[发明专利]一种低介电常数和高强韧的聚乳酸多孔薄膜及其制备方法

说明书

本发明提供了一种低介电常数和高强韧的聚乳酸多孔薄膜及其制备方法，属于生物可降解高分子多孔材料技术领域。本发明所述的方法只利用简单的挤出流延和拉伸工艺就可以实现聚乳酸多孔薄膜的大批量生产，制备过程中不需要加入任何其他组分，解决了现有技术需要有毒有害的试剂和生产效率低等问题。同时本发明所述的聚乳酸多孔薄膜具有轻质(密度低至0.99g·cmsupgt;‑3/supgt;)、低介电常数和低介电损耗(1kHz下的介电常数最低为2.48，介电损耗最低为0.004)、高强度和高韧性(断裂强度为164.7MPa以上，杨氏模量为3.2GPa以上，断裂伸长率为12.4％以上)、良好的柔性等优势，有望作为下一代可持续的电介质层材料。

技术领域

本发明涉及聚乳酸多孔薄膜材料及其制备方法，属于生物可降解高分子多孔材料技术领域，特别涉及一种轻质、低介电常数和低介电损耗、高强度和韧性的聚乳酸多孔薄膜材料及其制备方法。

背景技术

聚乳酸是一种来源于可再生资源的热塑性脂肪族聚酯，具有优良的生物相容性、生物降解性和较高的力学强度和加工性能，因此聚乳酸可以采用挤出、注塑等通用的熔融加工方法，便捷地制备成多种制品，有望取代传统的石油基高分子(Progress in polymerscience,2008,33(8),820-852)。

具有多孔结构的结构或功能聚合物材料，已经在过滤、隔热、吸声和电介质等领域广泛应用。在聚乳酸中引入多孔结构可以进一步赋予聚乳酸多种性能和拓宽聚乳酸的应用范围。目前，聚乳酸多孔材料的制备方法主要包括气体发泡法、相分离法、双模板法、静电纺丝法等。这些聚乳酸多孔材料的制备方法具有各自的特点，例如：相分离法，特别是非溶剂诱导相分离法制备的聚乳酸多孔材料具有开孔结构、可以用于油水分离和自清洁(Chemical Engineering Journal,2020,397,125297；ACS Sustainable ChemistryEngineering,2019,7(13),11885-11893)；静电纺丝法是制备具有微/纳多孔结构的纤维和纤维毡的有效手段，在空气过滤和生物可吸收支架等领域有广阔的应用前景(ACS appliedmaterialsinterfaces,2019,11(49),46261-46268)。但这些方法不可避免地存在生产效率低，很难应用于工业生产以及使用有毒有害溶剂等问题，不利于环保和生产安全。

通过无需溶剂的干法拉伸加工制备聚合物多孔材料更加简单高效，已经在聚丙烯、聚四氟乙烯等硬弹性聚合物中得到在实际应用和生产(Composites Part A:AppliedScience and Manufacturing,2018,112,423-431)，相较于硬弹性聚合物而言，聚乳酸固有的刚性分子链和结晶速率低限制了其在拉伸加工中的应用。韩立晶等(一种聚乳酸多级孔材料及其制备方法[P].吉林：CN109370179B,2020-02-14)提出将有机或者无机纳米粒子(二氧化硅粒子、淀粉粒子)等加入聚乳酸中，通过拉伸使薄弱的两相界面形成孔洞，制备具有连通的微孔和大孔结构的聚乳酸多孔材料，力学性能较好，隔热性能得到改善。但纳米粒子的加入，不仅需要增加移除掉纳米粒子的后处理步骤，使工艺流程更加复杂，还有可能破坏聚乳酸材料本身的生物可降解性和生物相容性。因此，如何在不加入其他组分的前提下，用可以工业化的高效拉伸加工手段实现聚乳酸多孔材料的制备，仍然是一个巨大的挑战。

发明内容

本发明的目的是解决现有聚乳酸多孔材料制备方法引入有毒有害的有机溶剂技术和现有技术生产效率低的不足问题，提供一种具有轻质、低介电常数和低介电损耗、高强度和韧性的聚乳酸多孔薄膜材料及其制备方法。

其基本原理为首先将聚乳酸粒料熔融挤出后淬冷，得到聚乳酸的流延薄膜。之后一定温度范围内的拉伸使得聚乳酸的分子链取向形成晶体结构并进一步借助晶体破碎和非晶分子链的破坏过程而诱发多孔结构形成。通过改变拉伸辊转速，调整拉伸程度，得到聚乳酸多孔薄膜。其中，改变拉伸强度大小以诱导取向结晶程度及孔洞结构的形成，是获得高性能(轻质、低介电常数和低介电损耗、高强度和韧性)聚乳酸多孔薄膜的关键。