专利名称：一种韧性聚乳酸薄膜的制备方法
技术领域：
本发明属于高分子材料制备技术领域，涉及一种韧性聚乳酸薄膜的制备方法。
背景技术：
随着人类社会面临的环境污染、资源短缺等问题的不断加剧，绿色可循环、资源可持续发展在世界范围内备受关注，在这样的背景下具有可降解、可再生的生物高分子材料便应运而生，聚乳酸是其中的一种，因其具有无毒、良好生物相容性和组织吸收性，同时可以完全降解成二氧化碳和水。聚乳酸作为一种可降解的材料，具有诸多优点，如聚乳酸具有良好的生物可降解性和相容性，有良好的光泽性和透明度。但聚乳酸也有一些制约其应用的缺点，质脆，没有足够的柔韧性，而且强度和热稳定性也需要改善，所以聚乳酸的合成、力口工、应用以及改性研究是一大热点。目前，在保证聚乳酸现有的使用性能的前提下来提高它的韧性，力学性能以及热稳定性主要采用的方法是物理熔融共混改性的方法。中国专利CN101200578A中提到了一种全降解天然纤维:蒙脱土:聚乳酸复合材料的制备方法，该复合材料由天然纤维、聚乳酸、蒙脱土、抗氧剂和增溶剂组成，该复合材料较之纯聚乳酸而言，在力学性能、阻燃性和热性能方面都有所提高，适用于制备条件要求苛刻的工程塑料。该复合材料在使用废弃后能在自然条件下较快的完全降解。但是该材料仍是属于脆性材料，因此，采用该方法制备的材料在薄膜的应用上受到很大的限制。为了克服聚乳酸本身是脆性这个缺陷，通常采用的方法就是添加增塑剂，将聚乳酸与增塑剂熔融共混得到改性聚乳酸，随着增塑剂含量的增加，聚乳酸最明显的改变就是断裂伸长率明显提高，使聚乳酸薄膜的使用范围得到了拓宽。但是一般增塑剂的添加会使聚乳酸的玻璃化转变温度降低，而且增塑剂含量越多，玻璃化转变温度降低越明显，当增塑剂增加到一定程度后，聚乳酸薄膜的断裂伸长率提高了很多，但是玻璃化转变温度太低，降到了室温以下，这从另一个方面又限制了聚乳酸薄膜的使用范围
发明内容
`本发明的目的是提供一种韧性聚乳酸薄膜的制备方法，解决了现有技术中存在的聚乳酸薄膜的断裂伸长率和玻璃化转变温度两个性能指标不能同时兼顾的问题。本发明所采用的技术方案是，一种韧性聚乳酸薄膜的制备方法，包括以下步骤:步骤1、按照以下重量百分比称取各个组分:聚乳酸为80%_90%，两种增塑剂合计为10%-20%，总重量为100% ;另外，再按照每100份聚乳酸:两种增塑剂的混合料称取0.5-5份蒙脱土和0.5-3份抗氧化剂；将聚乳酸和蒙脱土在55_75°C干燥箱中干燥处理8-16小时，除去水分；步骤2、先将两种增塑剂进行混合，混合后与聚乳酸和蒙脱土进行混合，最后再与抗氧化剂进行混合，制成母料；步骤3、将步骤2得到的母料，利用双螺杆挤出机进行反应挤出，物料挤出后经冷却水槽冷却、切粒、干燥后得到聚乳酸-蒙脱土 -两种增塑剂复合材料，再将复合材料作为母料制得聚乳酸薄膜，即成。本发明的有益效果是，添加增塑剂后可以有效的改善聚乳酸薄膜的柔性，提高其断裂伸长率，蒙脱土的加入不仅提高了聚乳酸薄膜的阻隔性，而且聚乳酸薄膜的力学性能也得到提高；该制备方法简单有效，具有较好的柔韧性、力学性能以及较高的玻璃化转变温度，利于工业化生产。
具体实施例方式下面结合具体实施方式
对本发明进行详细说明。本发明的韧性聚乳酸薄膜的制备方法，按照以下具体步骤实施:步骤1、按照以下重量百分比称取各个组分:聚乳酸为80%_90%，两种增塑剂合计为10%-20%，总重量为100% ；另外，再按照每100份聚乳酸:两种增塑剂的混合料称取0.5-5份蒙脱土和0.5-3份抗氧化剂；将聚乳酸和蒙脱土在55_75°C干燥箱中干燥处理8-16小时，除去水分；步骤2、先将两种增塑剂进行混合，混合后与聚乳酸和蒙脱土进行混合，最后再与抗氧化剂进行混合，制成母料；步骤3、将步骤2得到的母料，利用双螺杆挤出机进行反应挤出，双螺杆挤出机的工艺参数分别为:螺杆转速为50-150rpm，喂料转速为10_40rpm，挤出机各区温度分别为一区 135-150°C、二区 150-165°C、 三区 165_175°C、四区 170_185°C、五区 175_190°C、六区175-190°C、七区175-190°C、八区175_185°C、机头170_185°C，物料挤出后经冷却水槽冷却、切粒、干燥后得到聚乳酸-蒙脱土 -两种增塑剂复合材料；再将聚乳酸-蒙脱土 -两种增塑剂复合材料作为母料制得具有韧性较好的聚乳酸薄膜即成。聚乳酸选用结晶型聚乳酸，结晶度为30%_90%，是未经任何改性的脆性聚乳酸。蒙脱土选用有机纳米改性蒙脱土，是一种可以用于聚乳酸材料改性的纳米材料。增塑剂选用柠檬酸三乙酯、乙酰柠檬酸三乙酯、柠檬酸三丁酯、乙酰柠檬酸三丁酯、环己烷1，2- 二甲酸二异壬酯中的任意两种。两种增塑剂的优选配比为柠檬酸三丁酯和环己烷1，2- 二甲酸二异壬酯的总和为16%，其中柠檬酸三丁酯的含量为5%-11%，环己烷1，2- 二甲酸二异壬酯的含量为5%-11%。抗氧化剂选用亚磷酸三苯酯、β- (3,5- 二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯、四[甲基-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯中的任意一种。实施例1步骤1、先按照以下重量百分比称取各个组分:其中聚乳酸与两种增塑剂重量百分比为84%: 16%，其中的两种增塑剂按重量百分比12%: 4%选用柠檬酸三丁酯和环己烷1，2_ 二甲酸二异壬酯，蒙脱土为0.5份，抗氧化剂为0.5份，抗氧化剂为β- (3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯；再将聚乳酸和蒙脱土在55°C干燥箱中干燥16小时，除去水分。步骤2、将两种增塑剂与干燥后的聚乳酸、蒙脱土以及抗氧化剂在干燥容器内混合均勻，制成母料。
步骤3、将制成的母料用双螺杆挤出机熔融共混，进行反应挤出，螺杆转速为50rpm，喂料转速为lOprm，挤出机各区温度分别为一区140°C、二区160°C、三区170°C、四区175°C、五区180°C、六区185°C、七区185°C、八区185°C、机头182°C。物料挤出后经冷却水槽冷却、切粒、干燥后得到聚乳酸-蒙脱土 -两种增塑剂复合材料，再将复合材料作为母料制得具有韧性较好的聚乳酸薄膜即成。实施例2步骤1、先按照以下重量百分比称取各个组分:其中聚乳酸与两种增塑剂重量百分比为86%:14%，两种增塑剂按重量百分比10%:4%选用柠檬酸三丁酯:环己烷1，2-二甲酸二异壬酯，蒙脱土为I份，抗氧化剂为I份，抗氧化剂为亚磷酸三苯酯；再将聚乳酸和蒙脱土在60°C干燥箱中干燥12小时，除去水分。步骤2、将两种增塑剂与干燥后的聚乳酸、蒙脱土以及抗氧化剂在干燥容器内混合均勻，制成母料。步骤3、将制成的母料用双螺杆挤出机熔融共混，进行反应挤出，螺杆转速为60rpm，喂料转速为15prm，挤出机各区温度分别为一区140°C、二区160°C、三区170°C、四区175°C、五区180°C·、六区185°C、七区185°C、八区180°C、机头182°C。物料挤出后经冷却水槽冷却、切粒、干燥后得到聚乳酸-蒙脱土 -两种增塑剂复合材料，再将复合材料作为母料制得具有韧性较好的聚乳酸薄膜即成。实施例3步骤1、先按照以下重量百分比称取各个组分:其中聚乳酸与两种增塑剂重量百分比为84%:16%，两种增塑剂为柠檬酸三丁酯和环己烷1，2-二甲酸二异壬酯按重量百分比8%:8%，蒙脱土 2.0份，抗氧化剂为2.0份，抗氧化剂为β _ (3, 5- 二叔丁基-4-轻基苯基)丙酸正十八碳醇酯；再将聚乳酸和蒙脱土在65°C干燥箱中干燥10小时，除去水分。步骤2、将两种增塑剂与干燥后的聚乳酸、蒙脱土以及抗氧化剂在干燥容器内混合均勻，制成母料。步骤3、将制成的母料用双螺杆挤出机熔融共混，进行反应挤出，螺杆转速为70rpm，喂料转速为20prm，挤出机各区温度分别为一区135°C、二区155°C、三区165°C、四区175°C、五区180°C、六区185°C、七区185°C、八区180°C、机头178°C。物料挤出后经冷却水槽冷却、切粒、干燥后得到聚乳酸-蒙脱土 -两种增塑剂复合材料，再将复合材料作为母料制得具有韧性较好的聚乳酸薄膜即成。实施例4步骤1、先按照以下重量百分比称取各个组分:其中聚乳酸与两种增塑剂重量百分比为84%:16%，两种增塑剂为柠檬酸三丁酯和环己烷1，2-二甲酸二异壬酯按重量百分比6%:10%,蒙脱土 4份,抗氧化剂为1.5份,抗氧化剂为β - (3，5-二叔丁基-4-轻基苯基)丙酸正十八碳醇酯；再将聚乳酸和蒙脱土在75°C干燥箱中干燥8小时，除去水分。步骤2、将两种增塑剂与干燥后的聚乳酸、蒙脱土以及抗氧化剂在干燥容器内混合均勻，制成母料。步骤3、将制成的母料用双螺杆挤出机熔融共混，进行反应挤出，螺杆转速为80rpm，喂料转速为26prm，挤出机各区温度分别为一区145°C、二区155°C、三区165°C、四区170°C、五区175°C、六区180°C、七区185°C、八区180°C、机头182°C。物料挤出后经冷却水槽冷却、切粒、干燥后得到聚乳酸-蒙脱土 -两种增塑剂复合材料，再将复合材料作为母料制得具有韧性较好的聚乳酸薄膜即成。实施例5步骤1、先按照以下重量百分比称取各个组分:其中聚乳酸与两种增塑剂重量百分比为84%:16%，两种增塑剂为柠檬酸三丁酯和环己烷1，2-二甲酸二异壬酯按重量百分比4%:12%，蒙脱土 4份，抗氧化剂为2.5份，抗氧化剂为亚磷酸三苯酯；再将聚乳酸和蒙脱土在70°C干燥箱中干燥10小时，除去水分。步骤2、将两种增塑剂与干燥后的聚乳酸、蒙脱土以及抗氧化剂在干燥容器内混合均勻，制成母料。步骤3、将制成的母料用双螺杆挤出机熔融共混，进行反应挤出，螺杆转速为90rpm，喂料转速为30prm，挤出机各区温度分别为一区135°C、二区155°C、三区165°C、四区175°C、五区185°C、六区185°C、七区185°C、八区175°C、机头178°C。物料挤出后经冷却水槽冷却、切粒、干燥后得到聚乳酸-蒙脱土 -两种增塑剂复合材料，再将复合材料作为母料制得具有韧性较好的聚乳酸薄膜即成。实施例6步骤1、先按照以下重量百分比称取各个组分:其中聚乳酸与两种增塑剂重量百分比为84%:16%，两种增塑剂为柠檬酸三丁酯和环己烷1，2-二甲酸二异壬酯按重量百分比11%:5%，蒙脱土 4.5份，抗氧化剂为2.0份，抗氧化剂为β - (3，5- 二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯；
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再将聚乳酸和蒙脱土在65°C干燥箱中干燥9小时，除去水分。步骤2、将两种增塑剂与干燥后的聚乳酸、蒙脱土以及抗氧化剂在干燥容器内混合均勻，制成母料。步骤3、将制成的母料用双螺杆挤出机熔融共混，进行反应挤出，螺杆转速为140rpm，喂料转速为40prm，挤出机各区温度分别为一区150°C、二区155°C、三区170°C、四区175°C、五区180°C、六区185°C、七区185°C、八区180°C、机头185°C。物料挤出后经冷却水槽冷却、切粒、干燥后得到聚乳酸-蒙脱土 -两种增塑剂复合材料，再将复合材料作为母料制得具有韧性较好的聚乳酸薄膜即成。实施例7步骤1、先按照以下重量百分比称取各个组分:其中聚乳酸与两种增塑剂重量百分比为80%:20%，两种增塑剂为乙酰柠檬酸三乙酯和柠檬酸三丁酯按重量百分比10%:10%,蒙脱土 5份，抗氧化剂为3份，抗氧化剂为亚磷酸三苯酯；再将聚乳酸和蒙脱土在60°C干燥箱中干燥11小时，除去水分。步骤2、将两种增塑剂与干燥后的聚乳酸、蒙脱土以及抗氧化剂在干燥容器内混合均勻，制成母料。步骤3、将制成的母料用双螺杆挤出机熔融共混，进行反应挤出，螺杆转速为150rpm，喂料转速为35prm，挤出机各区温度分别为一区150°C、二区155°C、三区170°C、四区175°C、五区180°C、六区185°C、七区185°C、八区180°C、机头185°C。物料挤出后经冷却水槽冷却、切粒、干燥后得到聚乳酸-蒙脱土 -两种增塑剂复合材料，再将复合材料作为母料制得具有韧性较好的聚乳酸薄膜即成。实施例8步骤1、先按照以下重量百分比称取各个组分:其中聚乳酸与两种增塑剂重量百分比为90%:10%，两种增塑剂为柠檬酸三乙酯和乙酰柠檬酸三丁酯按重量百分比5%:5%，蒙脱土 2.5份,抗氧化剂为1.5份,抗氧化剂为β _(3，5-二叔丁基-4-轻基苯基)丙酸正十八碳醇酯；再将聚乳酸和蒙脱土在70°C干燥箱中干燥9小时，除去水分。步骤2、将两种增塑剂与干燥后的聚乳酸、蒙脱土以及抗氧化剂在干燥容器内混合均勻，制成母料。步骤3、将制成的母料用双螺杆挤出机熔融共混，进行反应挤出，螺杆转速为130rpm，喂料转速为30prm，挤出机各区温度分别为一区150°C、二区155°C、三区170°C、四区175°C、五区180°C、六区185°C、七区185°C、八区180°C、机头185°C。物料挤出后经冷却水槽冷却、切粒、干燥后得到聚乳酸-蒙脱土 -两种增塑剂复合材料，再将复合材料作为母料制得具有韧性较好的聚乳酸薄膜即成。实施例9步骤1、先按照以下重量百分比称取各个组分:其中聚乳酸与两种增塑剂重量百分比为85%: 15%，两种增塑剂为柠檬酸三乙酯和柠檬酸三丁酯按重量百分比10%:5%，蒙脱土 1.5份，抗氧化剂为2.5份，抗氧化剂为四[甲基_(3，5- 二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯；再将聚乳酸和蒙脱土在55°C干燥箱中干燥12小时，除去水分。步骤2、将两种增塑剂与干燥后的聚乳酸、蒙脱土以及抗氧化剂在干燥容器内混合均勻，制成母料。步骤3、将制成的母料用双螺杆挤出机熔融共混，进行反应挤出，螺杆转速为120rpm，喂料转速为20prm，挤出机各区温度分别为一区150°C、二区155°C、三区170°C、四区175°C、五区180°C、六区185°C、七区185°C、八区180°C、机头185°C。物料挤出后经冷却水槽冷却、切粒、干燥后得到聚乳酸-蒙脱土 -两种增塑剂复合材料，再将复合材料作为母料制得具有韧性较好的聚乳酸薄膜即成。采用本发明的方法，当加入16%的增塑剂，聚乳酸薄膜的断裂伸长率能提高50倍左右，当增塑剂含量提高到20%，聚乳酸薄膜的断裂伸长率能提高60倍。聚乳酸薄膜对氧气的透过性随着聚乳 酸复合材料中蒙脱土含量的增加而降低，当蒙脱土含量为1.5份时，相对于纯聚乳酸薄膜，聚乳酸复合材料对氧气的透过性降低了 35%左右。按本发明提供的方法制备出来的聚乳酸复合材料的玻璃化转变温度在40-50°C。
权利要求
1.一种韧性聚乳酸薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤1、按照以下重量百分比称取各个组分:聚乳酸为80%-90%，两种增塑剂合计为10%-20%，总重量为100% ;另外，再按照每100份聚乳酸:两种增塑剂的混合料称取0.5-5份蒙脱土和0.5-3份抗氧化剂； 将聚乳酸和蒙脱土在55-75°C干燥箱中干燥处理8-16小时，除去水分； 步骤2、先将两种增塑剂进行混合，混合后与聚乳酸和蒙脱土进行混合，最后再与抗氧化剂进行混合，制成母料； 步骤3、将步骤2得到的母料，利用双螺杆挤出机进行反应挤出，物料挤出后经冷却水槽冷却、切粒、干燥后得 到聚乳酸-蒙脱土 -两种增塑剂复合材料，再将复合材料作为母料制得聚乳酸薄膜，即成。
2.根据权利要求1所述的韧性聚乳酸薄膜的制备方法，其特征在于:所述聚乳酸为结晶型聚乳酸，结晶度为30%-90%。
3.根据权利要求1所述的韧性聚乳酸薄膜的制备方法，其特征在于:所述蒙脱土为有机纳米改性蒙脱土。
4.根据权利要求1所述的韧性聚乳酸薄膜的制备方法，其特征在于:所述抗氧化剂选用亚磷酸三苯酯、β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯、四[甲基-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯中的一种。
5.根据权利要求1所述的韧性聚乳酸薄膜的制备方法，其特征在于:所述增塑剂选用柠檬酸三乙酯、乙酰柠檬酸三乙酯、柠檬酸三丁酯、乙酰柠檬酸三丁酯、环己烷1，2-二甲酸二异壬酯中的两种。
6.根据权利要求5所述的韧性聚乳酸薄膜的制备方法，其特征在于:所述的增塑剂选用柠檬酸三丁酯和环己烷1，2-二甲酸二异壬酯，总和为16%，其中柠檬酸三丁酯的含量为5%-11%，环己烷1，2- 二甲酸二异壬酯的含量为5%-11%。
7.根据权利要求1所述的韧性聚乳酸薄膜的制备方法，其特征在于:所述的步骤3中，双螺杆挤出机的工艺参数为，螺杆转速为50-150rpm，喂料转速为10_40rpm，挤出机各区温度分别为一区135-150°C、二区150-165 °C、三区165_175°C、四区170-185 °C、五区175-190°C、六区 175-190°C、七区 175_190°C、八区 175_185°C、机头 170_185°C。
全文摘要
本发明公开了一种韧性聚乳酸薄膜的制备方法，包括以下步骤步骤1、按照以下重量百分比称取各个组分聚乳酸为80%-90%，两种增塑剂合计为10%-20%，总重量为100%；另外，再按照每100份聚乳酸两种增塑剂的混合料称取0.5-5份蒙脱土和0.5-3份抗氧化剂；将聚乳酸和蒙脱土在干燥箱中干燥处理；步骤2、将两种增塑剂与聚乳酸和蒙脱土、抗氧化剂进行混合，制成母料；步骤3、将母料利用双螺杆挤出机进行反应挤出，物料挤出后经冷却水槽冷却、切粒、干燥后得到复合材料，再将复合材料作为母料制得聚乳酸薄膜，即成。本发明的聚乳酸薄膜在使用废弃后在自然环境中可完全降解，属于环保材料。
文档编号C08K9/04GK103232689SQ20131011632
公开日2013年8月7日 申请日期2013年4月3日 优先权日2013年4月3日
发明者郭彦峰, 张伟, 宋日恒, 刘菲 申请人:西安理工大学