一種高結(jié)晶度雙向高力學(xué)強(qiáng)度的聚乳酸薄膜的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種高強(qiáng)度薄膜的制備方法，具體涉及一種高結(jié)晶度雙向高力學(xué)強(qiáng)度 的聚乳酸薄膜的制備方法，屬于樹(shù)脂薄膜制備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著石化資源的枯竭和大量塑料廢棄物的產(chǎn)生，環(huán)境和資源問(wèn)題日益嚴(yán)重，具有 生物質(zhì)來(lái)源和易被微生物或活性酶分解的脂肪族聚酯，如聚乳酸等可降解聚合物廣受研宄 人員的關(guān)注。聚乳酸是以乳酸為主要原料聚合得到的聚合物，原料來(lái)源充分而且可以再生， 聚乳酸的生產(chǎn)過(guò)程無(wú)污染，而且產(chǎn)品可以生物降解，實(shí)現(xiàn)在自然界中的循環(huán)，因此是理想的 綠色高分子材料。聚乳酸的熱穩(wěn)定性好，有好的抗溶劑性，可用多種方式進(jìn)行加工，如擠壓、 紡絲、雙軸拉伸、注射吹塑，由聚乳酸制成的產(chǎn)品除能生物降解外，生物相容性、光澤度、透 明性、手感和耐熱性好，具有一定的抗菌性、阻燃性和抗紫外性，因此用途十分廣泛，可用作 包裝材料、纖維和非織造物等，主要用于服裝、建筑、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、造紙產(chǎn)業(yè)和醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng) 域。
[0003] 聚乳酸可通過(guò)乳酸的直接縮聚或丙交酯的開(kāi)環(huán)聚合方法獲得，縮合方法制備的聚 乳酸相對(duì)分子量偏低，開(kāi)環(huán)聚合方法可以獲得高分子量、窄分子量分布的聚乳酸。目前，聚 乳酸被廣泛應(yīng)用在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，如藥物載體、人造血管、組織工程支架或防粘膜等，除此 之外，也在服裝、餐飲、包裝等領(lǐng)域有一定應(yīng)用。
[0004] 相較聚烯烴或聚酯材料而言，聚乳酸膜的雙向拉伸倍率僅有2~4倍，同時(shí)存在結(jié) 晶度偏低、耐熱性差、易發(fā)生脆性斷裂等問(wèn)題。在制造聚乳酸薄膜時(shí)是需要添加一定的成核 劑誘導(dǎo)聚乳酸結(jié)晶，如專利W090/01521、W0 92/04413、W02003057781等提及的無(wú)機(jī)物如硅 石、碳酸鈣等無(wú)機(jī)物或苯甲酸鹽，磷酸酰肼、腙、山梨糖醇化合物、芳香族羧酸酰胺化合物等 有機(jī)物；當(dāng)然也有部分專利提及使用左旋聚乳酸和右旋聚乳酸合金的方法，通過(guò)共結(jié)晶獲 得高熔點(diǎn)的聚乳酸膜，這方面已有專利特開(kāi)平9-25400、特開(kāi)2000-17164等報(bào)道。在提高韌 性的方面主要有以下幾大方面，主要是添加增塑劑，如聚乙烯醇，聚丙烯醇，低分子量的聚 乳酸等，在此方面已有 JP-2000-26623、US5676983 A、JP-96-1999052、W02004000939 等專 利給出了詳細(xì)的技術(shù)方案；同時(shí)在專利CN101121781、CN1793227中給出了利用聚乳酸和聚 碳酸酯或丙烯腈-苯乙烯共聚物，在擠出過(guò)程中發(fā)生酯交換反應(yīng)，而提高熔體流動(dòng)性和透 明度的技術(shù)方案。但截至目前，尚未有簡(jiǎn)單的方法提高聚乳酸高結(jié)晶度和雙向高力學(xué)強(qiáng)度 的制造技術(shù)方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種熔融拉伸法制備聚乳酸薄膜的方 法，成膜的原理是將聚乳酸樹(shù)脂在擠出流延熔體拉伸應(yīng)力場(chǎng)中形成有序結(jié)晶的垂直交叉結(jié) 晶結(jié)構(gòu)，在熔體拉伸中誘導(dǎo)聚乳酸結(jié)晶，并利用其相互垂直的結(jié)晶結(jié)構(gòu)獲得單軸拉伸的雙 向高強(qiáng)度聚乳酸薄膜。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為： 一種高結(jié)晶度雙向高力學(xué)強(qiáng)度的聚乳酸薄膜的制備方法，包括如下步驟： (1) 將聚乳酸樹(shù)脂烘干，用單螺桿擠出機(jī)擠出，擠出口模溫度控制在175~225°C ; (2) 利用熔體拉伸技術(shù)，獲得一定熔體拉伸比的薄膜，聚乳酸出口模后用風(fēng)冷技術(shù)使熔 體迅速降溫，冷卻風(fēng)量范圍是40~300m3/h; (3) 將上述半冷卻的聚乳酸熔體通過(guò)一個(gè)流延輥和一個(gè)冷卻輥，獲得具有一定結(jié)晶結(jié) 構(gòu)的流延膜，成膜時(shí)擠出速度、流延輥和冷卻輥的轉(zhuǎn)速是不等速的，利用熔體擠出口模速度 和流延輥線速度的速度差產(chǎn)生熔體拉伸，利用流延輥線速度和冷卻輥線速度的速度差產(chǎn)生 二次固態(tài)拉伸，收卷成膜后即可獲得具有高結(jié)晶度雙向高力學(xué)強(qiáng)度的聚乳酸薄膜。
[0007] 所述的聚乳酸樹(shù)脂為左旋聚乳酸或右旋聚乳酸樹(shù)脂中的一種，分子量在20 ~150 kg/mol； 所述流延輥的溫度控制在50~100°C; 所述冷卻輥的溫度控制在_20~60°C; 所述的熔體擠出口模速度和流延輥線速度的速度比范圍是1:5~1:200; 所述的流延輥線速度和冷卻輥線速度的速度比范圍是1:1. 〇2~1:5. 2。
[0008] 本發(fā)明的有益效果是：與現(xiàn)有的聚乳酸薄膜制備方法相比，擠出流延-熔體拉伸 法在生產(chǎn)過(guò)程中無(wú)需添加任何助劑，免除助劑對(duì)聚乳酸薄膜的透明性的影響；同時(shí)利用單 軸拉伸的方法獲得垂直交叉結(jié)晶結(jié)構(gòu)的薄膜，在未進(jìn)行橫向拉伸的時(shí)候即可產(chǎn)生較高的橫 向拉伸強(qiáng)度，同時(shí)利用熔體拉伸過(guò)程使聚乳酸產(chǎn)生較高的結(jié)晶度，具有連續(xù)性好、工藝簡(jiǎn) 單、安全環(huán)保等特點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0009] 圖1高結(jié)晶度雙向高力學(xué)強(qiáng)度的聚乳酸薄膜的生產(chǎn)方法流程圖； 圖2實(shí)施例4聚乳酸薄膜的偏光顯微鏡圖； 圖3實(shí)施例4聚乳酸薄膜的DSC曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010] 下面通過(guò)實(shí)例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，這些實(shí)例僅用來(lái)說(shuō)明本發(fā)明，并不限 制本發(fā)明的范圍。
[0011] 實(shí)施例1 將分子量20Kg/mol的左旋聚乳酸樹(shù)脂烘干后加入到擠出流延機(jī)，模頭溫度為175°C， 冷卻風(fēng)量為40m3/h，流延輥溫度為50°C，冷卻輥溫度為_(kāi)20°C，擠出時(shí)，熔體拉伸階段，熔體 擠出速度和流延輥線速度之比為1:5,固相拉伸階段，流延輥和冷卻輥線速度的比值為1: 5. 2,收卷即獲得高結(jié)晶度雙向高力學(xué)強(qiáng)度的聚乳酸薄膜，薄膜整體性能較好。
[0012] 實(shí)施例2 將分子量150Kg/mol的右旋聚乳酸樹(shù)脂烘干后加入到擠出流延機(jī)，模頭溫度為225°C， 冷卻風(fēng)量為300m3/h，流延輥溫度為100°C，冷卻輥溫度為60°C，擠出時(shí)，熔體拉伸階段，熔 體擠出速度和流延輥線速度之比為1:200,固相拉伸階段，流延輥和冷卻輥線速度的比值為 1 :1. 02,收卷即獲得高結(jié)晶度雙向高力學(xué)強(qiáng)度的聚乳酸薄膜，薄膜整體性能較好。
[0013] 實(shí)施例3 將分子量40Kg/mol的左旋聚乳酸樹(shù)脂烘干后加入到擠出流延機(jī)，模頭溫度為190°C， 冷卻風(fēng)量為60m3/h，流延輥溫度為70°C，冷卻輥溫度為40°C，擠出時(shí)，熔體拉伸階段，熔體 擠出速度和流延輥線速度之比為1:160,固相拉伸階段，流延輥和冷卻輥線速度的比值為 1 :2. 7,收卷即獲得高結(jié)晶度雙向高力學(xué)強(qiáng)度的聚乳酸薄膜，薄膜整體性能較好。
[0014] 實(shí)施例4 將分子量60Kg/mol的左旋聚乳酸樹(shù)脂烘干后加入到擠出流延機(jī)，模頭溫度為200°C， 冷卻風(fēng)量為80m3/h，流延輥溫度為60°C，冷卻輥溫度為40°C，擠出時(shí)，熔體拉伸階段，熔體 擠出速度和流延輥線速度之比為1:80,固相拉伸階段，流延輥和冷卻輥線速度的比值為1 : 3. 2,收卷即獲得高結(jié)晶度雙向高力學(xué)強(qiáng)度的聚乳酸薄膜，薄膜整體性能最佳。
[0015] 實(shí)施例5 將分子量80Kg/mol的左旋聚乳酸樹(shù)脂烘干后加入到擠出流延