CN102399423B - 功能性树脂组成物 - Google Patents

Abstract

一种功能性树脂组成物，包含聚乳酸树脂、防火剂、相容剂、粘度调整剂及接枝剂，特别的是，该相容剂选自根据申请专利权利要求书范围及说明书内容所界定式(I)的化学结构，用以辅助提升该聚乳酸树脂及防火剂的相容性，该接枝剂用来将该相容剂及聚乳酸树脂彼此结合，而增加功能性树脂的耐燃持久性，且式(I)所示的生物可分解性高分子同时提升该功能性树脂整体的机械性质，而得到具有生物可分解性，且难燃持久性及耐冲击性均佳的功能性树脂组成物。

Description

功能性树脂组成物

技术领域

本发明涉及一种功能性树脂组成物，特别是涉及一种具有耐燃性的功能性树脂组成物。 

背景技术

一般由石化原料制备而得的高分子材料因为具备极佳的机械性质而被广泛的使用于许多日常生活产品(如建筑材料、包装材料、家用品、机械零件等等)中，但是高分子材料遇火却很容易燃烧而引发火灾，而且在燃烧过程中会释放出大量浓烟和有毒气体，而造成空气的污染，且由于大多数的高分子材料因为无法被分解，因此使用完后的废弃物往往也会对环境再次造成伤害。因此，目前业界都希望不仅改善高分子材料易燃的缺点，且同时解决高分子材料因为无法被分解所造成的环境污染问题。 

为了解决上述高分子材料相关问题的方式，目前多是在具有生物可分解性的高分子材料中添加难燃剂，以得到难燃并具有生物可分解性的高分子材料。 

然而，一般常用的难燃剂大多含有卤素，在电器及电子设备废弃物处理法草案(Waste Electrical and ElectronicEquipment，WEEE)中，有关电子电器设备中的有害物质的使用，则依据危害物质禁用指令(Restriction of Hazardous Substance，RoHS)来规范，其中，含卤素的难燃剂已于2006年7月31日起被禁止使用，因此目前业界常用且不含卤素的难燃剂大多为含磷的磷系难燃剂、氢氧化铝、氢氧化镁或由其组合而成的混合物，然而上述添加至高分子材料中的难燃剂因为与高分子材料间相 容性的问题，因此在长时间的使用下难燃剂会迁移至高分子材料的表面，造成难燃剂的损耗及高分子材料的表面雾化情形产生，这不仅影响高分子材料的表面特性，也容易造成高分子材料在长时间使用时耐燃性降低的问题。 

另外，一般的生物可分解性高分子材料，例如：聚乳酸(Polylactic acids，PLAs)、聚羟基链烷酸酯系聚合物(Polyhydroxyalkanoates，PHAs)，虽然在自然环境中可被微生物分解而避免一般由石化原料制得的高分子材料的污染问题，然而这些生物可分解性树脂本身的性质却也限制了产品的发展。以聚乳酸为例，一般聚乳酸的玻璃化转变温度约为60℃左右，熔点达160～170℃，但是因为聚乳酸的结晶速率非常缓慢，因此以聚乳酸制得的产品在温度超过约55℃时，即会发生变形现象；另一方面，聚乳酸的抗张强度虽达650～680Kg/cm²，然而其伸长率却仅有4～5％，从上述的性能表现看出聚乳酸不耐热及不耐冲击的特性，然而在许多产品的应用上，不仅需具有耐燃特性，而且耐热性及耐冲击性都是产品的基本性能要求。 

因此，在现今环保意识抬头下，如何寻求一种耐燃持久性佳、于燃烧时不会产生有毒气体，且不会造成环境负担，并同时兼具耐热性及耐冲击性，以取代现今由石化原料制得的高分子材料的环保材料，则一直是相关领域的多数研究者积极开发的方向。 

发明内容

本发明的目的是在提供一种同时兼具耐燃持久性及生物可分解性能的功能性树脂组成物。 

本发明的功能性树脂组成物，包含分子量为35,000～250,000，且重量百分比为75wt％～90wt％的聚乳酸树脂、选自含磷化合物，且重量百分比为7wt%~11wt%的防火剂、具有如下式(I)所示的化学结构，重量百分比为2wt%-8wt%，且X选自生物可分解性高分子的相容剂、重量百分比为2wt%~5wt%的粘度调整剂及包含至少一种过氧化物的接枝剂，该接枝剂外添加，且添加比例是上述各组分的重量百分比总和的05wt%~3wt%。

本发明所述的聚乳酸树脂的分子量范围为120,000~210,000。 

本发明所述的聚乳酸树脂的重量百分比为79wt%~83wt%。 

本发明所述的式(I)结构的X选自热塑性聚氨酯、聚乳酸树脂、醚类、酯类及前述的组合。 

本发明所述的接枝剂选自过氧化二苯甲酰、过氧化双苯异丙基及前述的组合。 

本发明所述的防火剂选自磷酸三苯酯、磷氮化合物及前述的组合。 

本发明的有益效果在于：通过添加如式(I)所示的化学结构的相容剂，将防火剂与聚乳酸树脂彼此连接，并再通过接枝剂令该聚乳酸树脂与相容剂相结合，不仅提升防火剂与聚乳酸树脂的相容性，而增加功能性树脂的耐燃持久性，且式(I)所示的生物可分解性高分子同时提升该功能性树脂整体的机械性质，而得到具有生物可分解性，且难燃持久性及耐冲击性均佳的功能性树脂组成物。 

具体实施方式

下面通过实施例对本发明进行详细说明： 

本发明的功能性树脂组成物包含聚乳酸树脂、防火剂、相容剂、粘度调整剂及接枝剂。 

该聚乳酸树脂的分子量范围为35,000～250,000，且重量百分比为75wt％～90wt％。 

当聚乳酸树脂分子量太低时，会因为熔点过低及机械性质不佳，而无法成形或无法得到具有适当强度的成品，而当聚乳酸树脂分子量太高时，会因熔点过高导致加工性能不佳，因此，较佳地，该聚乳酸树脂的分子量为120,000～210,000；此外，当聚乳酸树脂整体含量较高时虽然提升功能性树脂组成物的强度，但是会降低其它相关功能性添加剂的添加比例，相反地，聚乳酸树脂整体含量较低时，虽然增加其它相关功能性添加剂的添加比例，但却会降低功能性树脂组成物的强度，因此，基于功能性树脂组成物的整体性质考虑，较佳地，该聚乳酸树脂的重量百分比为75wt％～85wt％，更佳地，该聚乳酸树脂的重量百分比为79wt％～83wt％。 

该防火剂选自含磷化合物，且重量百分比为7wt％～11wt％，在本发明的实施例中所使用的防火剂选自磷酸三苯酯或磷氮化合物。 

该相容剂具有如式(I)所示的化学结构，为马来酸酐(MAH)分子与高分子链段(X)的接枝物，且该相容剂的重量百分比为2wt％-8wt％。 

上述该相容剂通过式(I)结构中的马来酸酐分子将聚乳酸树脂与防火剂进行连接，以增加防火剂与聚乳酸树脂的相容性，并同时让式(I)结构中的高分子链段提升该相容剂与聚乳酸树脂的相容性，而降低防火剂的添加量，且该高分子链段X同时用以提升功能性树脂的机械性质。较佳地，该高分子链段X选自与聚乳酸树脂相容性佳的生物可分解性的高分子，如：聚乳酸树脂(Polylactic acids，PLAs)、热塑性聚氨酯(Thermalplasticpolyurethane，TPU)醚类或酯类，在本发明的实施例中所使用的相容剂是马来酸酐与热塑性聚氨酯的接枝化合物(MAH-g-TPU)。 

该粘度调整剂的重量百分比为2wt％～5wt％，供适度调整该功能性树脂组成物的粘度，以提升加工性，在本发明的实施例中所使用的粘度调整剂选自氧化镁·氧化硅的化合物(3MgO·4SiO₂·H₂O)。 

该接枝剂包含至少一种过氧化物，采用外添加，且添加比例是上述各组分的重量百分比总和的0.5wt％～3wt％，用以将该聚乳酸树脂及相容剂进行连接。 

较佳地，该接枝剂选自过氧化二苯甲酰及过氧化双苯异丙基的组合，在本发明的实施例中所使用的接枝剂选自过氧化二苯甲酰及过氧化双苯异丙基的组合，且其组合比例为3∶1。 

借助于过氧化二苯甲酰于约70℃时即可裂解反应特性，并同时配合加入具备高温架桥反应的过氧化双苯异丙基(热裂解温度约为105～120℃)，使该功能性树脂组成物于高温加工过程中将聚乳酸树脂及相容剂的接枝率提升，不仅降低接枝剂的残留量，也提升接枝效率。 

经由添加如上述式(I)所示的化学结构的相容剂及接枝剂，不仅将防火剂、聚乳酸树脂及相容剂彼此连接，提升防火剂、 相容剂与聚乳酸树脂的相容性，降低防火剂因长时间使用迁移至高分子材料表面的问题，而且增加功能性树脂的耐燃持久性，并通过式(I)结构中的高分子链段同时提升功能性树脂的机械性质，而得到具有生物可分解性，且难燃持久性及机械性质均佳的功能性树脂组成物。 

本发明的所述功能性树脂组成物，直接掺混或运用其它已知的方式进行制备，而制得具有上述各组分的功能性树脂。 

于本发明的实施例中，先称取适量比例的各功能性树脂组成物，接着分别将各功能性树脂组成物于塔式混合机在约25～30℃下混合30分钟后，再于160～180℃下利用双螺杆压出机进行压出制得呈粒状的功能性树脂。 

实施例

本发明的功能性树脂组成物适用于建筑材料、包装材料、家用品、机械零件等，本发明将就以下实施例加以说明，但应了解的是，这些实施例仅为说明的用途，而不应被解释为本发明实施的限制。 

<化学品> 

1.聚乳酸树脂：分子量为210,000，由伟盟公司制造，品名为2100。 

2.防火剂：磷酸三苯酯(以下简称TPP，品名：TPPS)、磷氮化合物(以下简称PN，品名：PN30)，长春公司制造。 

3.相容剂：热塑性聚氨酯与马来酸酐接枝化合物(以下简称TPU-g-MAH)，由神田公司制造，品名为R10。 

4.接枝剂：过氧化二苯甲酰(以下简称BPO)、过氧化双苯异丙基(以下简称DCP)，由钧凯公司制造。 

5.粘度调整剂：由新胜公司制造，品名为镁强粉(氧化镁·氧化硅，3MgO·4SiO₂·H₂O)。 

<具体例1> 

首先称取79克的聚乳酸树脂、防火剂(TPP)11克、相容剂7克、粘度调整剂3克及外添加接枝剂0.5克，在25～30℃下搅拌30分钟，接着再将该功能性树脂组成物在160～180℃利用双螺杆压出机进行压出，即制得呈粒状的功能性树脂。 

<具体例2～10> 

分别改变不同比例的组分，以与该具体例1相同的制作方法，最后获得具体例2～10的功能性树脂。 

<比较例1> 

称取88克的聚乳酸树脂、防火剂(TPP)8克、粘度调整剂4克，经与该具体例1相同的制作方法，最后获得比较例1的功能性树脂。 

<比较例2> 

称取89克的聚乳酸树脂、防火剂(PN)8克、粘度调整剂4克，经与该具体例1相同的制作方法，最后获得比较例2的功能性树脂。 

在此将具体例1～10及比较例1～2制得的功能性树脂各组分的组成比例详列于表1。 

表1 

<测试> 

分别取相同重量的实施例1～10及比较例1～2的功能性树脂，经射出成标准试片后进行以下测试，最后的测试结果如下表2所示： 

难燃性测试：依据UL-94的标准方法进行试片制作及测试，试片的标准厚度分别为1/8mm及1/16mm，并依难燃性的测试结果依据耐燃性能，由好至坏依序分为“V-0”、“V-1”、“V-2”及“NG”；本发明的测试试片为制成1/16mm，分别在试片制得时进行第一次难燃试验(试验结果以‘0 months’表示)，接着于25℃、相对湿度50RH％的环境下放置18个月后，将试片表面以无尘布擦拭干净后，进行第二次难燃试验(试验结果以‘18months’表示)，及在25℃、相对湿度50RH％的环境下放置24个月后，将试片表面以无尘布擦拭干净后，进行第三次难燃试验(试验结果以‘24 months’表示)。 

冲击强度(IZOD，Kg/cm²)测试：依据ASTM D638的标准方法进行试片制作及测试缺口冲击。 

抗弯强度(flexural strength，Kg/cm²)测试：依据ASTM D790的标准方法进行试片制作及测试最大强度。 

在此将前述各实施例制得的试片的相关测试结果整理如表2所示。 

表2 

由表2中比较例1及2的测试结果得知，当功能性树脂组成物的系统中仅有聚乳酸树脂及防火剂时，不仅难燃性及难燃持久性能均差，且抗弯强度的表现也较差(260Kg/cm²)；而由具体例1～10的测试结果显现，在聚乳酸树脂/防火剂的系统中添加相容剂及接枝剂时，防火剂的添加量在7wt％时即达到UL94-V-0的等级，且在放置24个月后仍有效维持其难燃性，而由抗弯强度的测试结果得知，相容剂的添加也有效的提升其抗弯强度(282～332Kg/cm²)。 

由以上说明得知，本发明的功能性树脂组成物通过添加如式(I)所示的化学结构的相容剂，将防火剂与聚乳酸树脂彼此连接，提升防火剂与聚乳酸树脂的相容性，并同时再通过接枝剂将该聚乳酸树脂与相容剂结合，不仅有效防止防火剂迁移至表面造成防火剂损耗，且式(I)所示的高分子聚合物也同时提升该功能性树脂整体的机械性质，而得到具有生物可分解性，且难燃持久性及抗弯强度均佳的功能性树脂组成物。 

Claims (7)

1.一种功能性树脂组成物，其特征在于，所述功能性树脂组成物包含聚乳酸树脂、防火剂、相容剂、粘度调整剂及接枝剂， 

所述聚乳酸树脂的分子量范围为35,000~250,000，且重量百分比为75wt%~90wt%， 

所述防火剂选自含磷化合物，重量百分比为7wt%~11wt%， 

所述相容剂具有如式(I)的化学结构，重量百分比为2wt%-8wt%，且式(I)中的X选自生物可分解性高分子聚合物，用以辅助提升所述聚乳酸树脂及所述防火剂的相容性， 

所述粘度调整剂的重量百分比为2wt%~5wt%，用以调整所述功能性树脂组成物的粘度， 

所述接枝剂包括至少一种过氧化物，所述过氧化物为过氧化二苯甲酰、过氧化双苯异丙基及前述的组合，所述接枝剂外添加，其添加量是所述聚乳酸树脂、所述防火剂、所述相容剂及所述粘度调整剂的重量百分比总和的0.5wt%~1wt%，用以将所述相容剂及所述聚乳酸树脂彼此结合

。

2.根据权利要求1所述的功能性树脂组成物，其特征在于，所述聚乳酸树脂的分子量范围为120,000~210,000。 

3.根据权利要求1所述的功能性树脂组成物，其特征在于，所述聚乳酸树脂的重量百分比为79wt%~83wt%。 

4.根据权利要求1所述的功能性树脂组成物，其特征在于，所述式(I)结构中的X选自热塑性聚氨酯、醚类、酯类及前述的 组合。 

5.根据权利要求4所述的功能性树脂组成物，其特征在于，所述酯类为聚乳酸树脂。 

6.根据权利要求1所述的功能性树脂组成物，其特征在于，所述接枝剂选自过氧化二苯甲酰、过氧化双苯异丙基及前述的组合。 

7.根据权利要求1所述的功能性树脂组成物，其特征在于，所述防火剂选自磷酸三苯酯、磷氮化合物及前述的组合。