專利名稱：紅外線加熱制備聚乳酸薄膜的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制備聚乳酸基樹脂薄膜的方法，更具體的說，涉及制備過程中的加熱 方法。
背景技術(shù)：
聚烯烴塑料廣泛的應用于人們的日常生活中，給人們的生活帶來大量的便利，但 應用后的處理也成為全球性的難題。目前主要是焚燒或填埋，但是焚燒會產(chǎn)生大量有害物 質(zhì)，而填埋會導致土壤的污染。隨著對塑料廢棄物造成的環(huán)境問題關(guān)注度的提高，對由酶或 微生物作用而分解的可生物降解塑料的研究日益盛行。聚乳酸以其良好的機械強度和生物降解性能而倍受關(guān)注。聚乳酸的原料可以來源 于植物體，利用發(fā)酵等方法得到單體乳酸，再由單體聚合得到聚乳酸。這種材料應用后丟棄 到自然界可以很快降解為無毒小分子，更為重要的是這類材料擺脫了傳統(tǒng)高分子工業(yè)對石 油化工的高度依賴性。聚乳酸基樹脂在包裝材料方面的研究更是成為熱點，主要是農(nóng)業(yè)用薄膜、商品包 裝薄膜、垃圾袋以及瓶類包裝等制品。但是由于聚乳酸基樹脂的熔體強度很低，難以直接吹 塑，目前主要采用雙軸拉伸的方法制備聚乳酸基樹脂薄膜。W02003/037966公開了利用雙軸拉伸的方法制備聚乳酸基樹脂薄膜，可用于信封 包裝的玻璃窗；CN00814964.X同樣也采用雙軸拉伸的方法制備了聚乳酸基樹脂薄膜，可用 于密封的單層包裝。但是雙軸拉伸設備價格昂貴，過程控制復雜，這在一定程度上也提高了 聚乳酸薄膜的成本，使得這種環(huán)境友好型材料的推廣受到限制。JP2008-120865報道了的一種雙膜泡法制備聚乳酸薄膜，雖然可以簡化工藝，降低 生產(chǎn)成本，但是由于聚乳酸基樹脂導熱系數(shù)很低，且模量對溫度非常敏感，小范圍的溫度的 變化，將導致聚乳酸基樹脂薄膜的大幅波動。所以采用通常的空氣加熱方法加熱效率極低， 難以實現(xiàn)聚乳酸薄膜的穩(wěn)定制備。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種紅外線加熱制備聚乳酸薄膜的方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)存 在的上述缺陷。本發(fā)明的方法包括如下步驟將聚乳酸基樹脂制備成為坯管，然后將其通過紅外 線輻射加熱至60 120°C，再通氣吹脹，最后將吹脹獲得的薄膜進行熱處理，得到所述的聚 乳酸基樹脂薄膜。所述坯管的制備為現(xiàn)有技術(shù)，如專利JP2008-120865報道的方法；將所述坯管再次吹脹，獲得的薄膜的方法，坯管再次吹脹也為現(xiàn)有技術(shù)，如 JP2008-120865報道的方法，本發(fā)明的特征在于，將坯管采用紅外線輻射的方式加熱，以克 服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷；按照本發(fā)明，采用的紅外線的波長為3μπι 17μπι;
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優(yōu)選的，紅外線的波長為3μπι 5μπι;優(yōu)選的，紅外線的波長為4μπι 12μπι;優(yōu)選的，紅外線的波長為12μπι 17μπι;紅外線可以采用市售的紅外線裝置獲得，如上海彩融經(jīng)貿(mào)發(fā)展有限公司的 IRI90015IRI90045等型號的紅外線發(fā)生裝置。聚乳酸坯管的加熱可以是紅外線輻射加熱，或者是紅外加熱環(huán)境介質(zhì)后，再傳導 熱給聚乳酸坯管。所述的聚乳酸薄膜橫向拉伸比為1 10，縱向拉伸比為1 10 ；聚乳酸薄膜厚度 范圍為0. 002mm 0. 5_?？v向拉伸倍率和橫向拉伸倍率的定義如下縱向拉伸倍率=(拉伸后薄膜的縱向牽引速度)/(拉伸前薄膜的縱向牽引速度)橫向拉伸倍率=(拉伸后薄膜的寬度)/(拉伸前薄膜的寬度)；所述的聚乳酸薄膜在吹脹成型后，需要在60 140°C下熱處理0 30分鐘。所述的聚乳酸基樹脂為聚乳酸，或者是聚乳酸與其他可生物降解樹脂和添加劑的 共混材料；所述的聚乳酸為L-乳酸均聚物、D-乳酸均聚物或L，D-乳酸共聚物中的一種以 上；L，D-乳酸共聚物中，L-乳酸的重量含量為20 %以上，聚乳酸的重均分子量為10，000 2，000，000 ；所述的其他可生物降解樹脂包括聚己內(nèi)酯、聚乙交酯、聚丁二酸丁二醇酯、聚羥基 丁酸、聚羥基丁酸_羥基戊酸共聚物或聚羥基辛酸_羥基乙酸共聚物中的一種以上；所述的添加劑包括增塑劑、增韌劑或填料中的一種以上；所述增塑劑選自三乙酸甘油酯或檸檬酸三乙酯等；所述增韌劑優(yōu)選聚己二酸甘油酯或聚癸二酸甘油酯等；所述填料為無機或有機填料，如碳酸鈣，二氧化硅、淀粉或纖維素等。聚乳酸與其他可生物降解樹脂和添加劑的共混材料中，聚乳酸的重量百分比為 50% 100%，其他可生物降解樹脂的重量百分比為0 50%，添加劑的重量份數(shù)為0 50% 按照IS06721標準塑料動態(tài)機械性能的測試方法，所述的聚乳酸基樹脂在0 120°C范圍內(nèi)貯存模量E'的最小值低于lOOMPa，更優(yōu)化的貯存模量E'的最小值低于 50MPa。本發(fā)明將坯管在波長為3 μ m 17 μ m的紅外線中，利用輻射加熱的方式加熱，滿 足了聚乳酸吹塑對溫度穩(wěn)定性的苛刻要求，使得生產(chǎn)穩(wěn)定性大大提高，聚乳酸薄膜的厚度 可以大大降低，并大幅提高了加熱效率，降低了能耗，而薄膜厚度的大幅下降可降低聚乳酸 薄膜的成本，促進此類環(huán)境友好型材料的廣泛應用。本發(fā)明工藝方法簡單，成本低廉，可有 效促進環(huán)保型聚乳酸制品的廣泛應用。
具體實施例方式下面將列舉實施例，但是本發(fā)明不受這些實施例的任何限制。首先說明實施例的 具體測試方法。
儲存彈性模量E’ 按照IS06721標準塑料動態(tài)機械性能的方法測試。拉伸強度和斷裂伸長率根據(jù)ASTM D882測量膜在縱向和橫向的拉伸強度和斷裂 伸長率。熱收縮率將薄膜樣品沿縱向、橫向分別切出140mm(寬度10mm)，在其間加入 IOOmm間隔的標線，在80°C的溫水浴中浸漬5分鐘，計算其標線的尺寸，用下式計算熱收縮率。熱收縮率(％)=[(收縮前尺寸-收縮后尺寸)]/(收縮前的尺寸)X 100厚度測量對所得薄膜用千分表測點沿寬度方向等間隔10點，沿長度方向以 500mm間隔20點總共200點的厚度，求出其厚度平均值⑴和標準偏差(6 )，求出(3 6 / X)X100(%)o將該值小于15%的產(chǎn)品作為具有良好厚度的產(chǎn)品，標記為(0)，15%以上的 產(chǎn)品記為(Χ)。實施例1將重均分子量為15萬的L-乳酸均聚物和三乙酸甘油酯按照重量比為100 10 的比例在雙螺桿擠出機上擠出共混，切粒，加入到單螺桿擠出機中150°C下擠出成坯管，坯 管進入到波長為3 μ m 5 μ m紅外線加熱器中加熱至75°C，通氣吹脹制備聚乳酸薄膜。薄 膜在110°C下熱處理30秒，得到厚度為25 μ m的薄膜。薄膜的橫向和縱向拉伸比及其性能 如表1所示。實施例2將重均分子量為20萬的D，L-乳酸共聚物(L-乳酸97% )、檸檬酸三乙酯以及聚 己內(nèi)酯按照重量比為100 10 10的比例在雙螺桿擠出機上擠出共混，切粒，加入到單螺 桿擠出機中150°c下擠出成坯管，坯管進入到波長為4μπι 12μπι紅外線加熱器中加熱至 750C，并且通氣吹脹制膜，薄膜在140°C下熱處理20秒，得到厚度為2 μ m的薄膜。薄膜的橫 向和縱向拉伸比及其性能如表1所示。實施例3將重均分子量為15萬的L-乳酸均聚物、聚癸二酸甘油酯以及二氧化硅按照重量 比為100 10 5的比例在雙螺桿擠出機上擠出共混，切粒，加入到單螺桿擠出機中150°C 下擠出成坯管，坯管進入到波長為3 μ m 5 μ m紅外線加熱器中加熱至85°C，并且通氣吹脹 制膜，薄膜在80°C下熱處理60秒，得到厚度為8 μ m的薄膜。薄膜的橫向和縱向拉伸比及其 性能如表1所示。實施例4將重均分子量為15萬的D-乳酸均聚物、聚己二酸甘油酯以及淀粉按照重量比為 100 10 15的比例在雙螺桿擠出機上擠出共混，切粒，加入到單螺桿擠出機中150°C下 擠出成坯管，坯管進入到波長為12 μ m 17 μ m紅外線加熱器中加熱至60°C，并且通氣吹脹 制膜，薄膜在60°C下熱處理30分鐘，得到厚度為40 μ m的薄膜。薄膜的橫向和縱向拉伸比 及其性能如表1所示。實施例5將重均分子量為15萬的L-乳酸均聚物和三乙酸甘油酯按照重量比為100 10 的比例在雙螺桿擠出機上擠出共混，切粒，加入到單螺桿擠出機中150°C下擠出成坯管，坯 管進入到波長為3 μ m 5 μ m紅外線加熱器中加熱至120°C，并且通氣吹脹制膜，薄膜在130°C下熱處理10分鐘，得到厚度為25μπι的薄膜。薄膜的橫向和縱向拉伸比及其性能如 表1所示。比較例1將重均分子量為15萬的L-乳酸均聚物和三乙酸甘油酯按照重量比為100 10 的比例在雙螺桿擠出機上擠出共混，切粒，加入到單螺桿擠出機中150°C下擠出成坯管，坯 管進入到波長為3 μ m 5 μ m紅外線加熱器中加熱至75°C，通氣吹脹制膜，薄膜在110°C下 熱處理30秒，得到厚度為25 μ m的薄膜。薄膜的橫向和縱向拉伸比及其性能如表1所示。表 1 由實施例1 5和對比實施例1的數(shù)據(jù)可見，采用紅外線加熱法可以連續(xù)均勻地 制備出聚乳酸基樹脂薄膜，而采用傳統(tǒng)氣相加熱的方法無法均勻的制備出聚乳酸基樹脂薄 膜，薄膜的厚度精度很差，且缺陷較多。所以與氣相加熱的方法比較，紅外線加熱的方法制 備薄膜的生產(chǎn)過程和產(chǎn)品質(zhì)量更加穩(wěn)定可靠。
權(quán)利要求
紅外線加熱制備聚乳酸薄膜的方法，其特征在于，包括如下步驟將聚乳酸基樹脂制備成為坯管，然后將其通過紅外線輻射加熱至60～120℃，再通氣吹脹，最后將吹脹獲得的薄膜進行熱處理，得到所述的聚乳酸基樹脂薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，紅外線的波長為3μ m 17 μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，紅外線的波長為3μ m 5 μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，紅外線的波長為4μπι 12μπι;。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，紅外線的波長為12μ m 17 μ m。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的聚乳酸薄膜橫向拉伸比為1 10， 縱向拉伸比為1 10 ；聚乳酸薄膜厚度范圍為0. 002mm 0. 5mm，所述的聚乳酸薄膜在吹脹 成型后，在60 140°C下熱處理0 30分鐘。
7.根據(jù)權(quán)利要求1 6任一項所述的方法，其特征在于，所述的聚乳酸基樹脂為聚乳 酸，或者是聚乳酸與其他可生物降解樹脂和添加劑的共混材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述的聚乳酸為L-乳酸均聚物、D-乳酸 均聚物或L，D-乳酸共聚物中的一種以上；L，D-乳酸共聚物中，L-乳酸的重量含量為20% 以上，聚乳酸的重均分子量為10，000 2，000, 000。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述的其他可生物降解樹脂包括聚己內(nèi) 酯、聚乙交酯、聚丁二酸丁二醇酯、聚羥基丁酸、聚羥基丁酸-羥基戊酸共聚物或聚羥基辛 酸-羥基乙酸共聚物中的一種以上；所述的添加劑包括增塑劑、增韌劑或填料中的一種以上；所述增塑劑選自三乙酸甘油酯或檸檬酸三乙酯等；所述增韌劑優(yōu)選聚己二酸甘油酯或聚癸二酸甘油酯等；所述填料為無機或有機填料，如碳酸鈣，二氧化硅、淀粉或纖維素等；聚乳酸與其他可生物降解樹脂和添加劑的共混材料中，聚乳酸的重量百分比為50% 100%，其他可生物降解樹脂的重量百分比為0 50%，添加劑的重量份數(shù)為0 50%。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，按照IS06721標準塑料動態(tài)機械性能的 測試方法，所述的聚乳酸基樹脂在0 120°C范圍內(nèi)貯存模量E'的最小值低于lOOMPa，更 優(yōu)化的貯存模量E'的最小值低于50MPa。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種紅外線加熱制備聚乳酸薄膜的方法，包括如下步驟將聚乳酸基樹脂制備成為坯管，然后將其通過紅外線輻射加熱至60～120℃，再通氣吹脹，最后將吹脹獲得的薄膜進行熱處理，得到所述的聚乳酸基樹脂薄膜。本發(fā)明將坯管在波長為3μm～17μm的紅外線中，利用輻射加熱的方式加熱，滿足了聚乳酸吹塑對溫度穩(wěn)定性的苛刻要求，使得生產(chǎn)穩(wěn)定性大大提高，聚乳酸薄膜的厚度可以大大降低，并大幅提高了加熱效率，降低能耗，而薄膜厚度的大幅下降可降低聚乳酸薄膜的成本，促進此類環(huán)境友好型材料的廣泛應用。本發(fā)明工藝方法簡單，成本低廉，可有效促進環(huán)保型聚乳酸制品的廣泛應用。
文檔編號B29B13/08GK101927565SQ20091005355
公開日2010年12月29日 申請日期2009年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月22日
發(fā)明者李勇鋒, 程樹軍 申請人:上海華義化工科技有限公司