一种高结晶度双向高力学强度的聚乳酸薄膜的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种高强度薄膜的制备方法，具体涉及一种高结晶度双向高力学强度 的聚乳酸薄膜的制备方法，属于树脂薄膜制备技术领域。
【背景技术】
[0002] 随着石化资源的枯竭和大量塑料废弃物的产生，环境和资源问题日益严重，具有 生物质来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广受研宄 人员的关注。聚乳酸是以乳酸为主要原料聚合得到的聚合物，原料来源充分而且可以再生， 聚乳酸的生产过程无污染，而且产品可以生物降解，实现在自然界中的循环，因此是理想的 绿色高分子材料。聚乳酸的热稳定性好，有好的抗溶剂性，可用多种方式进行加工，如挤压、 纺丝、双轴拉伸、注射吹塑，由聚乳酸制成的产品除能生物降解外，生物相容性、光泽度、透 明性、手感和耐热性好，具有一定的抗菌性、阻燃性和抗紫外性，因此用途十分广泛，可用作 包装材料、纤维和非织造物等，主要用于服装、建筑、农业、林业、造纸产业和医疗卫生等领 域。
[0003] 聚乳酸可通过乳酸的直接缩聚或丙交酯的开环聚合方法获得，缩合方法制备的聚 乳酸相对分子量偏低，开环聚合方法可以获得高分子量、窄分子量分布的聚乳酸。目前，聚 乳酸被广泛应用在生物医学领域，如药物载体、人造血管、组织工程支架或防粘膜等，除此 之外，也在服装、餐饮、包装等领域有一定应用。
[0004] 相较聚烯烃或聚酯材料而言，聚乳酸膜的双向拉伸倍率仅有2~4倍，同时存在结 晶度偏低、耐热性差、易发生脆性断裂等问题。在制造聚乳酸薄膜时是需要添加一定的成核 剂诱导聚乳酸结晶，如专利W090/01521、W0 92/04413、W02003057781等提及的无机物如硅 石、碳酸钙等无机物或苯甲酸盐，磷酸酰肼、腙、山梨糖醇化合物、芳香族羧酸酰胺化合物等 有机物；当然也有部分专利提及使用左旋聚乳酸和右旋聚乳酸合金的方法，通过共结晶获 得高熔点的聚乳酸膜，这方面已有专利特开平9-25400、特开2000-17164等报道。在提高韧 性的方面主要有以下几大方面，主要是添加增塑剂，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 等专 利给出了详细的技术方案；同时在专利CN101121781、CN1793227中给出了利用聚乳酸和聚 碳酸酯或丙烯腈-苯乙烯共聚物，在挤出过程中发生酯交换反应，而提高熔体流动性和透 明度的技术方案。但截至目前，尚未有简单的方法提高聚乳酸高结晶度和双向高力学强度 的制造技术方案。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种熔融拉伸法制备聚乳酸薄膜的方 法，成膜的原理是将聚乳酸树脂在挤出流延熔体拉伸应力场中形成有序结晶的垂直交叉结 晶结构，在熔体拉伸中诱导聚乳酸结晶，并利用其相互垂直的结晶结构获得单轴拉伸的双 向高强度聚乳酸薄膜。
[0006] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案为： 一种高结晶度双向高力学强度的聚乳酸薄膜的制备方法，包括如下步骤： (1) 将聚乳酸树脂烘干，用单螺杆挤出机挤出，挤出口模温度控制在175~225°C ; (2) 利用熔体拉伸技术，获得一定熔体拉伸比的薄膜，聚乳酸出口模后用风冷技术使熔 体迅速降温，冷却风量范围是40~300m3/h; (3) 将上述半冷却的聚乳酸熔体通过一个流延辊和一个冷却辊，获得具有一定结晶结 构的流延膜，成膜时挤出速度、流延辊和冷却辊的转速是不等速的，利用熔体挤出口模速度 和流延辊线速度的速度差产生熔体拉伸，利用流延辊线速度和冷却辊线速度的速度差产生 二次固态拉伸，收卷成膜后即可获得具有高结晶度双向高力学强度的聚乳酸薄膜。
[0007] 所述的聚乳酸树脂为左旋聚乳酸或右旋聚乳酸树脂中的一种，分子量在20 ~150 kg/mol； 所述流延辊的温度控制在50~100°C; 所述冷却辊的温度控制在_20~60°C; 所述的熔体挤出口模速度和流延辊线速度的速度比范围是1:5~1:200; 所述的流延辊线速度和冷却辊线速度的速度比范围是1:1. 〇2~1:5. 2。
[0008] 本发明的有益效果是：与现有的聚乳酸薄膜制备方法相比，挤出流延-熔体拉伸 法在生产过程中无需添加任何助剂，免除助剂对聚乳酸薄膜的透明性的影响；同时利用单 轴拉伸的方法获得垂直交叉结晶结构的薄膜，在未进行横向拉伸的时候即可产生较高的横 向拉伸强度，同时利用熔体拉伸过程使聚乳酸产生较高的结晶度，具有连续性好、工艺简 单、安全环保等特点。
【附图说明】
[0009] 图1高结晶度双向高力学强度的聚乳酸薄膜的生产方法流程图； 图2实施例4聚乳酸薄膜的偏光显微镜图； 图3实施例4聚乳酸薄膜的DSC曲线图。
【具体实施方式】
[0010] 下面通过实例对本发明做进一步详细说明，这些实例仅用来说明本发明，并不限 制本发明的范围。
[0011] 实施例1 将分子量20Kg/mol的左旋聚乳酸树脂烘干后加入到挤出流延机，模头温度为175°C， 冷却风量为40m3/h，流延辊温度为50°C，冷却辊温度为_20°C，挤出时，熔体拉伸阶段，熔体 挤出速度和流延辊线速度之比为1:5,固相拉伸阶段，流延辊和冷却辊线速度的比值为1: 5. 2,收卷即获得高结晶度双向高力学强度的聚乳酸薄膜，薄膜整体性能较好。
[0012] 实施例2 将分子量150Kg/mol的右旋聚乳酸树脂烘干后加入到挤出流延机，模头温度为225°C， 冷却风量为300m3/h，流延辊温度为100°C，冷却辊温度为60°C，挤出时，熔体拉伸阶段，熔 体挤出速度和流延辊线速度之比为1:200,固相拉伸阶段，流延辊和冷却辊线速度的比值为 1 :1. 02,收卷即获得高结晶度双向高力学强度的聚乳酸薄膜，薄膜整体性能较好。
[0013] 实施例3 将分子量40Kg/mol的左旋聚乳酸树脂烘干后加入到挤出流延机，模头温度为190°C， 冷却风量为60m3/h，流延辊温度为70°C，冷却辊温度为40°C，挤出时，熔体拉伸阶段，熔体 挤出速度和流延辊线速度之比为1:160,固相拉伸阶段，流延辊和冷却辊线速度的比值为 1 :2. 7,收卷即获得高结晶度双向高力学强度的聚乳酸薄膜，薄膜整体性能较好。
[0014] 实施例4 将分子量60Kg/mol的左旋聚乳酸树脂烘干后加入到挤出流延机，模头温度为200°C， 冷却风量为80m3/h，流延辊温度为60°C，冷却辊温度为40°C，挤出时，熔体拉伸阶段，熔体 挤出速度和流延辊线速度之比为1:80,固相拉伸阶段，流延辊和冷却辊线速度的比值为1 : 3. 2,收卷即获得高结晶度双向高力学强度的聚乳酸薄膜，薄膜整体性能最佳。
[0015] 实施例5 将分子量80Kg/mol的左旋聚乳酸树脂烘干后加入到挤出流延