一种具有良好韧性的双向拉伸聚乳酸薄膜及其制备方法与流程

本发明属于薄膜软包装，具体涉及一种具有良好韧性的双向拉伸聚乳酸薄膜及其制备方法。

背景技术：

1、在包装领域，塑料制品的应用给人们的生活带来了极大的方便。塑料包装成为人类生存、社会发展不可或缺的一种包装材料。在提供巨大便利的同时，废旧包装制品的回收处理也让人格外头疼。由于普通塑料的不可降解性，处理废旧塑料制品时，一般只能通过焚烧或填埋进行处理，但焚烧过程会产生大量的有毒有害气体，而填埋处理会占用大量的土地，影响农作物耕种，且被占用的土地长期得不到恢复，影响土地的可持续利用。随着塑料包装用品使用量的逐年增加，环境污染问题更加突出。因此，实现塑料包装制品的环境友好性和其可持续发展成为当前具有吸引力同时又富有挑战性的工作。

2、可降解包装材料既具有传统塑料的功能和特性，又可在一定条件下(如温度和湿度)，在土壤、水中的微生物或在太阳光中的紫外线照射下，逐步分裂降解及还原为二氧化碳和水，然后以无毒害的方式重新进入生态系统。因此，推广和使用可降解塑料制品显得尤为迫切，是当前解决“白色污染”问题有效的方法。

3、目前，实现可降解的途径丰富，包括光降解、光生物降解、光氧化生物降解、高淀粉含量生物降解和全生物降解等，且材质也不同，如淀粉基生物材料、pbs、pbat、pla等。在这些材料类别中，聚乳酸(pla)作为一款商业化应用比较成熟的产品，它是一种完全生物基的可降解材料，聚乳酸的力学强度大，但韧性差，无法满足实际的包装需求。

4、因此，如何获得一种具有良好韧性的双向拉伸聚乳酸薄膜，成为当前亟待解决的问题。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明提供了一种具有良好韧性的双向拉伸聚乳酸薄膜及其制备方法，该具有良好韧性的双向拉伸聚乳酸薄膜不仅具有优异的韧性，而且力学性能好，完全可生物降解，适用于食品、药品、日化品、医疗器械等包装领域。

2、本发明采用以下技术方案：

3、一种具有良好韧性的双向拉伸聚乳酸薄膜，所述具有良好韧性的双向拉伸聚乳酸薄膜包括上表层、中间层和下表层；按质量份数计，所述中间层由25～89份的聚乳酸、1～15份的含硅环氧化腰果酚-甲基丙烯酸缩水甘油酯聚合物和10～60份的聚乳酸嵌段共聚物组成，所述上表层和下表层均由25～88份的聚乳酸、1～15份的含硅环氧化腰果酚-甲基丙烯酸缩水甘油酯聚合物、10～50份的聚乳酸嵌段共聚物和1～10份的功能母粒组成。

4、优选地，所述含硅环氧化腰果酚-甲基丙烯酸缩水甘油酯聚合物的具体制备方法为：

5、s1a、将质量份数为100～200份的腰果酚溶解在100～600份的氯苯中，然后加入50～100份的乙二酸，接着分多次加入20～120份质量浓度为20％～40％的过氧化氢水溶液，升温至40～80℃，在氯苯回流条件下反应2～12小时；

6、s2a、分离出有机物，先用碱性饱和水溶液洗涤1～5次，接着用蒸馏水洗涤1～6次，在旋转蒸发器中通过减压除去溶剂，把所得产物在50～80℃的真空条件下干燥1～5小时，即得到环氧化腰果酚；

7、s3a、将质量份数为100～200份的环氧化腰果酚、10～100份的2-溴-1-丁烯和50～400份的氢氧化镁加入反应器，并在温度为20～80℃的条件下反应6～30小时，然后经过滤、分离、提纯、干燥得到烷基化环氧腰果酚；

8、s4a、按质量份数将100～300份的烷基化环氧腰果酚、0.1～5份的六氯铂酸、10～80份苯基三乙氧基硅烷和1～10份的甲基丙烯酸缩水甘油酯在50～80℃反应1～16小时，制得含硅环氧化腰果酚-甲基丙烯酸缩水甘油酯聚合物。

9、优选地，所述聚乳酸嵌段共聚物的具体制备方法为：

10、s1b、将质量份数为100～200份的乳酸和10～500份的环己烷加入蒸馏瓶，控制温度在100～150℃，蒸馏时间2～20小时得到蒸馏物a，并使其含水率在3wt％以下；

11、s2b、将质量份数为96～99.98份的蒸馏物a、0.01～1份的催化剂、0.01～3份的稳定剂加入反应釜，通入n2或惰性气体，并循环2～6次，同时开启搅拌浆，搅拌速度控制在50～250r/min，升温至150～210℃，在压力为1～1500pa的条件下熔融缩聚5～30小时，得到预聚物b；

12、s3b、将质量份数为30～79份的预聚物b、20～50份的6-己内酯和1～20份的甲基丙烯酸羟乙酯加入反应釜，通入n2或惰性气体，并循环2～6次，同时开启搅拌浆，搅拌速度控制在50～350r/min，升温至130～185℃，在压力为1～800pa条件下反应10～60小时，得到嵌段预聚物c；

13、s4b、将嵌段预聚物c依次用丙酮溶解、乙醇沉淀洗涤、蒸馏水洗涤，在30～60℃条件下真空干燥得到白色粉末状聚乳酸嵌段共聚物。

14、优选地，步骤s2b中的所述催化剂为zn(no3)2、zn(clo4)2、zn(bf4)2、丙二酸、壬二酸、十九烷二酸、邻苯二甲酸、间苯二甲酸、戊二酸酐中的任意一种或至少两种以任意比例的混合物。

15、优选地，步骤s2b中的所述稳定剂为亚磷酸。

16、优选地，按质量份数计，所述功能母粒包括0.5～8份的润滑剂、3～10份的开口剂、0.5～5份的抗氧剂和77～96份聚乳酸；所述润滑剂为芥酸酰胺、油酸酰胺中的一种或两种；所述开口剂为二氧化硅、碳酸钙、硅藻土、滑石粉中的一种或多种；所述抗氧剂为亚磷酸酯类、酚类中的一种或多种的混合物；所述功能母料通过双螺杆挤出机在145～200℃的温度下熔融挤出、拉条、冷却、抽粒和干燥后得到。

17、优选地，所述具有良好韧性的双向拉伸聚乳酸薄膜的厚度为15～60μm；其中，上表层和下表层的厚度分别为1～3μm，中间层的厚度为9～58μm。

18、一种具有良好韧性的双向拉伸聚乳酸薄膜的制备方法，具体包括以下步骤：

19、s1c、将原料进行干燥，控制原料的水分含量在100ppm以下；

20、s2c、将上表层、中间层和下表层的原料分别按配方比例混合，并通过高速搅拌机分散均匀，然后通过各自的挤出机在145～200℃的温度下熔融塑化挤出，经过t型模头流出；

21、s3c、采用低压气刀将熔体贴附在冷鼓上形成厚片，其中厚片的厚度为120～550μm，冷鼓的温度为6～30℃；

22、s4c、将厚片浸入15～90℃的水槽中进行预处理；

23、s5c、将厚片加热后采用布鲁克纳磁悬浮同步双向拉伸设备进行聚乳酸薄膜的同步双向拉伸，其中拉伸温度为90～185℃，拉伸倍率为2.5*2.5～3.8*3.8；

24、s6c、将拉伸后的薄膜进行热定型处理，其中定型温度为140～195℃，定型时间为5～50s，然后薄膜进行冷却和电晕后处理，电晕处理功率为8～18wmin/m2，并收卷；

25、s7c、将收卷后的双向拉伸聚乳酸薄膜按要求进行分切，最后得到所述的具有良好韧性的双向拉伸聚乳酸薄膜，薄膜厚度为15～60μm。

26、采用上述技术方案后，本发明与背景技术相比，具有如下优点：

27、1、本发明所制备的具有良好韧性的双向拉伸聚乳酸薄膜，克服了pla本身韧性不足的缺点，含硅环氧化腰果酚-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物中的腰果酚成分中的间位含不饱和双键的碳15直链，能为提供体系良好的韧性，用途广泛、产品外观好，性能良好，且容易加工，生产工艺简单、生产效率高、容易实现工业化；该具有良好韧性的双向拉伸聚乳酸薄膜在自然条件下可完全降解，无毒、无害、卫生，可彻底解决白色污染问题，是一种绿色环保的包装材料，符合环保潮流与趋势。

28、2、本发明通过加入含硅环氧化腰果酚-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物，可以提高薄膜的力学强度、热稳定性以及同与聚乳酸间的相容性；聚乳酸嵌段共聚物中，聚乳酸作为硬段，聚6-己内酯嵌段成分作为软段，软段具有橡胶的弹性，从而为整个体系提供了良好的韧性，同时该成分也具有很好的相容性；通过多种可降解材料的组合与共混，使得各组分间的性能能够实现互补，从而比单组分结构具有更优的性能；通过合理的薄膜层结构设计，使各层功能相互配合，制备得到的薄膜性能更加优良。

29、3、本发明通过合理的配方设计和薄膜层结构设计，使薄膜各功能层和配方之间都实现了良好的相互配合协调，各层和配方之间实现优势互补、强强联合，构成一个不可分割的有机整体，提供一种具有良好韧性、可完全降解、力学强度高和光学性能好的双向拉伸聚乳酸薄膜，广泛应用于各种包装领域。