一种透明聚乳酸薄膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于高分子材料与生物医用材料技术领域，尤其涉及一种透明聚乳酸薄膜及其制备方法和应用。本发明专利技术提供了一种透明聚乳酸薄膜的制备方法，包括以下步骤：将聚乳酸在挤出机中熔融得到熔体并由挤出机挤出，经风刀冷却，再经流延辊拉伸，由牵引辊牵引，绕圈成膜得到透明聚乳酸薄膜；其中，挤出机的挤出口膜的温度为150℃～210℃，熔体在挤出口膜速度和流延辊线速度比为1：(30～160)，风刀设置于挤出口膜与流延辊之间，风刀的风口方向与熔体表面形成的夹角为45°～90°。本发明专利技术制备方法能够在不添加任何填料助剂的情况下制备出透明聚乳酸薄膜，透明聚乳酸薄膜存在取向的纤维晶和/或整体为取向结构，结晶度低于8％也具有很高的断裂伸长率和拉伸强度。

A transparent polylactic acid film and its preparation method and Application

The invention belongs to the technical field of macromolecule materials and biomedical materials, in particular to a transparent polylactic acid film, its preparation method and application. The invention provides a preparation method of transparent polylactic acid film, which comprises the following steps: melting polylactic acid in an extruder to obtain a melt and extruding it by an extruder, cooling it with a wind knife, stretching it through a casting roller, drawing it by a traction roller, and forming a transparent polylactic acid film by winding; among them, the temperature of the extruder's extrusion film is 150 ~210 C, and the speed of the melt at the extrusion film outlet is 150 ~210 C. The linear velocity ratio of the air knife and the casting roll is 1:(30-160). The air knife is set between the extrusion film and the casting roll. The angle between the direction of the air knife and the melt surface is 45-90 degrees. The preparation method of the invention can prepare transparent polylactic acid film without any filler additives. The transparent polylactic acid film has oriented fiber crystals and/or overall oriented structure, and its crystallinity is less than 8% and has high elongation at break and tensile strength.

【技术实现步骤摘要】
一种透明聚乳酸薄膜及其制备方法和应用
本专利技术属于高分子材料与生物医用材料
，尤其涉及一种透明聚乳酸薄膜及其制备方法和应用。
技术介绍
聚乳酸由乳酸缩聚或者丙交酯开环聚合所得，其合成原料来自农作物，如玉米杆，马铃薯，土豆等，而且自然条件下可降解，和传统塑料相比，其合成原料为可再生资源，储量丰富且价廉，属环境友好型材料。具有良好的生物相容性，聚乳酸(左旋)能被人体吸收，可应用于医用材料，如骨钉，缝合线等。尽管聚乳酸有可观的应用前景，但其韧性差(断裂伸长率仅为6％)严重限制了聚乳酸的应用范围。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种透明聚乳酸薄膜及其制备方法和应用，用于解决现有透明聚乳酸薄膜韧性差的问题。本专利技术的具体技术方案如下：一种透明聚乳酸薄膜的制备方法，包括以下步骤：将聚乳酸在挤出机中熔融得到熔体并由所述挤出机挤出，经风刀冷却，再经流延辊拉伸，由牵引辊牵引，绕圈成膜得到透明聚乳酸薄膜；其中，所述挤出机的挤出口膜的温度为150℃～210℃，所述熔体在所述挤出口膜速度和流延辊线速度比为1：(30～160)，所述风刀设置于所述挤出口膜与所述流延辊之间，风刀的风口方向与所述熔体表面形成的夹角为45°～90°。本专利技术中，挤出口膜的温度为优选为190℃～210℃，熔体在挤出口膜速度和流延辊线速度比优选为1：(40～120)。本专利技术透明聚乳酸薄膜的制备方法，只采用聚乳酸作为原料，未添加任何加工助剂。优选的，所述风刀的鼓风量为50m3/min～250m3/min；所述风刀的鼓风温度为0℃～100℃。本专利技术中，风刀的冷却方式为贴辊冷却，风刀的鼓风温度优选为0℃～80℃。优选的，所述挤出口膜和所述流延辊的间距为100mm～300mm；所述流延辊的辊温为0℃～100℃。本专利技术中，挤出口膜和流延辊的间距优选为150mm～250mm，流延辊的辊温优选为0℃～80℃。优选的，所述聚乳酸的熔融指数为6g/10min～15g/10min，测试条件为190℃下采用2.16kg载荷测试；所述聚乳酸的数均分子量为100kg/mol～210kg/mol，所述聚乳酸的分子量分布为1.1～2.4，所述聚乳酸的左旋含量为95％～99％。优选的，所述聚乳酸的含水量为0％～0.001％；所述聚乳酸的粒径为2～5mm。本专利技术中，将聚乳酸在挤出机中熔融得到熔体并由所述挤出机挤出之前，还包括：将聚乳酸在60～80℃下进行8h～12h干燥。本专利技术中，聚乳酸购买自美国Natureworks公司，优选为PLA-2002D聚乳酸、PLA-2003D聚乳酸、PLA-4032D聚乳酸、PLA-4043D聚乳酸和PLA-7032聚乳酸中的一种或多种。将不同类型聚乳酸进行混合，能够调控分子量分布和熔融指数，进而得到不同结构参数的透明聚乳酸薄膜。本专利技术中，挤出机的温度优选设置为150℃(加料区)-170℃-175℃-180℃-190℃(料筒区)-200℃-210℃-210℃(过渡区)-190℃(口膜区)本专利技术还提供了上述技术方案所述制备方法制得的透明聚乳酸薄膜。优选的，所述透明聚乳酸薄膜的断裂伸长率为150％～280％；所述透明聚乳酸薄膜的结晶度为0％～8％。本专利技术中，透明聚乳酸薄膜在ASTM-D882测试标准下测得，透明聚乳酸薄膜的拉伸强度高达220Mpa。本专利技术中，透明聚乳酸薄膜具有高取向度，无定形区包裹取向纤维，其取向可进行调控。优选的，所述透明聚乳酸薄膜沿流延或压延方向存在取向的纤维晶，所述纤维晶的直径为80nm～1500nm(为表述简便、清楚，该结构称为“A结构”，纤维晶的直径为dA)，和/或所述透明聚乳酸薄膜整体为取向结构，所述取向结构的宽度为2μm～60μm(为表述简便、清楚，该结构称为“B结构”，取向结构的宽度为WB)。优选的，所述取向结构为类Shish-Kebab结构，所述取向结构的横向尺寸为80nm～1000nm，所述取向结构的纵向尺寸为0～1500nm(为表述简便、清楚，取向结构的横向尺寸为XB，取向结构的纵向尺寸为YB)。本专利技术中，透明聚乳酸薄膜为高透明度薄膜，透明聚乳酸薄膜的厚度为8μm～50μm。本专利技术制备方法通过使用熔体挤出流延工艺或压延工艺，风刀设置于挤出口膜与流延辊之间，风刀的风口方向与熔体表面形成的夹角为45°～90°，能够制备具有取向结构、低结晶度、超高断裂伸长率和生物可降解的透明聚乳酸薄膜，透明聚乳酸薄膜的结构为无定形区包裹结构可控的取向纤维，不添加任何填料助剂，结晶度低于8％也具有很高的断裂伸长率和拉伸强度，具有优异的透明性、生物相容性和降解性能。本专利技术透明聚乳酸薄膜具备高取向、低结晶度和优异的力学性能，并且具有生物相容性，可生物降解，经180天的降解性能测试，质量损失最高达36.7％，数均分子量下降为55kg/mol,，重均分子量下降为180kg/mol。本专利技术还提供了上述技术方案所述制备方法制得的透明聚乳酸薄膜或上述技术方案所述透明聚乳酸薄膜在医用材料中的应用。本专利技术透明聚乳酸薄膜未添加任何填料助剂，具有优异的透明度，在保证聚乳酸生物相容性，无毒无害的同时，具有超高的断裂伸长率和拉伸强度，并具备透明、手感良好、生物降解和相容等特性，可应用于高分子材料和生物医用材料领域。综上所述，本专利技术提供了一种透明聚乳酸薄膜的制备方法，包括以下步骤：将聚乳酸在挤出机中熔融得到熔体并由所述挤出机挤出，经风刀冷却，再经流延辊拉伸，由牵引辊牵引，绕圈成膜得到透明聚乳酸薄膜；其中，所述挤出机的挤出口膜的温度为150℃～210℃，所述熔体在所述挤出口膜速度和流延辊线速度比为1：(30～160)，所述风刀设置于所述挤出口膜与所述流延辊之间，风刀的风口方向与所述熔体表面形成的夹角为45°～90°。本专利技术透明聚乳酸薄膜的制备方法制备工艺简单，生产效率高，可实现规模化生产，实验结果表明，本专利技术透明聚乳酸薄膜的制备方法能够在不添加任何填料助剂的情况下制备出透明聚乳酸薄膜，并且透明聚乳酸薄膜存在取向的纤维晶和/或整体为取向结构，结晶度低于8％也具有很高的断裂伸长率和拉伸强度，具有优异的透明性、生物相容性和降解性能。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。图1为本专利技术实施例透明聚乳酸薄膜中A结构的结构示意图；图2为本专利技术实施例透明聚乳酸薄膜中B结构的结构示意图；图3为本专利技术实施例1中制得的透明聚乳酸薄膜的扫描电镜图；图4为本专利技术实施例2中制得的透明聚乳酸薄膜的扫描电镜图；图5为本专利技术实施例3中制得的透明聚乳酸薄膜的扫描电镜图；图6为本专利技术实施例4中制得的透明聚乳酸薄膜的扫描电镜图；图7为本专利技术实施例5中制得的透明聚乳酸薄膜的扫描电镜图；图8为本专利技术实施例6中制得的透明聚乳酸薄膜的扫描电镜图；图9为本专利技术对比例1中制得的透明聚乳酸薄膜的扫描电镜图；图10为本专利技术实施例熔体在螺杆挤出口膜速度和流延辊线速度不同速度比下得到的透明聚乳酸薄膜的力学性能图。具体实施方式本专利技术提供了一种透明聚乳酸薄膜及其制备方法和应用，用于解决现有透明聚乳酸薄膜韧性差的问题。本专利技术实施例透明聚乳酸薄膜中A结构和B结构的结构示意图请参阅图1和图2。下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种透明聚乳酸薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将聚乳酸在挤出机中熔融得到熔体并由所述挤出机挤出，经风刀冷却，再经流延辊拉伸，由牵引辊牵引，绕圈成膜得到透明聚乳酸薄膜；其中，所述挤出机的挤出口膜的温度为150℃～210℃，所述熔体在所述挤出口膜速度和流延辊线速度比为1：(30～160)，所述风刀设置于所述挤出口膜与所述流延辊之间，所述风刀的风口方向与所述熔体表面形成的夹角为45°～90°。

【技术特征摘要】
1.一种透明聚乳酸薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将聚乳酸在挤出机中熔融得到熔体并由所述挤出机挤出，经风刀冷却，再经流延辊拉伸，由牵引辊牵引，绕圈成膜得到透明聚乳酸薄膜；其中，所述挤出机的挤出口膜的温度为150℃～210℃，所述熔体在所述挤出口膜速度和流延辊线速度比为1：(30～160)，所述风刀设置于所述挤出口膜与所述流延辊之间，所述风刀的风口方向与所述熔体表面形成的夹角为45°～90°。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述风刀的鼓风量为50m3/min～250m3/min；所述风刀的鼓风温度为0℃～100℃。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述挤出口膜和所述流延辊的间距为100mm～300mm；所述流延辊的辊温为0℃～100℃。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述聚乳酸的熔融指数为6g/10min～15g/10min，测试条件为190℃下采用2.16kg载荷测试；所述聚乳酸的数均分子量为100kg/mol～210kg/mol，所述聚乳酸的分子量...

【专利技术属性】
技术研发人员：田子钦，雷彩红，徐睿杰，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44