一种兼具高导电性与刚韧平衡聚乳酸复合薄膜及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种兼具高导电性与刚韧平衡聚乳酸复合薄膜及制备方法，包括以下步骤：(1)原料干燥；(2)熔融共混制备聚乳酸/炭黑共混物粒料；(3)挤出制备聚乳酸/炭黑共混物流延薄膜；(4)退火拉伸制备聚乳酸/炭黑共混物拉伸薄膜；(5)热处理制备聚乳酸/炭黑复合薄膜。本发明专利技术制备的聚乳酸/炭黑复合薄膜具有优异的导电性，较纯聚乳酸薄膜提高了约10个数量级。同时还保持了优秀的力学性能，断裂伸长率可达44.3％，拉伸强度可达97.8MPa，较纯聚乳酸分别提高了352.0％和41.1％。此外，薄膜具备优良的耐热性。本方法采用的聚乳酸源于可再生资源，具有完全生物可降解性，复合薄膜制备工艺简单稳定，制备周期短，容易实现工业化。容易实现工业化。容易实现工业化。

【技术实现步骤摘要】
一种兼具高导电性与刚韧平衡聚乳酸复合薄膜及制备方法


[0001]本专利技术涉及生物可降解薄膜及其制备领域，特别涉及一种兼具高导电性与刚韧平衡聚乳酸复合薄膜及制备方法。

技术介绍

[0002]对电子器件使用抗静电包装能有效排除运输和储存过程中产生的静电，防止因电荷积累对电子器件造成不可逆的损伤。目前市场上抗静电薄膜的制备主要基于不可降解的传统石油基高分子聚乙烯和聚丙烯，且多数包装在“一次使用”后就被废弃，这不可避免的加剧了“白色污染”问题和能源危机(Composites Part B:Engineering,2020,200:108254.)。
[0003]聚乳酸作为一种完全生物可降解高分子，其来源为生物质，使用后降解为二氧化碳和水，具有较高的力学强度和良好的成型加工性能，并且由于其生产成本逐年下降，是目前可再生资源领域的研究热点之一，有望取代传统石油基高分子(Advanced Materials,2000,12(23):1841
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1846；Polymer Degradation and Stability,2010,95(11):2200
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2206.)。现有技术中，已有通过添加导电填料来提高聚乳酸导电性的相关技术，如公开号为CN103232691A、CN111269541A等专利技术专利，又如《聚乳酸导电高分子复合材料的研究进展》(材料导报,2013,27(21):66
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72.)。然而，与其他聚合物基导电复合材料类似，在聚合物基体中，通常都需要高含量的导电填料来构建导电网络，从而实现电导率的改善，但不利于力学性能的提高，尤其是延展性(Polymers,2019,11(10)；Journal of Applied Polymer Science,2019,136(13):47273.)。此外，鉴于聚乳酸固有的脆性，平衡聚乳酸基复合材料的导电性和力学性能(强度和延展性)仍然是一个很大的挑战。
[0004]为了改进其缺点，人们常采用引入弹性体或刚性增韧填料对聚乳酸进行增韧改性(Polymers,2021,13(12)；Materials Today Communications,2019,19:374
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382.)，但通常面对强度下降或增韧效果不足的问题。相对而言，对聚乳酸基材进行退火拉伸调控材料多层次结构(如分子链堆砌、晶体结构等)也可以提高聚乳酸薄膜的综合力学性能(Biomacromolecules,2014,15(11),4054
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4064；Macromolecules,2019,52(14):5278
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5288.)。但通常情况下，拉伸外场的引入会导致导电网络的变形与破坏(European Polymer Journal,2009,45(10):2741
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2748.)，从而使聚乳酸基导电复合材料的电导率降低，导电性受到影响。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，使用“熔融挤出
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退火拉伸
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热处理”工艺制备一种在保持高导电性的前提下，兼具刚韧平衡的聚乳酸复合薄膜材料。其机理为熔融挤出聚乳酸/炭黑共混物后，得到聚乳酸基流延薄膜，之后在一定温度范围内(60～150℃)退火拉伸，通过改变拉伸辊转速，调节拉伸比，使聚乳酸的晶区与非晶区沿拉伸方向取向，并通过淬冷固定取向结构，使流延薄膜的强度与韧性得到较大改善，最后对拉伸薄膜进行
热处理，最终得到聚乳酸/炭黑复合薄膜。其中，调控拉伸外场作用下诱导的取向和结晶，可以实现聚乳酸/炭黑复合薄膜的增强增韧；随后热处理可以有效消除拉伸对导电网络的负面影响，并保持复合薄膜高强度高韧性的特性。
[0006]本专利技术用于实现上述目的的技术方案如下：
[0007]一种兼具高导电性与刚韧平衡聚乳酸复合薄膜，其特征在于，包括如下步骤：
[0008](1)原料干燥：将聚乳酸放置于除湿干燥机中充分干燥，炭黑无需干燥直接使用；
[0009](2)聚乳酸/炭黑共混物粒料制备：采用双螺杆挤出机将聚乳酸和炭黑熔融共混挤出并经造粒机造粒，得到聚乳酸/炭黑共混物粒料；
[0010](3)聚乳酸/炭黑共混物流延薄膜制备：将步骤(2)中的共混物粒料再次干燥后送至单螺杆挤出机中，熔融后通过狭缝口模挤出，经空气自然冷却后形成共混物流延薄膜；
[0011](4)聚乳酸/炭黑共混物拉伸薄膜制备：将步骤(3)所得共混物流延薄膜送至拉伸装置进行拉伸处理，通过改变拉伸装置的拉伸辊辊速差控制拉伸比，经退火辊淬冷形成聚乳酸/炭黑共混物拉伸薄膜；
[0012](5)聚乳酸/炭黑复合薄膜热处理：将步骤(4)所得共混物拉伸薄膜进行热处理，经淬冷形成最终聚乳酸/炭黑复合薄膜。
[0013]优选地，步骤(1)中，聚乳酸中右旋乳酸含量为2～12％，再优选2～4％，最优选2％。
[0014]优选地，步骤(2)中，炭黑和聚乳酸的质量比为(0.05～0.4):1，再优选(0.15～0.25):1，最优选0.25:1。
[0015]优选地，步骤(2)中，双螺杆挤出机从加料口到口模温度范围为150
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210℃，再优选160～200℃，最优选160
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190℃；螺杆转速为60～300r/min，再优选110～200r/min，最优选160r/min。
[0016]优选地，步骤(3)中，单螺杆挤出机从加料口到口模温度范围为170～220℃，再优选180～210℃，最优选180～200℃；螺杆转速为50～150r/min，再优选50～100r/min，最优选80r/min。
[0017]优选地，步骤(4)中，控制拉伸比为1.0
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7.0，再优选1.0～4.0，最优选3.0。
[0018]优选地，步骤(4)中，拉伸辊温度为60～150℃，再优选80～110℃，最优选90℃；拉伸辊转速为0.5～100.0m/min，再优选0.8～2.0m/min，最优选1.5m/min。
[0019]优选地，步骤(5)中，热处理温度为110～190℃，再优选130～170℃，最优选150℃。
[0020]有益效果
[0021]本专利技术提供的一种兼具高导电性与刚韧平衡聚乳酸复合薄膜及制备方法相比于现有方法，具有刚韧平衡，高导电性，制备生产工艺简单，适用于工业化大批量生产等优点。
[0022]本专利技术与现有技术相比，具有如下优点：
[0023](1)本专利技术通过向聚乳酸基体中添加炭黑形成导电网络来改善聚乳酸的导电性，同时耦合了拉伸流动场和温度场，这在
属于首创；
[0024](2)本专利技术在兼顾聚乳酸强度和韧性的同时，还使得聚乳酸具有优异的导电性，解决了传统导电高分子材料力学性能较差的缺点；
[0025](3)本专利技术制备的聚乳酸/炭黑复合薄膜，在150℃环境下也能保持自身电阻值的稳定，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种兼具高导电性与刚韧平衡聚乳酸复合薄膜及制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)原料干燥：将聚乳酸放置于除湿干燥机中充分干燥，炭黑无需干燥直接使用；(2)聚乳酸/炭黑共混物粒料制备：采用双螺杆挤出机将聚乳酸和炭黑在150～210℃熔融共混挤出并经造粒机造粒，得到聚乳酸/炭黑共混物粒料；(3)聚乳酸/炭黑共混物流延薄膜制备：将步骤(2)中的共混物粒料再次干燥后送至单螺杆挤出机中，170～220℃熔融后通过狭缝口模挤出，经空气自然冷却后形成共混物流延薄膜；(4)聚乳酸/炭黑共混物拉伸薄膜制备：将步骤(3)所得流延薄膜送至拉伸装置进行拉伸处理，通过改变拉伸装置的拉伸辊辊速差控制拉伸比，在60～150℃下进行退火拉伸，经退火辊淬冷形成聚乳酸/炭黑共混物拉伸薄膜；(5)聚乳酸/炭黑复合薄膜热处理：将步骤(4)所得拉伸薄膜在110～190℃进行热处理，经淬冷形成最终聚乳酸/炭黑复合薄膜。2.根据权利1要求所述的兼具高导...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟淦基，韦秋阳，林浩，雷军，黄华东，李忠明，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：