段，在空气过滤和生物可吸收支架等领域有广阔的应用前景(ACS appliedmaterials&interfaces,2019,11(49),46261-46268)。但这些方法不可避免地存在生产效率低，很难应用于工业生产以及使用有毒有害溶剂等问题，不利于环保和生产安全。
通过无需溶剂的干法拉伸加工制备聚合物多孔材料更加简单高效，已经在聚丙烯、聚四氟乙烯等硬弹性聚合物中得到在实际应用和生产(Composites Part A:AppliedScience and Manufacturing,2018,112,423-431)，相较于硬弹性聚合物而言，聚乳酸固有的刚性分子链和结晶速率低限制了其在拉伸加工中的应用。韩立晶等(一种聚乳酸多级孔材料及其制备方法[P].吉林：CN109370179B,2020-02-14)提出将有机或者无机纳米粒子(二氧化硅粒子、淀粉粒子)等加入聚乳酸中，通过拉伸使薄弱的两相界面形成孔洞，制备具有连通的微孔和大孔结构的聚乳酸多孔材料，力学性能较好，隔热性能得到改善。但纳米粒子的加入，不仅需要增加移除掉纳米粒子的后处理步骤，使工艺流程更加复杂，还有可能破坏聚乳酸材料本身的生物可降解性和生物相容性。因此，如何在不加入其他组分的前提下，用可以工业化的高效拉伸加工手段实现聚乳酸多孔材料的制备，仍然是一个巨大的挑战。
发明内容
本发明的目的是解决现有聚乳酸多孔材料制备方法引入有毒有害的有机溶剂技术和现有技术生产效率低的不足问题，提供一种具有轻质、低介电常数和低介电损耗、高强度和韧性的聚乳酸多孔薄膜材料及其制备方法。
其基本原理为首先将聚乳酸粒料熔融挤出后淬冷，得到聚乳酸的流延薄膜。之后一定温度范围内的拉伸使得聚乳酸的分子链取向形成晶体结构并进一步借助晶体破碎和非晶分子链的破坏过程而诱发多孔结构形成。通过改变拉伸辊转速，调整拉伸程度，得到聚乳酸多孔薄膜。其中，改变拉伸强度大小以诱导取向结晶程度及孔洞结构的形成，是获得高性能(轻质、低介电常数和低介电损耗、高强度和韧性)聚乳酸多孔薄膜的关键。
本发明解决上述技术问题采取的技术方案如下：
一种聚乳酸多孔薄膜材料，该材料以聚乳酸为基体，基体内无规分布许多大小为微米级和纳米级孔洞，所述纳米孔或者微米孔的形态主要为椭球形，且椭球形孔洞的长轴均平行且沿着拉伸方向。
在一个实施方式中，所述的聚乳酸薄膜材料中不含有添加剂。
在一个实施方式中，所述的聚乳酸薄膜材料的密度范围为0.99～1.27g·cm-3。
在一个实施方式中，所述的聚乳酸薄膜材料在1kHz下的介电常数范围为2.48～3.77，介电损耗范围为0.004～0.031。
在一个实施方式中，所述的聚乳酸薄膜材料的拉伸断裂强度范围为164.7～250.6MPa,杨氏模量范围为3.2～5.1GPa，断裂伸长率范围为12.4～26.3％。
在一个实施方式中，所述的聚乳酸薄膜材料的厚度范围为10～100μm。
本发明还提供上述聚乳酸多孔材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)原料干燥：选择具有一定光学纯度的聚乳酸原料在一定温度下进行除湿干燥；
(2)流延制备聚乳酸流延薄膜：将步骤(1)中的颗粒料送入单螺杆挤出机中，在一定温度下熔融后通过狭缝状口模挤出，经流延辊冷却后形成聚乳酸流延薄膜；
(3)拉伸制备聚乳酸多孔薄膜，将步骤(2)中的聚乳酸流延薄膜送至拉伸装置进行处理，通过预热辊加热至设定的拉伸温度，通过改变拉伸装置中的拉伸辊转速控制拉伸比，在设定的拉伸温度下热拉伸致孔，经退火辊进行热定型处理，最后经冷却辊淬冷后形成聚乳酸多孔薄膜。
在一个实施方式中，步骤(1)中的聚乳酸的光学纯度优选为96％～99％，再优选为99％。
在一个实施方式中，步骤(1)中干燥装置采用真空烘箱或者除湿干燥机，优选为除湿干燥机。
在一个实施方式中，步骤(2)中加热熔融并挤出采用单螺杆挤出机。
在一个实施方式中，优选的是，步骤(2)中单螺杆挤出机从加料口到口模温度范围为165～190℃。
在一个实施方式中，优选的是，步骤(2)中单螺杆挤出机的螺杆转速由优选为10～100r/min，再优选为50～100r/min，最优选50r/min。
在一个实施方式中，步骤(2)中单螺杆挤出机的挤出物的冷却过程可使用低温流延辊传导冷却和/或者风冷。
在一个实施方式中，步骤(3)的拉伸处理中拉伸温度为80～120℃，再优选为90～120℃，最优选90℃。
在一个实施方式中，步骤(3)的拉伸处理中拉伸辊转速优选为1.0～100.0m/min。
在一个实施方式中，步骤(3)的拉伸处理中拉伸比优选为4.0～6.6，再优选为5.0～6.6，最优选为6.6。
本发明有益技术效果
本发明提供的一种轻质、低介电常数和低介电损耗、高强度和韧性的聚乳酸多孔薄膜材料及其制备方法相比于现有的其他方法(气体发泡法、相分离法和静电纺丝法等)，具有以下的优点：
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
(1)本发明只使用聚乳酸作为原料，不加入任何其他组分，也无需使用任何溶剂。因此避免了引入其他物质导致的材料不可持续性和使用大量有毒有害的溶剂的方法带来的环境问题；
(2)本发明方法简单，生产效率高，使用传统的聚合物薄膜拉伸加工手段，只需对工艺进行较为准确控制便可实现，容易推广到大规模生产；
(3)本发明精准调控了聚乳酸内部的结晶和分子链的取向，并在形成取向晶体的基础上诱发孔洞的形成。拉伸外力场诱导的聚乳酸中取向晶体形成和非晶分子链的取向，显著提高了聚乳酸的拉伸强度和模量，并保持一定的韧性；
(4)本发明以取向晶体为基础促进多孔结构的形成，赋予聚乳酸的轻质、低介电常数和低介电损耗等优异性能，并且孔洞的引入仍然使材料本身保持优异的力学强度，此外本发明制备的聚乳酸多孔薄膜具有良好的柔性，因此本发明提供了一种具有优异力学性能和低介电性能的聚乳酸多孔薄膜材料，有望作为下一代可持续的电介质层材料。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明对照例4的低温脆断横截面的扫描电子显微镜照片。
图2为本发明实施例11的低温脆断横截面的扫描电子显微镜照片。
图3为本发明实施例12的低温脆断横截面的扫描电子显微镜照片。
图4为本发明实施例13的低温脆断横截面的扫描电子显微镜照片。
图5为本发明实施例14的低温脆断横截面的扫描电子显微镜照片。
图6为本发明实施例15的低温脆断横截面的扫描电子显微镜照片。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。有必要在此指出的是以下实施例只用于对本发明作进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域技术人员根据上述发明内容对本发明做出的非本质的改进和调整仍属于本发明的保护范围。
本发明的一种聚乳酸多孔薄膜材料具体工艺步骤如下述实例所示：
实施例1-5(见表1)
(1)选择光学纯度为99％的聚乳酸原料进行除湿干燥；
(2)制备聚乳酸流延薄膜：将步骤(1)中的聚乳酸颗粒料加入单螺杆挤出机中熔融后通过狭缝状口模挤出，单螺杆挤出机从加料口到口模的温度范围为175～190℃，螺杆转速为10-100r/min，最后经流延辊冷却后形成聚乳酸流延薄膜；
(3)制备聚乳酸多孔薄膜：将步骤(2)中的聚乳酸流延薄膜进行拉伸处理，通过预热辊加热至设定的拉伸温度80℃，通过改变拉伸装置中的拉伸辊转速控制拉伸比和拉伸程度，在80℃下进行热拉伸，拉伸辊转速为1～100m/min，经退火辊进行热定型处理，最后经冷却辊淬冷后得到DR分别为5.0、5.4、5.8、6.2和6.6的聚乳酸多孔薄膜。
实施例6-10(见表1)
(1)选择光学纯度为98％的聚乳酸原料进行除湿干燥；
(2)制备聚乳酸流延薄膜：将步骤(1)中的聚乳酸颗粒料加入单螺杆挤出机中熔融后通过狭缝状口模挤出，单螺杆挤出机从加料口到口模的温度范围为165～180℃，螺杆转速为10～100r/min，最后经流延辊冷却后形成聚乳酸流延薄膜；
(3)制备聚乳酸多孔薄膜：将步骤(2)中的聚乳酸流延薄膜进一步进行拉伸处理，通过预热辊加热至设定的拉伸温度80℃，通过改变拉伸装置中的拉伸辊转速控制拉伸比和拉伸程度，在80℃下进行热拉伸，拉伸辊转速为1～100m/min，经退火辊进行热定型处理，最后经冷却辊淬冷后得到DR分别为5.0、5.4、5.8、6.2和6.6的聚乳酸多孔薄膜。
实施例11-15(见表1)
(1)选择光学纯度为99％的聚乳酸原料进行除湿干燥；
(2)制备聚乳酸流延薄膜：将步骤(1)中的聚乳酸颗粒料加入单螺杆挤出机中熔融后通过狭缝状口模挤出，单螺杆挤出机从加料口到口模的温度范围为175～190℃，螺杆转速为10～100r/min，最后经流延辊冷却后形成聚乳酸流延薄膜；
(3)制备聚乳酸多孔薄膜：将步骤(2)中的聚乳酸流延薄膜进一步进行拉伸处理，通过预热辊加热至设定的拉伸温度90℃，通过改变拉伸装置中的拉伸辊转速控制拉伸比和拉伸程度，在90℃下进行热拉伸，拉伸辊转速为1～100m/min，经退火辊进行热定型处理，最后经冷却辊淬冷后得到DR分别为5.0、5.4、5.8、6.2和6.6的聚乳酸多孔薄膜。
实施例16-20(见表1)
(1)选择光学纯度为98％的聚乳酸原料进行除湿干燥；
(2)制备聚乳酸流延薄膜：将步骤(1)中的聚乳酸颗粒料加入单螺杆挤出机中熔融后通过狭缝状口模挤出，单螺杆挤出机从加料口到口模的温度范围为165～180℃，螺杆转速为10～100r/min，最后经流延辊冷却后形成聚乳酸流延薄膜；
(3)制备聚乳酸多孔薄膜：将步骤(2)中的聚乳酸流延薄膜进一步进行拉伸处理，通过预热辊加热至设定的拉伸温度90℃，通过改变拉伸装置中的拉伸辊转速控制拉伸比和拉伸程度，在90℃下进行热拉伸，拉伸辊转速为1～100m/min，经退火辊进行热定型处理，最后经冷却辊淬冷后得到DR分别为5.0、5.4、5.8、6.2和6.6的聚乳酸多孔薄膜。
实施例21-25(见表1)
(1)选择光学纯度为99％的聚乳酸原料进行除湿干燥；
(2)制备聚乳酸流延薄膜：将步骤(1)中的聚乳酸颗粒料加入单螺杆挤出机中熔融后通过狭缝状口模挤出，单螺杆挤出机从加料口到口模的温度范围为175～190℃，螺杆转速为10～100r/min，最后经流延辊冷却后形成聚乳酸流延薄膜；
(3)制备聚乳酸多孔薄膜：将步骤(2)中的聚乳酸流延薄膜进一步进行拉伸处理，通过预热辊加热至设定的拉伸温度120℃，通过改变拉伸装置中的拉伸辊转速控制拉伸比和拉伸程度，在120℃下进行热拉伸，拉伸辊转速为1～100m/min，经退火辊进行热定型处理，最后经冷却辊淬冷后得到DR分别为5.0、5.4、5.8、6.2和6.6的聚乳酸多孔薄膜。
实施例26-30(见表1)
(1)选择光学纯度为98％的聚乳酸原料进行除湿干燥；
(2)制备聚乳酸流延薄膜：将步骤(1)中的聚乳酸颗粒料加入单螺杆挤出机中熔融后通过狭缝状口模挤出，单螺杆挤出机从加料口到口模的温度范围为165～180℃，螺杆转速为10～100r/min，最后经流延辊冷却后形成聚乳酸流延薄膜；
(3)制备聚乳酸多孔薄膜：将步骤(2)中的聚乳酸流延薄膜进一步进行拉伸处理，通过预热辊加热至设定的拉伸温度120℃，通过改变拉伸装置中的拉伸辊转速控制拉伸比和拉伸程度，在120℃下进行热拉伸，拉伸辊转速为1～100m/min，经退火辊进行热定型处理，最后经冷却辊淬冷后得到DR分别为5.0、5.4、5.8、6.2和6.6的聚乳酸多孔薄膜。
对照例1-3
(1)选择光学纯度为99％、98％和96％的聚乳酸原料进行除湿干燥；
(2)制备聚乳酸流延薄膜：将步骤(1)中的聚乳酸颗粒料加入单螺杆挤出机中熔融后通过狭缝状口模挤出，单螺杆挤出机从加料口到口模的温度范围为175～190℃，螺杆转速为10～100r/min，最后经流延辊冷却后形成聚乳酸流延薄膜；
(3)制备聚乳酸多孔薄膜：将步骤(2)中的聚乳酸流延薄膜进一步进行拉伸处理，通过预热辊加热至设定的拉伸温度80℃，通过改变拉伸装置中的拉伸辊转速控制拉伸比和拉伸程度，分别在80℃下进行热拉伸，拉伸辊转速为1～100m/min，经退火辊进行热定型处理，最后经冷却辊淬冷后得到DR为4.0的聚乳酸薄膜。
对照例4-6
(1)选择光学纯度为99％、98％和96％的聚乳酸原料进行除湿干燥；
(2)制备聚乳酸流延薄膜：将步骤(1)中的聚乳酸颗粒料加入单螺杆挤出机中熔融后通过狭缝状口模挤出，单螺杆挤出机从加料口到口模的温度范围为165～180℃，螺杆转速为10～100r/min，最后经流延辊冷却后形成聚乳酸流延薄膜；
(3)制备聚乳酸多孔薄膜：将步骤(2)中的聚乳酸流延薄膜进一步进行拉伸处理，通过预热辊加热至设定的拉伸温度90℃，通过改变拉伸装置中的拉伸辊转速控制拉伸比和拉伸程度，分别在90℃下进行热拉伸，拉伸辊转速为1～100m/min，经退火辊进行热定型处理，最后经冷却辊淬冷后得到DR为4.0的聚乳酸薄膜。
对照例7-9
(1)选择光学纯度为99％、98％和96％的聚乳酸原料进行除湿干燥；
(2)制备聚乳酸流延薄膜：将步骤(1)中的聚乳酸颗粒料加入单螺杆挤出机中熔融后通过狭缝状口模挤出，单螺杆挤出机从加料口到口模的温度范围为165～180℃，螺杆转速为10～100r/min，最后经流延辊冷却后形成聚乳酸流延薄膜；
(3)制备聚乳酸多孔薄膜：将步骤(2)中的聚乳酸流延薄膜进一步进行拉伸处理，通过预热辊加热至设定的拉伸温度120℃，通过改变拉伸装置中的拉伸辊转速控制拉伸比和拉伸程度，分别在120℃下进行热拉伸，拉伸辊转速为1～100m/min，经退火辊进行热定型处理，最后经冷却辊淬冷后得到DR为4.0的聚乳酸薄膜。
表1实施例1-30和对照例1-9的制备工艺条件及其室温下的密度、介电性能和力学性能
结构与性能测试
本发明提供的聚乳酸多孔薄膜的制备方法可以获得优异综合性能的聚乳酸多孔薄膜。与对比例1-9得到的无孔洞或孔洞较少的聚乳酸薄膜相比，实施例1-30具有轻质、低介电常数和低介电损耗、高强度和韧性等优异性能。
下面以最优选的拉伸温度为90℃时的实施例为例(实施例11-20和对照例1、4和7)：
图1到图6分别展示的是对照例4以及本发明实施例11-15的低温脆断断面的扫描电子显微镜照片。可以看到DR为4.0的对照例1并无孔洞形成。在DR达到5.0时，大量的狭缝状孔洞在内部形成，孔洞沿着拉伸加工方向取向，长轴方向尺寸为微米级和纳米级。随着DR的进一步增加，孔隙的尺寸和数量都继续增加，形成椭球形孔洞。
进一步，本发明采用电子密度计测定实施例和对照例的密度，如表1所示。可以看到，对照例1-9的密度均在1.27g·cm-3左右(通常聚乳酸块体材料的密度为1.27g·cm-3)，说明对照例1-9的内部无孔洞或者孔洞极少；对于实例11-15和实例16-20，随着DR的增加，密度分别逐渐降低，说明拉伸过程中不断形成孔洞，孔隙率逐渐增加。并在拉伸比达到断裂前的最大值6.6时，分别降低至0.99g·cm-3和1.12g·cm-3。因此利用拉伸加工方法能够制备一种低密度、轻质的聚乳酸多孔材料。同时由于光学纯度越低的聚乳酸结晶能力越低，内部形成孔洞越少，因此密度降低程度越小。
表1统计了本发明得到的聚乳酸薄膜的介电性能测试结果。随着DR增大，实例11-15和实例16-20的介电常数逐渐降低，当拉伸比达到最大的6.6时，实施例15的介电常数为2.48，介电损耗保持在0.004左右。这说明聚乳酸内部形成大量的孔洞，孔洞包含的空气介电常数极低(可近似为真空介电常数1)，因此实施例的介电常数非常低。光学纯度相对较低的98％和96％聚乳酸内部孔洞较少，介电常数降低程度较小。
同时表1统计的重要拉伸力学性能显示对照例1-9的拉伸强度、杨氏模量和断裂伸长率分别为164.7MPa、3.7GPa和12.6％以上，这说明通过拉伸可以赋予聚乳酸薄膜优异的高强度和韧性。随着DR增加，实施例的内部逐渐形成多孔结构，尽管孔洞结构的引入使得材料的拉伸性能有一定程度的劣化，但实施例11-20的聚乳酸多孔薄膜的拉伸性能依然保持高强高韧性的特点。
综上所述，本发明所述之制备聚乳酸多孔薄膜具备轻质、良好的低介电常数和低介电损耗，同时保持高强高韧性的特点。材料的制备过程简单，工艺易于掌握，生产成本低，有大规模生产的巨大潜力，有望作为下一代可持续的电介质层材料。

Claims (6)

1.一种聚乳酸多孔薄膜材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)原料干燥：选择光学纯度为96％-99％的聚乳酸原料在一定温度下进行除湿干燥；
(2)流延制备聚乳酸流延薄膜：将步骤(1)中的颗粒料送入单螺杆挤出机中，在一定温度下熔融后通过狭缝状口模挤出，经流延辊冷却后形成聚乳酸流延薄膜；
(3)拉伸制备聚乳酸多孔薄膜：将步骤(2)中的聚乳酸流延薄膜送至拉伸装置进行处理，通过预热辊加热至设定的拉伸温度80～120℃，通过调整拉伸辊转速改变拉伸比(DR)为4.0～6.6，在设定的拉伸温度下热拉伸致孔，经退火辊进行热定型处理，最后经冷却辊淬冷后形成聚乳酸多孔薄膜。
2.根据权利要求1所述的聚乳酸多孔薄膜材料的制备方法，单螺杆挤出机从加料口到口模温度范围为165～190℃，螺杆转速为10～100r/min。
3.根据权利要求1所述的聚乳酸多孔薄膜材料的制备方法，单螺杆挤出机的挤出物的冷却过程使用低温流延辊传导冷却和/或者风冷。
4.根据权利要求1所述的聚乳酸多孔薄膜材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中拉伸处理中拉伸辊转速为1.0～100.0m/min。
5.根据权利要求1所述的聚乳酸多孔薄膜材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中得到的聚乳酸多孔薄膜，其厚度范围为10～100μm。
6.根据权利要求1-5任一项所述的制备方法所得到的一种聚乳酸多孔薄膜材料，其特征在于，其密度范围为0.99～1.27g·cm-3；1kHz下的介电常数范围为2.48～3.77；介电损耗范围为0.004～0.031；拉伸断裂强度范围为164.7～250.6MPa；杨氏模量范围为3.2～5.1GPa；断裂伸长率范围为12.4～26.3％。
CN202210445062.8A 2022-04-26 2022-04-26 一种低介电常数和高强韧的聚乳酸多孔薄膜及其制备方法 Active CN114773644B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210445062.8A CN114773644B (zh) 2022-04-26 2022-04-26 一种低介电常数和高强韧的聚乳酸多孔薄膜及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210445062.8A CN114773644B (zh) 2022-04-26 2022-04-26 一种低介电常数和高强韧的聚乳酸多孔薄膜及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114773644A CN114773644A (zh) 2022-07-22
CN114773644B true CN114773644B (zh) 2023-08-15

Family

ID=82433042

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210445062.8A Active CN114773644B (zh) 2022-04-26 2022-04-26 一种低介电常数和高强韧的聚乳酸多孔薄膜及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114773644B (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001064413A (ja) * 1999-08-26 2001-03-13 Unitika Ltd 易引裂性二軸延伸ポリ乳酸系フィルム
CN102250455A (zh) * 2011-06-01 2011-11-23 杭州全兴塑业有限公司 一种聚乳酸(pla)透气薄膜及其制备工艺
CN105431479A (zh) * 2013-08-09 2016-03-23 金伯利-克拉克环球有限公司 用于选择性控制聚合物材料的孔隙率的方法
CN110283343A (zh) * 2019-05-14 2019-09-27 江苏集萃先进高分子材料研究所有限公司 一种高强度高延展性的聚乳酸薄膜材料及其制备方法
CN111907031A (zh) * 2020-07-20 2020-11-10 广东轻工职业技术学院 一种pla/pbat薄膜及制备方法与应用

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3458505B1 (en) * 2016-05-20 2021-04-28 3M Innovative Properties Company Oriented polylactic acid polymer based film

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001064413A (ja) * 1999-08-26 2001-03-13 Unitika Ltd 易引裂性二軸延伸ポリ乳酸系フィルム
CN102250455A (zh) * 2011-06-01 2011-11-23 杭州全兴塑业有限公司 一种聚乳酸(pla)透气薄膜及其制备工艺
CN105431479A (zh) * 2013-08-09 2016-03-23 金伯利-克拉克环球有限公司 用于选择性控制聚合物材料的孔隙率的方法
CN110283343A (zh) * 2019-05-14 2019-09-27 江苏集萃先进高分子材料研究所有限公司 一种高强度高延展性的聚乳酸薄膜材料及其制备方法
CN111907031A (zh) * 2020-07-20 2020-11-10 广东轻工职业技术学院 一种pla/pbat薄膜及制备方法与应用

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Hotsumi Iwasaki等.Controlled Terahertz Birefringence in Stretched Poly(lactic acid) Films Investigated by Terahertz Time-Domain Spectroscopy and Wide-Angle X-ray Scattering.《The Journal of Physical Chemistry B》.2017,第121卷(第28期),6951-6957. *

Also Published As

Publication number Publication date
CN114773644A (zh) 2022-07-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Rianjanu et al. Solvent vapor treatment improves mechanical strength of electrospun polyvinyl alcohol nanofibers
KR102068052B1 (ko) 다공질 탄소 재료, 탄소 재료 강화 복합 재료, 다공질 탄소 재료 전구체, 다공질 탄소 재료 전구체의 제조 방법, 및 다공질 탄소 재료의 제조 방법
CN102030955B (zh) 聚四氟乙烯微孔膜的制造方法
AU2015293084B9 (en) Carbon film for fluid separation, fluid separation film module, and method for producing carbon film for fluid separation
JP6971244B2 (ja) 進化した電池のための熱スイッチ機能付きナノ多孔質ｂｎｎｔ複合材
WO2010120056A2 (en) Method of producing microporous polymer membrane and microporous polymer membrane produced by the method
CN103772902A (zh) 一种具有微纳米双连续多孔结构聚甲醛纳米孔薄膜及其制备方法
Wang et al. Formation of surface morphology in polyacrylonitrile (PAN) fibers during wet-spinning
Gao et al. Effect of spinning speed on microstructures and mechanical properties of polyacrylonitrile fibers and carbon fibers
CN111763426A (zh) 一种生物基聚酰胺双向拉伸薄膜及其制备方法
CN110951106B (zh) 具有纳米多孔结构的溶剂型树脂隔热保温材料及其制备方法
Fang et al. Preparation of high-performance polyimide fibers via a partial pre-imidization process
CN114773644B (zh) 一种低介电常数和高强韧的聚乳酸多孔薄膜及其制备方法
Sun et al. Controllable surficial and internal hierarchical structures of porous poly (L-lactic acid) membranes for hydrophobicity and potential application in oil-water separation
CN1270814C (zh) 用微观相分离方法制备聚偏氟乙烯中空纤维微孔膜的方法
Zhou et al. Porous polyetherimide fiber fabricated by a facile micro-extrusion foaming for high temperature thermal insulation
Alayande et al. Porous and non-porous electrospun fibres from discarded expanded polystyrene
Chen et al. Effect of nanoscale dispersed silica on the fabrication of microporous poly (l-lactic acid) by uniaxial stretching
CN110903620B (zh) 一种全生物降解的串晶化高耐热聚乳酸复合材料及其制备方法
CN106584878A (zh) 一种含有片晶结构的聚苯硫醚微孔膜及其制备方法
CN102825805A (zh) 聚丙烯微孔膜制备方法
RU2647386C1 (ru) Система для промышленного производства пряжи из композиционного полиэтиленнафталатного материала
CN115011093B (zh) 一种可生物降解的高阻隔包装膜及其制备方法和应用
CN116212665A (zh) 一种聚四氟乙烯微孔膜及其功能化制备工艺
Chandran et al. Fabrication and processing methods of fluoropolymer nanocomposites

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant