PLA吹膜工艺
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PLA增韧改性工艺
材料062 王威 材料
综述Βιβλιοθήκη Baidu
• 单个的乳酸分子中有一个羟基和一个羧基,多个乳酸分子 在一起,-OH与别的分子的-COOH脱水缩合,-COOH与别的 分子的-OH脱水缩合,就这样,它们手拉手形成了聚合物, 叫做聚乳酸. • 聚乳酸也称为聚丙交酯，属于聚酯家族。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。聚乳酸是一种优良的可生物降解聚合物，是世 界公认的环保、可持续发展材料。聚乳酸通过改性，其 相应的性能会得到很大的改善，其应用领域会更加广阔。 其改性方法有物理改性、化学改性和复合改性等。物理 改性又分为共混改性和增塑改性等；化学改性可分为共 聚改性和交联改性等； 复合改性包括与各种纤维复合改 性和与无机纳米材料复合改性等。
发展应用
• 聚乳酸〔PLA〕是被世界视作继金属材料、无机材料、高分子 材料之后的“第四类最具广泛应用价值和环保应用价值的新型高 分子材料”，是国家列入“九五”、“十五”、“863”、“十一五”和 《国家中长期科技发展计划》重点科研攻关项目之一。 PLA是 一种高分子环保聚酯材料，此材料具有理化性能优良、透明度 极高、生物及化学降解性能好且降解时间可控、无毒无味、耐 酸碱、防病菌、防紫外线、易加工成型且表面更加光滑及易降 解生成对环境无害的二氧化碳和水等诸多优良的性能，而且 在 透气性、防皱性、高强度、高弹性、耐热性和可生物降解性等 方面更是尤为出众，因而它还是生产纤维类纺织品的良好天然 材料。其用途相当广泛，可应用于工业、农业、林业、建筑业、 纺织业、食品包装业、日常用品、文化体育、医疗卫生等各个 领域。生物质材料——聚乳酸〔PLA〕必将取代聚乙烯〔PE〕、 聚丙烯〔PP〕等化学石油基塑料，可全面有效地解决世界性“白 色污染”的难题。产品应用范围广，是替代石油基塑料的最佳材 料，市场前景非常广阔。
谢谢
由图8可以看出，随着DOP百分比含量的增加，Ｐ ＬＡ膜的纵向拉伸强度呈逐渐减弱的趋说明在ＰＬ Ａ中加入DOP会使ＰＬＡ膜的拉伸强度下降，ＤＯ Ｐ百分比含量越高，ＰＬＡ拉伸强度越弱。
实验结论
• 通过进行拉伸测试，可以看出随着DOP的加 入，PLA的强度有了明显的变化。共混物的 拉伸强度随着DOP的含量增加而下降，其原 理是，DOP降低了PLA大分子间的作用力， 使PLA的韧性大大提高，拉伸强度则相应降 低。 • 随着DOP的增加，共混物的断裂伸长率进一 步提高，较好的改善了PLA的柔韧性。
由图２可以看出随着ＤＯＰ百分比含量的增加， ＰＬＡ膜的横向断裂拉伸应力明显降低，说明膜的 韧性随ＤＯＰ百分比含量的增加而提高，也说明在 ＰＬＡ中加入ＤＯＰ作为增韧剂效果显著，ＤＯＰ 百分比含量越高，增韧效果越显著。
由图３发现，随着ＤＯＰ百分比含量的增加，PLA 膜的横向拉伸屈服应力先增大，到一定范围后急剧 下降，由此说明，在PLA中加入超过一定范围的 DOP会对PLA膜有不利影响。
聚乳酸的特点
• 1、原材料来源充足：生产聚乳酸的原料为玉米等可再 生性资源，而无需采用石油、木材等珍贵的自然资源， 因而对日渐枯竭的石油资源将起到很好的保护作用，对 于石油日渐吃紧的中国也有独特的战略意义。 2、能耗低：在聚乳酸的生产过程中，它使用的能耗 明显低于PET、PA、PAN等石油基树脂，只相当于后者的 20-50％。 20-50 3、可生物降解性：聚乳酸最大的特点就是具有优越 的生物可降解性，被废弃后可在自然界中分解为乳酸， 最终水解为二氧化碳和水。通过植物的光合作用，二氧 化碳和水又可变成淀粉，这样在自然界中循环，形成生 态平衡。用聚乳酸替代普通塑料可解决当今困扰全世界 的白色污染问题。
由图4可以看出，随着DOP百分比含量的增加， ＰＬＡ膜的横向拉伸强度呈逐渐减弱的趋说明在Ｐ ＬＡ中加入DOP会使ＰＬＡ膜的拉伸强度下降，Ｄ ＯＰ百分比含量越高，ＰＬＡ拉伸强度越弱。
纵向对比
由图５可以看出，随着ＤＯＰ百分比含量的增加， ＰＬＡ膜纵向的断裂拉伸应变逐渐增大，ＤＯＰ 百分比含量越高，变化越明显，说明少量DOP对 PLA膜纵向的增韧效果不明显，大量添加才会产生 显著变化。
性能测试
• 将挑选好的三组样品根据薄膜拉伸标准制 成标准样条，每组横向和纵向各五个样条， 总共30个样条，然后依次进行拉伸测试。
横向对比
经图1对比发现，１、２号料断裂拉伸应变明显比纯 料高，随着DOP百分比含量的增加，ＰＬＡ膜的横向 断裂拉伸应变呈逐渐增长的趋势，但ＤＯＰ百分比 含量超过一定范围，其断裂拉伸应变增长变缓慢。 由此说明，在ＰＬＡ中加入ＤＯＰ作为增韧剂效果 显著，ＤＯＰ百分比含量越高，增韧效果越显著。
• 4、优越的物理性能：聚乳酸具有优越的物理性能，在 所有的生物可降解聚合物中熔点最高，且结晶度大、透 明度高，适用于吹塑、热塑、拉丝等各种加工方法，可 加工成聚乳酸薄膜、聚乳酸纤维等。 聚乳酸纤维的物 理性能介于涤纶（PET纤维）和锦纶之间，但它熔点低， 模量较低，具有很好的手感，其染色性、吸湿性、抗邹 性都优于涤纶。因此也是制作服装的理性原料。 5、生物相容性：聚乳酸也具有优良的生物相容性， 其降解物—L-乳酸能参与人体代谢，已被美国食品医药 局（FDA）批准，可用作医用手术缝合线、注射用胶囊、 微球及埋植剂等。 • 然而，PLA生产成本高，材料性脆，抗冲击性及柔韧性 差，热稳定性能差，熔体强度低，从而限制了其更广泛 的应用。
由图6可以看出，少量的DOP对ＰＬＡ膜纵向拉伸 断裂应力没有显著影响，在ＤＯＰ含量较大时， ＰＬＡ膜纵向拉伸断裂应力显著降低，说明高含 量的DOP对PLA膜纵向的增韧效果显著。
由图7可以看出随着ＤＯＰ含量的增加，ＰＬＡ膜 纵向拉伸屈服应力逐渐降低，含量越高越明显， 说明ＤＯＰ对PLA膜纵向的拉伸强度有不利影响。
实验部分
• • • • • • • 实验设备 高速混合机 双螺杆挤出造粒机组 单螺杆挤出吹膜机组 牵引装置 卷取装置 空气压缩机
实验配方
组号 含量
PLA 1000 1000 1000
DOP 0 100 200
纯料 1 2
实验步骤
• 根据上述试验配方称量药品，分为三组，用纯 料清洗高速混合机，然后再分别混合后两组药 品，时间是一个小时，温度为115℃。分别将 三组混好的物料加入到双螺杆挤出造粒机组中 • 将三组物料切成粒料，之后用纯的PLA清洗单 螺杆挤出吹膜机组，同时调节螺杆转速和各区 温度 • 最后将各组吹成的薄膜卷取切割好，选择表面 平整的薄膜作为测试样品。
材料062 王威 材料
综述Βιβλιοθήκη Baidu
• 单个的乳酸分子中有一个羟基和一个羧基,多个乳酸分子 在一起,-OH与别的分子的-COOH脱水缩合,-COOH与别的 分子的-OH脱水缩合,就这样,它们手拉手形成了聚合物, 叫做聚乳酸. • 聚乳酸也称为聚丙交酯，属于聚酯家族。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。聚乳酸是一种优良的可生物降解聚合物，是世 界公认的环保、可持续发展材料。聚乳酸通过改性，其 相应的性能会得到很大的改善，其应用领域会更加广阔。 其改性方法有物理改性、化学改性和复合改性等。物理 改性又分为共混改性和增塑改性等；化学改性可分为共 聚改性和交联改性等； 复合改性包括与各种纤维复合改 性和与无机纳米材料复合改性等。
发展应用
• 聚乳酸〔PLA〕是被世界视作继金属材料、无机材料、高分子 材料之后的“第四类最具广泛应用价值和环保应用价值的新型高 分子材料”，是国家列入“九五”、“十五”、“863”、“十一五”和 《国家中长期科技发展计划》重点科研攻关项目之一。 PLA是 一种高分子环保聚酯材料，此材料具有理化性能优良、透明度 极高、生物及化学降解性能好且降解时间可控、无毒无味、耐 酸碱、防病菌、防紫外线、易加工成型且表面更加光滑及易降 解生成对环境无害的二氧化碳和水等诸多优良的性能，而且 在 透气性、防皱性、高强度、高弹性、耐热性和可生物降解性等 方面更是尤为出众，因而它还是生产纤维类纺织品的良好天然 材料。其用途相当广泛，可应用于工业、农业、林业、建筑业、 纺织业、食品包装业、日常用品、文化体育、医疗卫生等各个 领域。生物质材料——聚乳酸〔PLA〕必将取代聚乙烯〔PE〕、 聚丙烯〔PP〕等化学石油基塑料，可全面有效地解决世界性“白 色污染”的难题。产品应用范围广，是替代石油基塑料的最佳材 料，市场前景非常广阔。
谢谢
由图8可以看出，随着DOP百分比含量的增加，Ｐ ＬＡ膜的纵向拉伸强度呈逐渐减弱的趋说明在ＰＬ Ａ中加入DOP会使ＰＬＡ膜的拉伸强度下降，ＤＯ Ｐ百分比含量越高，ＰＬＡ拉伸强度越弱。
实验结论
• 通过进行拉伸测试，可以看出随着DOP的加 入，PLA的强度有了明显的变化。共混物的 拉伸强度随着DOP的含量增加而下降，其原 理是，DOP降低了PLA大分子间的作用力， 使PLA的韧性大大提高，拉伸强度则相应降 低。 • 随着DOP的增加，共混物的断裂伸长率进一 步提高，较好的改善了PLA的柔韧性。
由图２可以看出随着ＤＯＰ百分比含量的增加， ＰＬＡ膜的横向断裂拉伸应力明显降低，说明膜的 韧性随ＤＯＰ百分比含量的增加而提高，也说明在 ＰＬＡ中加入ＤＯＰ作为增韧剂效果显著，ＤＯＰ 百分比含量越高，增韧效果越显著。
由图３发现，随着ＤＯＰ百分比含量的增加，PLA 膜的横向拉伸屈服应力先增大，到一定范围后急剧 下降，由此说明，在PLA中加入超过一定范围的 DOP会对PLA膜有不利影响。
聚乳酸的特点
• 1、原材料来源充足：生产聚乳酸的原料为玉米等可再 生性资源，而无需采用石油、木材等珍贵的自然资源， 因而对日渐枯竭的石油资源将起到很好的保护作用，对 于石油日渐吃紧的中国也有独特的战略意义。 2、能耗低：在聚乳酸的生产过程中，它使用的能耗 明显低于PET、PA、PAN等石油基树脂，只相当于后者的 20-50％。 20-50 3、可生物降解性：聚乳酸最大的特点就是具有优越 的生物可降解性，被废弃后可在自然界中分解为乳酸， 最终水解为二氧化碳和水。通过植物的光合作用，二氧 化碳和水又可变成淀粉，这样在自然界中循环，形成生 态平衡。用聚乳酸替代普通塑料可解决当今困扰全世界 的白色污染问题。
由图4可以看出，随着DOP百分比含量的增加， ＰＬＡ膜的横向拉伸强度呈逐渐减弱的趋说明在Ｐ ＬＡ中加入DOP会使ＰＬＡ膜的拉伸强度下降，Ｄ ＯＰ百分比含量越高，ＰＬＡ拉伸强度越弱。
纵向对比
由图５可以看出，随着ＤＯＰ百分比含量的增加， ＰＬＡ膜纵向的断裂拉伸应变逐渐增大，ＤＯＰ 百分比含量越高，变化越明显，说明少量DOP对 PLA膜纵向的增韧效果不明显，大量添加才会产生 显著变化。
性能测试
• 将挑选好的三组样品根据薄膜拉伸标准制 成标准样条，每组横向和纵向各五个样条， 总共30个样条，然后依次进行拉伸测试。
横向对比
经图1对比发现，１、２号料断裂拉伸应变明显比纯 料高，随着DOP百分比含量的增加，ＰＬＡ膜的横向 断裂拉伸应变呈逐渐增长的趋势，但ＤＯＰ百分比 含量超过一定范围，其断裂拉伸应变增长变缓慢。 由此说明，在ＰＬＡ中加入ＤＯＰ作为增韧剂效果 显著，ＤＯＰ百分比含量越高，增韧效果越显著。
• 4、优越的物理性能：聚乳酸具有优越的物理性能，在 所有的生物可降解聚合物中熔点最高，且结晶度大、透 明度高，适用于吹塑、热塑、拉丝等各种加工方法，可 加工成聚乳酸薄膜、聚乳酸纤维等。 聚乳酸纤维的物 理性能介于涤纶（PET纤维）和锦纶之间，但它熔点低， 模量较低，具有很好的手感，其染色性、吸湿性、抗邹 性都优于涤纶。因此也是制作服装的理性原料。 5、生物相容性：聚乳酸也具有优良的生物相容性， 其降解物—L-乳酸能参与人体代谢，已被美国食品医药 局（FDA）批准，可用作医用手术缝合线、注射用胶囊、 微球及埋植剂等。 • 然而，PLA生产成本高，材料性脆，抗冲击性及柔韧性 差，热稳定性能差，熔体强度低，从而限制了其更广泛 的应用。
由图6可以看出，少量的DOP对ＰＬＡ膜纵向拉伸 断裂应力没有显著影响，在ＤＯＰ含量较大时， ＰＬＡ膜纵向拉伸断裂应力显著降低，说明高含 量的DOP对PLA膜纵向的增韧效果显著。
由图7可以看出随着ＤＯＰ含量的增加，ＰＬＡ膜 纵向拉伸屈服应力逐渐降低，含量越高越明显， 说明ＤＯＰ对PLA膜纵向的拉伸强度有不利影响。
实验部分
• • • • • • • 实验设备 高速混合机 双螺杆挤出造粒机组 单螺杆挤出吹膜机组 牵引装置 卷取装置 空气压缩机
实验配方
组号 含量
PLA 1000 1000 1000
DOP 0 100 200
纯料 1 2
实验步骤
• 根据上述试验配方称量药品，分为三组，用纯 料清洗高速混合机，然后再分别混合后两组药 品，时间是一个小时，温度为115℃。分别将 三组混好的物料加入到双螺杆挤出造粒机组中 • 将三组物料切成粒料，之后用纯的PLA清洗单 螺杆挤出吹膜机组，同时调节螺杆转速和各区 温度 • 最后将各组吹成的薄膜卷取切割好，选择表面 平整的薄膜作为测试样品。