CN101337416A - 耐热性聚乳酸树脂射出成型品的制造方法 - Google Patents

Abstract

一种耐热性聚乳酸树脂射出成型品的制造方法，包含下列步骤：将一含有聚乳酸原料与成核剂组份的混合物送至一射出成型机以初步成型为一半成品后，使该半成品快速冷却至一预定温度以下，再自模具中取出，并将该半成品移到一加热装置进行再加热，于100℃～150℃的温度范围下进行加热，以制得一成型品，加热完成后，将成型品冷却到聚乳酸原料的玻璃转移温度以下并取出，以获得该耐热性射出成型品。借由再加热处理，除了使半成品借由再结晶仍形成稳定的结构外，还能够减少半成品占用成型模具的时间，而能有效增加制程效率与减少生产成本。

Description

耐热性聚乳酸树脂射出成型品的制造方法

技术领域

本发明涉及一种聚乳酸树脂成型品的制造方法，特别是涉及一种耐热性聚乳酸树脂射出成型品的制造方法。

背景技术

以石油为原料的高分子聚合物材料虽广泛被制成日常生活用品，但此类高分子聚合物，例如，聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯等，使用后很难再回收利用，且由于其结构稳定，不易在自然环境中被分解，对环境造成极大的冲击，因此对于高分子聚合物的回收机制与可分解的高分子聚合物的研究也越来越重要。

其中，聚乳酸(polylactic acid，简称为PLA，亦称为聚丙交酯)是目前研究应用相对较多的一种降解材料，它是以淀粉发酵或化学合成得到的乳酸为基本原料制备得到的一种较不会危害到环境的材料，除了生物可分解的特性外，聚乳酸还具有良好的机械特性、加工方便，且容易取得材料来源等优点。其应用十分广泛，经过加工后能够制成各种民生与卫生医疗用品，例如，快餐饭盒、无纺布、保健织物、地垫、免拆型手术缝合线等。

但一般聚乳酸树脂产品，由于聚乳酸的软化点温度(glass transition，亦称为玻璃转移温度)约为60℃，所制成的产品以货车运输时，由于货舱为密闭空间，白天受热后温度易持续上升高达50℃以上，导致置于货舱中的产品会因不耐热而产生软化变形的情形；或者，当该聚乳酸树脂产品在使用时必须与高温物品相接触时，例如，以聚乳酸餐盒盛接饭菜时，刚煮好的饭菜温度多高于50℃以上，与该餐盒接触时，容易导致餐盒变形而不耐使用，导致现有聚乳酸树脂产品具有不利于长途运输储藏，与使用范围较有限的缺点。

为了改善上述缺点，会在聚乳酸原料中再加入成核剂(nucleic agent)以增加聚合物的结晶度，进而提高该聚乳酸树脂产品的热变形温度，通常添加有成核剂的聚乳酸树脂产品，其热变形温度能够提高至110℃～150℃，参阅图1，在此以射出成型品为例说明其制造方法，包含下列步骤：

步骤101为射出成型，是将一含有聚乳酸原料与成核剂的混合物搅拌均匀后，送入一射出成型机配合使用一射出模具制得一半成品。

步骤102为冷却与制得一成型品，是使该半成品留在该射出模具中，控制其降温速度，使该半成品于一定时间内形成均匀且大量的结晶，直到该半成品的温度降至聚乳酸的玻璃转移点温度以下(通常是使该射出半成品降温至50℃以下)为止，则能够制得该射出成型品，此时，就能够将该成型品自该射出模具中取出。

虽然在聚乳酸原料中添加成核剂的制程，能够制出具有较高热变形温度而耐热性较佳的聚乳酸树脂射出成型品，但实际仍存有下列缺失：

一、当该混合物射出成型为该射出半成品后，必须让该射出半成品缓慢冷却，而必须在该射出模具内停留较长的时间，否则会造成结晶不佳而影响最终产品的耐热性与机械强度，由于该射出半成品必须留在该射出模具内使其温度缓慢降低至使聚乳酸形成完美结晶，导致射出制程所费时间相对冗长，且由于该模具必须等该半成品降至适温，并将所制得的成型品取出后才能再进行下一个射出程序，使该现有的制造方法相对具有制程效率较差的缺点。

二、由于该半成品在该模具中必须缓慢且稳定地降温为该成型品后才能取出，除了制程效率会受限外，由于所花费的时间成本较高，使所制得的耐热性聚乳酸树脂射出成型品的成本也较高，而较不利于推广使用。

发明内容

本发明的目的是在提供一种制程效率较高，且仍然能够保持所制出成型品的耐热性与机械强度的耐热性聚乳酸树脂射出成型品的制造方法。

于是，本发明耐热性聚乳酸树脂射出成型品的制造方法包含有下列步骤：

一、初步成型，将一包含有聚乳酸原料与成核剂组份的混合物搅拌均匀后，送至一射出成型机配合一射出模具成型为一半成品；

二、冷却，使该半成品快速冷却至一预定温度以下后，将该半成品自该射出模具中取出；

三、再加热，将该半成品移到一加热装置内，并于100℃～150℃的温度范围内加热3分钟～30分钟，以制得一成型品；

四、冷却，使该成型品冷却到聚乳酸原料的玻璃转移温度以下并取出，就能获得该耐热性射出成型品。

本发明的有益效果在于：即使该半成品因为快速降温而产生结晶度不足的现象，仍然能够透过步骤三再加热的后处理制程，使该半成品能够透过再结晶程序形成结晶度较高的稳定结构，此外，由于该半成品被快速降温后就能自该射出模具取出，使该射出模具被占用时间大幅降低，并能接着再供下一批次的射出制程使用，使本发明相对具有能提升制程效率，且仍然能够维持该射出成型品较佳的耐热性与机械强度的特性与优点。

附图说明

图1是一说明现有的一耐热性聚乳酸树脂射出成型品的制造方法的流程图；

图2是一说明本发明耐热性聚乳酸树脂射出成型品的制造方法一第一较佳实施例的流程图；

图3是一说明本发明耐热性聚乳酸树脂射出成型品的制造方法一第二较佳实施例的流程图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行详细说明：

参阅图2，本发明耐热性聚乳酸树脂射出成型品的制造方法一第一较佳实施例，包含下列步骤：

步骤201为初步成型，是将一包含有聚乳酸原料与成核剂组份的混合物搅拌均匀后，送至一射出成型机配合一射出模具成型为一半成品。

其中，该成核剂可依制程设计与产品规格选用有机成核剂或无机成核剂，该无机成核剂是一选自于下列群组中的物质：黏土(clay)、云母(mica)、硅酸盐类、碳酸钙(CaCO3)、二氧化硅(silica)、滑石(talc)，以及其等的组合。且该成核剂组份是经过奈米化与微粒化为小粒径的粉粒，以利于提升其与聚乳酸的成核效率。

在该第一较佳实施例中，是将该混合物射出形成板材型式的半成品，但该半成品的型式不应该受到限制，也可以配合射出模具的设计，使该半成品成型为不同的立体结构。

步骤202为冷却，是使该半成品快速冷却至一预定温度以下后，将该半成品自该射出模具中取出。

所使用的冷却方式可以配合该射出模具的设计选用水冷、气冷或冷媒冷却，皆能使该半成品降温，一般是使该半成品降温到50℃以下，所使用的降温方式不受到限制，其主要目的是借由使该半成品快速降温，以便其能较快地自该射出模具中被取出，进而减少该半成品占用该射出模具的时间，及避免制程受到延宕，使该成型机与该射出模具又能够再供混合物射出充填并成型为下一个半成品。

步骤203为再加热，是将该半成品移到一加热装置内，并于100℃～150℃的温度范围内加热3分钟～30分钟，以使该半成品进一步再结晶为一成型品。

此步骤为借由再加热对该半成品进行后处理，使该半成品虽然可能因为快速降温而发生结晶度不足的情形，仍能透过再加热处理而进行再结晶，进而形成结晶度较高的稳定结构，使最终产品的耐热性与机械强度不致受影响。在该较佳实施例中所使用的加热装置为烘箱，并能配合产品特性分别采用将该半成品置于一输送带上，再使该输送带通过烘箱的连续式加热方式，或将不同批次的半成品一起置入烘箱内进行预定时间的加热后，再一起取出的批次式加热方式。

步骤204为冷却，是使该成型品冷却到聚乳酸原料的玻璃转移温度以下并取出，就能获得该耐热性射出成型品。

在该较佳实施例中，配合聚乳酸的玻璃转移温度约为60℃左右，较佳是使该成型品冷却到60℃以下，更佳则是使该成型品冷却到50℃以下。

值得说明的是，在步骤204中，该成型品的冷却方式也可以选用水冷、气冷或冷媒冷却来达到降温的效果，或者也可以静置使其自然冷却，最终都能获得结晶度较高且耐热性佳的聚乳酸树脂射出成型品，由于在步骤203的再加热处理中，已足以使该半成品通过再结晶程序形成结晶度较高、结构稳定的成型品，所以步骤204的冷却处理，不见得要如现有的方式一般，必须控制冷却速度使该成型品冷却到预定温度以下，但是在该第一较佳实施例中，即使是采用缓慢的自然冷却方式，由于该半成品已被移出该射出模具，并不会有因占用射出模具而影响到步骤201与步骤202的制程顺畅度与速度的问题，仍然能够提高产品的生产效率，进而降低生产成本。

参阅图3，为本发明耐热性聚乳酸树脂射出成型品的制造方法一第二较佳实施例，该第二较佳实施例与该第一较佳实施例的制程步骤大致相同，主要差别在于：该第一较佳实施例是适用于呈板材型式的射出成型品，该第二较佳实施例则是适用于呈特定立体形状的成型品，因此该第二较佳实施例于该半成品冷却并自模具取出后，是将该半成品先放置在一定型模具上，该第二较佳实施例包含下列步骤：

步骤301为初步成型，是将一包含有聚乳酸原料与成核剂组份的混合物搅拌均匀后，送至一射出成型机配合一射出模具成型为一半成品。其中，该半成品是呈具有预定形状的立体结构型式。

步骤302为冷却，是使该半成品快速冷却至一预定温度以下后，将该半成品自该射出模具中取出。

步骤303是将该半成品移置到一定型模具上，且该定型模具是对应该半成品的成型形状设置。该定型模具主要是为提供该半成品支撑定型的功能，以免该半成品在加热过程中，因高温而产生变形。

步骤304为再加热，是将该半成品连同该定型模具一起移到一加热装置内，并于100℃～150℃的温度范围内加热3分钟～30分钟，以使该半成品进一步再结晶为一成型品。

步骤305为冷却，是使该成型品冷却到聚乳酸原料的玻璃转移温度以下，再将该成型品自该定型模具取下，就能获得该耐热性射出成型品。

在该第二较佳实施例，步骤301、302、304、305的制程条件，例如冷却方式、加热装置、冷却温度等皆与该第一较佳实施例的步骤201～204的条件相同，故在此不再赘述。

经由以上的说明能够得知，本发明耐热性聚乳酸树脂射出成型品的制造方法能够获致下述的功效及优点，故确实能达到本发明的目的：

一、当该混合物射出成型为该半成品后，由于该半成品能够借由后续的再加热形成结晶度较高的结构，因此能够先以快速冷却的方式，让该半成品降温到聚乳酸的玻璃转移温度以下，就能将该半成品取出，以减少该半成品停留在该射出模具的时间，使该射出模具能再继续供新的原物料进行射出成型程序，能够大幅减少制程时间，使本发明的制造方法相对具有制程效率较高、能够增加单位时间的产品产量，及降低生产成本的优点。

二、透过再加热处理，使该半成品在初步成型时由于快速冷却所造成的结晶度不足问题能够确实获得改善，并再形成结晶度较高与结构稳定的成型品，且所制得的成型品与一般加成核剂制程所制得的聚乳酸树脂成型品一样，具有能够耐高温(约110℃～150℃)的特性，而能有效提升该聚乳酸树脂成型品的应用范围，且透过再加热的后处理，除了避免该半成品占用射出模具的时间过久，还能进一步减少时间成本与生产成本，使本发明制造方法所制得的耐热性聚乳酸树脂射出成型品不但无损于其耐热性与机械强度，且由于成本相对较低，容易为使用者接受而有利于推广使用。

Claims (11)

1.一种耐热性聚乳酸树脂射出成型品的制造方法，其特征在于：该制造方法包含有下列步骤：

一、初步成型，将一包含有聚乳酸原料与成核剂组份的混合物搅拌均匀后，送至一射出成型机配合一射出模具成型为一半成品；

二、冷却，使该半成品快速冷却至一预定温度以下后，将该半成品自该射出模具中取出；

三、再加热，将该半成品移到一加热装置内，并在100℃～150℃的温度范围内进行一预定时间的加热，以制得一成型品；

四、冷却，使该成型品冷却到聚乳酸原料的玻璃转移温度以下并取出，就能获得该耐热性射出成型品。

2.如权利要求1所述的耐热性聚乳酸树脂射出成型品的制造方法，其特征在于：在步骤三中的该半成品是在100℃～150℃的温度范围内加热3～30分钟，以制得该成型品。

3.如权利要求2所述的耐热性聚乳酸树脂射出成型品的制造方法，其特征在于：步骤一中的成核剂组份是选自于无机成核剂或有机成核剂。

4.如权利要求3所述的耐热性聚乳酸树脂射出成型品的制造方法，其特征在于：该成核剂组份是选用无机成核剂，且该无机成核剂是一选自于下列群组中的物质：粘土、云母、硅酸盐类、碳酸钙、二氧化硅、滑石，以及其等的组合。

5.如权利要求4所述的耐热性聚乳酸树脂射出成型品的制造方法，其特征在于：该成核剂组份是再经奈米化或微粒化以制成小粒径的成分。

6.如权利要求5所述的耐热性聚乳酸树脂射出成型品的制造方法，其特征在于：在步骤一中的该半成品是呈板材型式。

7.如权利要求6所述的耐热性聚乳酸树脂射出成型品的制造方法，其特征在于：在步骤四中的该成型品是被冷却到50℃以下。。

8.如权利要求5所述的耐热性聚乳酸树脂射出成型品的制造方法，其特征在于：在步骤一中的该半成品是呈具有预定形状的立体结构型式。

9.如权利要求8所述的耐热性聚乳酸树脂射出成型品的制造方法，其特征在于：该制造方法还包含一在步骤二以后的步骤二-(一)，步骤二-(一)是将该半成品移置到一定型模具，且该定型模具是对应该半成品的成型形状设置。

10.如权利要求9所述的耐热性聚乳酸树脂射出成型品的制造方法，其特征在于：在步骤三中，该半成品是与该定型模具一起被移到该加热装置内进行再加热，以形成该成型品。

11.如权利要求10所述的耐热性聚乳酸树脂射出成型品的制造方法，其特征在于：在步骤四中，该成型品是被冷却到50℃以下。

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