CN101142282B - 植物性树脂组合物以及植物性树脂成形体 - Google Patents

植物性树脂组合物以及植物性树脂成形体 Download PDF

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Abstract

本发明提供植物性树脂组合物，其含有聚乳酸、热塑性树脂以及相容性试剂。上述相容性试剂是以甲基丙烯酸烷基酯为单体成分的高分子材料，上述相容性试剂的重均分子量为95万以上、410万以下。另外上述甲基丙烯酸烷基酯优选是选自甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯和甲基丙烯酸丁酯的至少一种。通过使用该植物性树脂组合物形成植物性树脂形成体，可提高植物性树脂成形体的耐冲击性和耐热性。

Description

植物性树脂组合物以及植物性树脂成形体
技术领域
本发明涉及植物性树脂组合物和使用其而形成的植物性树脂成形体。
背景技术
近年来，因以石油为代表的化石资源大量消耗导致的枯竭和因二氧化碳浓度的增加导致的地球温度升高正成为问题。因此，采用来自植物的聚乳酸等的植物性树脂代替来自石油的常用树脂的做法正在世界上盛行。聚乳酸，是由无需担心枯竭的玉米等的植物制备的，即使废弃后因土壤中的微生物的作用可分解为无害的水和二氧化碳。另外，聚乳酸，是其焚烧产生的水和二氧化碳再通过光合成回到植物中的循环型的材料，对环境的负荷低。
最近，提出了以下的技术方案，即对于笔记本电脑、手提电话等的电子机器的壳体也使用以聚乳酸为主要成分的植物性树脂(参照专利文献1)。
但是，作为树脂的聚乳酸，虽然弯曲强度等的刚性大，但艾佐德(Izod)冲击强度等的耐冲击性差，负荷弯曲温度等的耐热性低，因此在电子机器的壳体上难以以单体使用。作为其解决方法之一，提出了用耐冲击性、耐热性优异的来自石油的热塑性树脂代替聚乳酸的一部分而形成的聚合物合金(参照专利文献2、专利文献3、专利文献4)。
专利文献1：特开2001-244645号公报
专利文献2：特开2003-138119号公报
专利文献3：特开2003-342452号公报
专利文献4：特开2004-277497号公报
在专利文献2中记载了配混聚乳酸、聚缩醛树脂以及丙烯酸树脂而形成的树脂组合物，提出了成形性、加工性、机械特性以及耐热性优异的树脂组合物。
在专利文献3中记载了含有聚乳酸类树脂、聚乳酸类树脂以外的脂肪族聚酯以及增塑剂的树脂组合物，提出了具有优异的耐冲击性、耐热性的树脂组合物。
在专利文献4中记载了含有聚乳酸类树脂、聚乳酸类树脂以外的脂肪族聚酯以及无机添加剂的树脂组合物，提出了对聚乳酸类树脂的耐冲击性以及耐热性进行改良了的树脂组合物。
上述的聚乳酸和热塑性树脂的聚合物合金，通常是经过在高温下熔融混合聚乳酸的粒料和热塑性树脂的粒料的混炼工序而得到。在该混炼工序中，如果没有微量且均匀地混合聚乳酸和热塑性树脂，则得到的聚合物合金的耐冲击性、耐热性等的特性得不到提高。以往，因为极性的有无等，在微量混合聚乳酸和热塑性树脂时存在很多障碍，难以形成理想的聚合物合金。因此，聚乳酸和热塑性树脂的聚合物合金，存在得不到所期待的耐冲击性、耐热性的问题。
发明内容
本发明提供微量且均匀地混合了聚乳酸和热塑性树脂而形成的耐冲击性以及耐热性高的植物性树脂组合物以及使用其而形成的植物性树脂成形体。
本发明的植物性树脂组合物，是含有聚乳酸、热塑性树脂和相容性试剂的植物性树脂组合物，其特征在于，上述相容性试剂是以甲基丙烯酸烷基酯为单体成分的高分子材料，上述相容性试剂的重均分子量为95万以上、410万以下。
另外，本发明的植物性树脂成形体，是由含有聚乳酸、热塑性树脂和相容性试剂的植物性树脂组合物形成的植物性树脂成形体，其特征在于，上述相容性试剂是以甲基丙烯酸烷基酯为单体成分的高分子材料，上述相容性试剂的重均分子量为95万以上、410万以下。
本发明通过具有上述构成，可提供耐冲击性以及耐热性高的含有聚乳酸的植物性树脂组合物以及使用其而形成的植物性树脂成形体。
附图说明
图1是表示本发明的植物性树脂成形体的一个例子的笔记本电脑用壳体的主视图。
具体实施方式
本发明的植物性树脂组合物的一个例子，是含有聚乳酸、热塑性树脂和相容性试剂的聚合物合金，相容性试剂是以甲基丙烯酸烷基酯为单体成分的高分子材料，相容性试剂的重均分子量为95万以上、410万以下。
另外，本发明的植物性树脂成形体的一个例子，是由上述植物性树脂组合物形成的植物性树脂成形体。
聚乳酸是来自植物的植物性(生物降解性)树脂，通过使用含该聚乳酸的树脂制作成形体，可赋予该成形体生物降解性。由此，该成形体即使原样废弃于土地中，因土地中存在的微生物其大部分分解成对自然无害的水和二氧化碳。另外，该成形体即使燃烧，燃烧热小，不易损伤炉子，除此之外二
Figure 2005800490669_0
英等有害物质的产生少，因此环境负荷小，对环境非常好。
上述聚乳酸的分子量、分子量分布只要在实际中可进行成形加工，就不受特别限定，作为重均分子量，优选1万以上，更优选4万以上，特别优选8万以上。
另外，上述树脂组合物，含有以甲基丙烯酸烷基酯为单体成分、重均分子量为95万以上、410万以下的高分子材料作为相容性试剂，因此聚乳酸和热塑性树脂微量且均匀地混合，具有高的耐冲击性和耐热性。
为了与聚乳酸相比进一步提高上述树脂组合物的耐冲击性，相容性试剂的重均分子量为95万以上、410万以下是必要的。
作为上述相容性试剂的单体成分的甲基丙烯酸烷基酯，优选选自甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯以及甲基丙烯酸丁酯的至少一种。可认为这些物质通过聚合形成长链，和作为基质树脂的聚乳酸以及热塑性树脂的分子缠绕，由此形成模拟交联状态，可提高基质树脂的耐冲击性和耐热性。相容性试剂，可以是上述单体成分的均聚物，也可以是共聚物。
上述相容性试剂的重量混合率，相对于上述树脂组合物的全部重量为5重量％以上、15重量％以下。这是因为如果在该范围内，可进一步提高树脂组合物的耐冲击性。
作为上述热塑性树脂，只要是耐冲击性和耐热性比聚乳酸的还高，就不受特别限定，优选选自聚碳酸酯、ABS树脂、聚碳酸酯-ABS树脂合金、聚苯乙烯、高抗冲聚苯乙烯、改性聚苯醚、聚对苯二甲酸丁二酯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚缩醛、聚酰胺、聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯以及聚乙烯的至少一种树脂。这是因为这些物质与聚乳酸相比耐冲击性和耐热性充分地高。
聚乳酸和热塑性树脂的重量混合比优选4∶6～3∶7，更优选3.5∶6.5～3∶7，这是因为如果在该范围内，就可以一起更有效地发挥聚乳酸的特性和热塑性树脂的特性。
在上述树脂组合物中，为了进行聚乳酸的结晶化、提高刚性和耐热性，优选配混结晶核剂。结晶核剂有有机类核剂和无机类核剂，作为有机类核剂，有例如苯甲酸金属盐、有机磷酸酯金属盐等，作为无机类核剂，有例如滑石、云母、蒙脱土、高岭土等。
上述树脂组合物中，优选进一步添加有机硅类阻燃剂、有机金属盐类阻燃剂、有机磷类阻燃剂、金属氧化物类阻燃剂、金属氢氧化物类阻燃剂等。由此阻燃性提高、可抑制燃烧蔓延，同时树脂组合物的流动性提高，可确保更优异的成形性。
在上述树脂组合物中，优选进一步添加乳酸类聚酯作为改性剂。由此不仅耐冲击性提高，而且阻燃化效果也提高。作为该乳酸类聚酯，可使用对乳酸和二羧酸以及二醇进行共聚而形成的聚合物。作为该二羧酸，可例举例如琥珀酸、己二酸、癸二酸、癸烷二羧酸、环己烷二羧酸、邻苯二甲酸、对苯二甲酸、间苯二甲酸等。另外，作为二醇，可例举例如乙二醇、丙二醇、1，3-丙二醇、1，4-丁二醇、1，5-戊二醇、1，6-己二醇等。
在上述树脂组合物中，优选进一步添加麻纤维、甲壳质·壳聚糖、椰子壳纤维、洋麻、由这些物质衍生的短纤维(长为10mm以下)、由这些物质衍生的粉体等作为填充剂。由此，可进一步提高成形体的刚性以及耐热性。另外这些物质是天然材料，不会降低成形体的植物性。
在上述树脂组合物中，优选进一步添加玻璃纤维、碳纤维、玻璃薄片、玻璃珠粒等作为填充剂。由此，可进一步增大成形体的刚性、艾佐德冲击强度。
在上述树脂组合物中也可进一步配混增塑剂、耐候性改善剂、抗氧化剂、热稳定剂、光稳定剂、紫外线吸收剂、润滑剂、脱模剂、颜料、着色剂、各种填料、防静电剂、香料、发泡剂、抗菌·防霉剂等作为添加剂。通过这些物质的添加，进一步改善耐冲击性、耐热性、刚性等，同时也可赋予其它特性。在选择这些添加剂时，鉴于聚乳酸类聚合物合金的特性，优选选择对生物无害、不会因燃烧产生有害气体等对环境低负荷的材料。
另外，本发明的植物性树脂成形体包括例如笔记本电脑、手提电话等电子机器的植物性树脂壳体。图1是表示本发明的植物性树脂成形体的一个例子的笔记本电脑用壳体的主视图。图1的壳体通过注射成形而形成。
以下对于本发明的植物性树脂组合物以及植物性树脂成形体的制造方法的实施方式进行说明。本发明的植物性树脂组合物的制造方法的一个例子包括以下工序，即向以重量混合比为4∶6～3∶7的比例混合了聚乳酸的粒料和热塑性树脂的粒料的混合物中再混合上述的相容性试剂的工序和混炼该混合物的工序。
作为混合方法，也可以是分别干混聚乳酸的粒料、热塑性树脂的粒料和相容性试剂进行混合，另外，也可以将相容性试剂的一部分预先混合到聚乳酸或者热塑性树脂的粒料中，干混剩余的相容性试剂和聚乳酸的粒料、热塑性树脂的粒料进行混合。作为混合机，可使用轧辊、斑伯里混炼机、高速混合机(super mixer)等。相容性试剂的重量混合率，相对于树脂组合物的全部重量为5重量％～15重量％。
混炼可使用挤出机进行。作为挤出机，可使用单轴挤出机、双轴挤出机的任意一种。优选使用同方向双轴挤出机。这是因为可以更均匀地混合树脂粒料和相容性试剂。熔融温度为210℃～230℃以下。
而且，相容性试剂也可以使用侧面进料等供给到单轴挤出机或者双轴挤出机。
另外，本发明的植物性树脂成形体的制造方法的一个例子，包括通过注射成形、挤出成形、吹塑成形、真空成形、压缩成形等对上述树脂组合物进行成形的工序。作为成形条件，在例如注射成形的情况下，可如下进行设定。注射成形前的树脂组合物的干燥条件是干燥温度为70℃～100℃，干燥时间为4小时～6小时。另外，注射成形时的模具温度为10℃～85℃，料桶温度(cylindert emperature)为210℃～230℃、冷却时间为10秒～90秒。
以下根据实施例具体说明本发明。
(实施例1)
<树脂组合物的制作>
在80℃下干燥三井化学社制的聚乳酸(PLA)粒料“レィシァH-100J”(商品名)5小时。另外，在100℃下干燥ダィセルポリマ一社制的聚碳酸酯-ABS树脂合金(PC/ABS)粒料“ノバロンS1100”(商品名)4小时。进而准备三菱レィョン社制的甲基丙烯酸甲酯(MMA)类相容性试剂粉末“メタブレンP-551A”(商品名，重均分子量：145万)。
混合上述PLA粒料27重量份、上述PC/ABS粒料63重量份和上述MMA类相容性试剂粉末10重量份，使用テクノベル(TECHNOVEL)社制的同方向旋转完全啮合型双弯曲(bent)型双轴挤出机“KZW-30MG”(商品名)，在熔融温度为230℃下进行混炼。混炼后，从挤出机的喷嘴将熔融物挤出为丝束(strand)状，水冷却后用造粒机切断，制作本实施例的粒料状的树脂组合物(聚乳酸类聚合物合金)。
PLA粒料和PC/ABS粒料的重量混合比为PLA粒料：PC/ABS粒料＝27∶63＝3∶7。另外，MMA类相容性试剂粉末的重量混合率相对于树脂组合物的全部重量为10重量(wt)％。
<艾佐德冲击强度的测定>
在90℃下干燥上述粒料状的树脂组合物5小时后，在模具温度为80℃、料桶温度为220℃、冷却时间30秒进行注射成形而得到JIS Z2204 1号试验片(12mm×127mm×3.2mm)，对该试验片进行加工，成形为JIS Z 22042号A试验片(12mm×64mm×3.2mm，切口(notch)为2.54mm)，测定艾佐德冲击强度。具体而言，使用东洋精机制作所制的艾佐德冲击试验机“B-121202403”(商品名)，根据JIS K 7110进行艾佐德冲击试验。其结果示于表1。
<弯曲强度的测定>
在90℃下干燥上述粒料状的树脂组合物5小时后，在模具温度为80℃、料桶温度为220℃、冷却时间30秒下进行注射成形，成形为JISZ 22041号试验片(12mm×127mm×3.2mm)，测定了弯曲强度。具体而言，使用ィンストロン社制的万能试验机“INSTORON5581”(商品名)、根据JIS K 7203进行弯曲强度试验。其结果作为弯曲弹性模量示于表1。
<负荷弯曲温度的测定>
在90℃下干燥上述粒料状的树脂组合物5小时后，在模具温度为80℃、料桶温度220℃、冷却时间30秒下进行注射成形，成形为JIS Z22041号试验片(12mm×127mm×3.2mm)，测定了负荷弯曲温度。具体而言，使用安田精机制作所制的ヒ一トデスト一ションテスタ“148HD-PC”(商品名)、除了试验片的大小以外，其余根据JIS K 7220进行负荷弯曲温度试验。其结果示于表1。
(比较例1)
除了不使用MMA类相容性试剂粉末以外，其余和实施例1同样制作树脂组合物。和实施例1同样分别测定了艾佐德冲击强度、弯曲强度以及负荷弯曲温度。其结果示于表1。
(比较例2)
准备只由实施例1中使用的PLA粒料组成的树脂组合物，和实施例1同样分别测定了艾佐德冲击强度、弯曲强度以及负荷弯曲温度。
其结果示于表1。
[表1]
相容性试剂的比例(wt％) 艾佐德冲击强度(kgf·cm/cm) 弯曲弹性模量(kgf/cm2) 负荷弯曲温度(℃)
实施例1     10     13.3     28848     78.7
比较例1     -     1.7     28805     80.0
比较例2     -     3.1     36847     50.0
从表1可知，使用了相容性试剂的实施例1的艾佐德冲击强度与没有使用相容性试剂的比较例1相比，提高了7.8倍以上，与只使用了聚乳酸的比较例2相比，提高了4.2倍以上。另外，实施例1的弯曲弹性模量，虽然与比较例2相比稍低，但例如作为电子机器壳体用其强度是充分的。而且，实施例1的负荷弯曲温度比比较例2的高，如上所述可知，实施例1的聚乳酸类聚合物合金，与比较例2的单独聚乳酸相比，可提高耐冲击性以及耐热性。
<相容性试剂的分子量的最优化>
除了改变MMA类相容性试剂粉末的重均分子量以外，其余和实施例1同样制作树脂组合物。和实施例1同样分别测定了艾佐德冲击强度、弯曲强度以及负荷弯曲温度。另外，作为重均分子量为1000万以上的参考例，同样对添加了丙烯酸树脂的组合物进行了测定。其结果示于表2。予以说明的是，在表2中，重均分子量为145万的例子相当于实施例1，没有表示重均分子量的例子相当于比较例1。
[表2]
  重均分子量 艾佐德冲击强度(kgf·cm/cm) 弯曲弹性模量(kgf/cm2) 负荷弯曲温度(℃)
  1000万以上     1.9     29985     78.1
  410万     11.1     28483     81.0
  360万     11.2     29079     79.1
  145万     13.3     28848     78.7
  95万     6.4     28750     76.7
  28万     4.6     27220     76.6
  -     1.7     28805     80.0
因为单独聚乳酸的艾佐德冲击强度为约3kgf·cm/cm，为了获得比聚乳酸高2倍以上的高耐冲击性，从表2可知，向树脂组合物中添加的相容性试剂的重均分子量有必要为95万以上、410万以下。予以说明的是，弯曲弹性模量和负荷弯曲温度，没有大的变化。
<相容性试剂的重量混合率的最优化>
除了改变MMA类相容性试剂粉末的重量混合率以外，其余和实施例1同样制作树脂组合物，和实施例1同样分别测定了艾佐德耐冲击强度、弯曲强度以及负荷弯曲温度。其结果示于表3。予以说明的是，在表3中，重量混合率为10wt％的例子相当于实施例1，重量混合率为0wt％的例子相当于比较例1。
[表3]
  重量混合率(wt％) 艾佐德冲击强度(kgf·cm/cm) 弯曲弹性模量(kgf/cm2) 负荷弯曲温度(℃)
    0     1.7     28805     80.0
    2     3.5     28775     79.0
    5     9.0     29312     80.4
    10     13.3     28848     78.7
    15     11.8     29148     75.1
从表3可知，相容性试剂的重量混合率，相对于树脂组合物的全部重量，优选5wt％以上、15wt％以下。予以说明的是，弯曲弹性模量和负荷弯曲温度没有大的变化。
<聚乳酸和热塑性树脂的重量混合比的最优化>
除了改变PLA粒料和PC/ABC粒料的重量混合比和使用三菱レィョン社制的甲基丙烯酸甲酯(MMA)类相容性试剂的重均分子量为410万的“メタブレンP-531A“(商品名)以外，和实施例1同样制作树脂组合物，和实施例1同样分别测定了艾佐德冲击强度、弯曲弹性模量以及负荷弯曲温度。其结果示于表4。予以说明的是，只有PC/ABC的例子相当于比较例1，只有PLA的例子，相当于比较例2。
[表4]
  PLA：PC/ABC  艾佐德冲击强度(kgf·cm/cm)  弯曲弹性模量(kgf/cm2)  负荷弯曲温度(℃)
  只有PLA     3.1     36847     50.0
  4∶6     4.4     30168     63.6
  3.5∶6.5     6.0     29467     70.8
  3∶7     11.8     29151     81.4
  只有PC/ABC     1.7     28805     80.0
从表4可知，聚乳酸和热塑性树脂的重量混合比优选4∶6～3∶7。更优选3.5∶6.5～3∶7。
如上所述，根据本发明，可提供耐冲击性以及耐热性高的植物性树脂组合物以及使用其而形成的植物性树脂成形体，可提高由植物性树脂组合物形成的以笔记本电脑、手提电话等为代表的电子机器用壳体的耐冲击性以及耐热性。

Claims (10)

1.植物性树脂组合物，其中，含有聚乳酸、热塑性树脂、相容性试剂和阻燃剂，其特征在于，所述阻燃剂是选自有机硅类阻燃剂、有机金属盐类阻燃剂、金属氧化物类阻燃剂和金属氢氧化物类阻燃剂的至少一种，上述相容性试剂是以甲基丙烯酸烷基酯为单体成分的高分子材料，上述相容性试剂的重均分子量为95万以上、410万以下，上述热塑性树脂是选自聚碳酸酯、ABS树脂、聚碳酸酯-ABS树脂合金、聚苯乙烯、改性聚苯醚、聚对苯二甲酸丁二酯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚酰胺、聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯以及聚乙烯的至少一种。
2.权利要求1所述的植物性树脂组合物，其中，上述甲基丙烯酸烷基酯是选自甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯以及甲基丙烯酸丁酯的至少一种。
3.权利要求1所述的植物性树脂组合物，其中，上述相容性试剂的重量混合率，相对于上述树脂组合物的全部重量为5重量％以上、15重量％以下。
4.权利要求1所述的植物性树脂组合物，其中所述聚苯乙烯是高抗冲聚苯乙烯。
5.权利要求1所述的植物性树脂组合物，其中，上述聚乳酸和上述热塑性树脂的重量混合比为4∶6～3∶7。
6.植物性树脂成形体，其是由含有聚乳酸、热塑性树脂、相容性试剂和阻燃剂的植物性树脂组合物形成的植物性树脂成形体，其特征在于，
所述阻燃剂是选自有机硅类阻燃剂、有机金属盐类阻燃剂、金属氧化物类阻燃剂和金属氢氧化物类阻燃剂的至少一种，
上述相容性试剂是以甲基丙烯酸烷基酯为单体成分的高分子材料，
上述相容性试剂的重均分子量为95万以上、410万以下，
上述热塑性树脂是选自聚碳酸酯、ABS树脂、聚碳酸酯-ABS树脂合金、聚苯乙烯、改性聚苯醚、聚对苯二甲酸丁二酯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚酰胺、聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯以及聚乙烯的至少一种。
7.权利要求6所述的植物性树脂成形体，其中，上述甲基丙烯酸烷基酯是选自甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯以及甲基丙烯酸丁酯的至少一种。
8.权利要求6所述的植物性树脂成形体，其中，上述相容性试剂的重量混合率，相对于上述树脂组合物的全部重量为5重量％以上、15重量％以下。
9.权利要求6所述的植物性树脂成形体，其中所述聚苯乙烯是高抗冲聚苯乙烯。
10.权利要求6所述的植物性树脂成形体，其中上述聚乳酸和上述热塑性树脂的重量混合比为4∶6～3∶7。
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