200916304 九、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 f發明是有關於一種聚乳酸樹脂成型品之製造方法, 特別是指一種耐熱性聚乳酸樹脂成型品之製造方法。 【先前技術】 以石油為原料的高分子聚合物材料雖廣泛被製成 生:用品,但此類高分子聚合物,例如,聚乙烯、聚丙稀、 聚本乙稀、聚氣乙稀等,使用後很難再回收利用且由於直 ^構穩H易在“環境巾被分解,對環境造成極大的衝 擊’因此對於高分子聚合物的回收機制與可分解高分子聚人 物的研究也越來越重要, σ 其中,聚乳酸(polylactic acid,簡稱為pLA,亦稱為聚 丙交酯)是目前研究應用相對較多的一種降解材料,它是以 殿粉發酵或化學合成得到的乳酸為基本原料製備得到的一種 較不會危害到環境的材料,除了具有生物可分㈣特性外, 聚乳酸還具有良好的機械特性、加工方便,及容易取得材料 來源等優點。因此,其應用十分廣泛,經過加工後可製成各 種民生與衛生醫療用品,例如,快餐飯盒、無紡布、保健織 物、地墊、免拆型手術縫合線等。 但叙聚孔酸樹脂產品,由於聚乳酸的軟化點⑼咖 亦稱為玻璃轉移溫度)約為6〇。〇,所製成的產品 以貨車運輸時,由於貨驗為密閉空間,白天受熱後溫度易持 續上升高達50t:以上,導致置於貨搶中的產品會因不耐執 而產生軟化變形的情形;或者,當該聚乳酸樹脂產品在使用 200916304 時必肩與尚溫物品相接觸,例如,以聚乳酸餐盒盛接飯菜時 ’剛煮好的飯菜溫度多高於5(rc以上,與該餐盒接觸時也 谷易導致餐盒變形而不耐使用,導致現有聚乳酸樹脂產品具 有不利於長途運輸儲藏與使用範圍較有限的缺點。 為了改善上述缺點,會在聚乳酸原料中再加入成核劑 (nucleic agent)以增加聚合物的結晶度,及提高該聚乳酸樹 月曰產的熱變形溫度’通常添加有成核劑的聚乳酸樹脂產品 ’,其熱變形溫度可提高至7〇°C〜150〇C ,參閱圖1,為現有 製U聚乳奴树脂成型品的製造方法,包含下列步驟: 步驟101為製得—初成型品,是將一含有聚乳酸原料 ”成核劑n合物授拌均勾後’配合—適當的模具並採用一 預定的成型方式成型為該初成型品。 步驟102為冷卻與製得一最終成型品,製得該初成型 。。後將其移送到一冷卻裝置,並控制其降溫速度,使該初 成型品於一定時間内形成均句且大量的結晶,直到該初成型 口口的溫度降至聚乳酸的破璃轉移點溫度以下(通常是降溫至 50 C以下)為止’則可製得該最終成型品,再將冷卻完成的 最終成型品取出。 ^雖然在聚乳酸原料中添加成核劑的製程,可製出具有 較高熱變形溫度且耐熱性較佳的聚乳酸樹脂成型品,但實際 仍存有下列缺失: 二當該混合物成型為該初成型品後,必須讓該初成 型时緩慢冷部,否則會造成結晶不佳*影響最終成型品的機 械強度’由於该初成型品必須留在該冷卻裝置内以控制降 200916304 概速度的方式使其溫度緩慢降低,才能使聚乳酸形成完美扯 晶,導致製程所需時間相對冗長,進而使該現有的製造方: 相對具有製程效率較差的缺點。 二、由於該初成型品在該冷卻裝置中必須緩慢且穩定 崎,以形成該最終成型品後才能取出,除了製程效率與產 產里會又限外,所花費的時間成本也較高,考量到製程的 效率、時間與產量’使所製得的耐熱性聚乳酸樹脂成型品的 成本與售價相對增加,而較不利於推廣使用。 【發明内容】 因此本發明的目的,是在提供一種製程效率較高, 且仍能維持所製出成型品的耐熱性與機械強度的耐熱性聚 乳酸樹脂成型品之製造方法。 於是,本發明耐熱性聚乳酸樹脂成型品之製 含下列步驟: i ⑴初步成型,是將―包含有聚乳酸原料與成核劑组份 的混合物授拌均句冑,以-預定的成型方法成型為一初成 型品; (11)冷郃,使該初成型品快速冷卻至一預定溫度以下; 。㈣後熱處理’將該初成型品直接浸置於溫度範圍在65 C 150C内的液體中—段預定時間進行再加熱,以形成一 -次成型品;及 ()、卩使該二次成型品冷卻到聚乳酸原料的玻璃轉 移’孤度X下以獲得該耐熱性聚乳酸樹脂成型品。
本發明6¾右' Μ I 效果在於:即使該初成型品被快速降溫 200916304 而產生結晶度不足的情形,仍能透過步驟(丨⑴直接浸置於液 體中再加熱的後熱處理程序,使該初成型品能較快速地受 熱’並藉由再結晶程序形成結晶度較高的穩定結構,此外 ’由於該初成型品可利用較快速的降溫方式定型,再移到 其他裝置進行後熱處理程序,使步驟⑴能以較快速的高效 率方式產出該初成型品,使本發明的製造方法能透過步驟 (η)的快速冷卻處理’及步驟(iii)的直接在液體中受熱的後 熱處理程序有效提升整體製程效率,且仍能使該财熱性聚 乳酸樹脂成型品維持較佳的耐熱性與機械強度。 【實施方式】 本發明耐熱性聚乳酸樹脂成型品之製造方法的前述以 及其他技術内容、特點與功效’在以下配合參考圖式的數 較佳貫施例的詳細說明中,將可清楚地明白。 參閱圖2 ’為本發明耐熱性聚乳酸樹脂成型品之製造方 法一第一較佳實施例,並包含下列步驟: 步驟201為初步成型,是將一包含有聚乳酸原料與成 核劑組份的混合物攪拌均勻後,以一預定的成型方法並配 合一預定的成型機與一成型模具一體成型為一初成型品。 其中’該成核劑可依製程設計與產品規格選用有機成 核劑或無機成核劑,該無機成核劑是一選自於下列群組中 的物質.黏土(Clay)、雲母(mica)、矽酸鹽類、碳酸每 (CaC〇3)、二氧化矽(silica)、滑石(talc),以及其等之組合。 且該成核劑組份還經過微粒化或奈米化為小粒徑的粉粒型 式以利於提升其與聚乳酸的成核效率。 200916304 此外’該成型方法可以為一選自下列群組中的方法: 射出成型法、押出成型法、吹塑成型法,及熱成型法。且 該熱成型法是採用一選自下列群組中的方法:真空成型、 熱壓成型,以及其等之組合。進一步地,該成型機與該成 型模具可配合所用的成型方法與所要製出的成型品選用適 當的類型,前述成型方法及可相搭配使用的成型機與模具 疋屬於業界周知的技術,故在此不再詳述。 例如,當採用射出成型方式時,該混合物可射出形成 板材型式的初成型品,也可以配合射出成型模具的設計, 使該初成型品成型為具有立體結構變化的初成型品。 S進行押出成型時,該混合物可通過該成型模具成型 為一呈薄片型式的初成型品,也可配合設計為特定形狀的 成型模具進行異型押出,或圓管狀押出,以擠壓成型為一 呈預定截面形狀的初成型品,例如,該混合物可配合該押 出成型模具被擠壓為一呈中空薄板型式的初成型品,或配 合另一種設計型式的成型模具被擠壓為一具有丁形截面的 初成型品。 °亥σ人塑成型則是將溶融的聚合物混合物擠壓成空心管 狀的瓶胚,並使該瓶胚受一組可相對應組合的模具包圍, 再吹氣使瓶胚膨脹而抵著模具内壁,待塑料凝固後,打開 模具,就能成型出呈瓶狀的初成型品。 該熱成型法一般的作法則是先將該混合物初步成型為 片材,再將該片材夾在一框架上加熱到軟化狀態,在外 力作用下’使其緊貼模具的型面’以形成與該型面相對應 200916304 的二冷卻後,就能成型出預定形狀的初成型品 ,卜由於熱成型相較於注射成型’有生產效率高、投資設備 厂及旎製造表面積較大的製品的優點,在市場上,埶 型製品有逐漸增多的趨勢,例如,杯、碟、食品盤、: 兀件、帽盘’及建築裝飾件等皆可由熱成型法製得。 步驟202為冷卻,署雜ώ ^ ϋ、,、 疋藉由一第一冷卻震置使該初成型 ^取出冷部至—預定溫度以下’再將該初成型品自該模具 楚〃中’該第—冷卻裝置可採用水冷、氣冷或冷媒冷卻 專方式使該初成型品降溫,—般是降溫到抓以下,但所 使用的降溫方式不應受到限制’其主要目的是藉由使該初 成型品快速降溫,而能及早將該初成型品取出並移到下一 個處理程序,使該成型機構能被有效利用並維持高效率產 出狀態,避免整體製造速度受到拖延,進而能大幅提升該 成型機與該模具的利用效率。 步驟203 &後熱處理,是將該初成型品直接浸置於溫 度範圍在机〜15〇。(:内的液體中—段狀時間進行再加熱 以形成—-人成型品。其中,該初成型品直接透過液體 加熱的方式可以採用水浴加熱法或油浴加熱法。 當使用水浴加熱時,較佳是使該初成型品於溫度65<t 〜loot的範圍内被加熱30秒〜20分鐘,以形成該二次成型 品。使用油浴加熱時,較佳則是使該初成型品於溫度Μ 〜150。。的範圍内被加& 15秒〜2〇分鐘,以形成該二次成型 品,且進行油浴加熱時,所用的液體較佳是使用甘油或矽 10 200916304 油0 利用水浴與油浴加熱是以液體為介質加熱該初成型。 ’由於液體可完全圍繞包覆住該初成型品,使該初成型: =勾地受熱,由於液體的導熱效率佳,所以藉由水浴:: …、或油冷加熱能夠以較低的加熱溫度與較短的加熱時間達 到引發再結晶的效果’此外,由於油浴加熱的介質為甘油 或石夕油,其濟點較高且比熱較大,因此還可再進—步增加 加熱温度、擴大加熱溫度範圍及減少加熱時間,進而 升再加熱效率。實際製造生產時,仍可依需求選用水^加 熱或油浴加熱。 因此,藉由對該初成型品進行再加熱作為一種後熱處 理,使該初成型品雖然可能因為在步驟2〇2中進行快速降 溫而發生結晶度不足的情形,仍能透過再加熱處理而產生 再結晶程序,$而形成結晶度較高的穩定結構,使最終產 品的耐熱性與機械強度不致受影響。 步驟204為冷卻’是使該二次成型品冷卻 :的玻璃轉移溫度以下,以獲得該耐熱性聚乳酸樹脂成型 。口。。在該較佳實施例中,配合聚乳酸的玻璃轉移溫度約為 60 =左右’較佳是使該二次成型品冷卻到⑹。c以下,更佳 則疋使該二次成型品冷卻到5(TC以下。 值得說明的是,在步驟撕卜該二次成型品的冷卻 方式也可以選用水冷、氣冷或冷媒冷卻來達到降溫的效果 古或者也可Μ靜置使其自然冷卻,最終都能獲得結晶度較 南且耐熱性佳的聚乳酸樹脂射出成型品,由於在步驟203 200916304 的再加熱處理中’已足以使誃 处曰# ^ > μ半成°°通過再結晶程序形成 …日日度杈咼、結構穩定的成 柿Τ目q 成’所以步驟204的冷卻處 理,不見侍要如傳統的方 〇·、… X 知必須控制冷卻速度使該 成型品冷卻到預定溫度以下 即使是採用緩慢的自然冷卻方乂佳實施例中, 模具與該成型機,因此並不會有佔已移出該 到步驟训與步驟202的製==具與成型機而影響 版私顺暢度與速度的問題,仍可 错此k局產。口的生產效率,進而降低生產成本。 此外,當在步驟2。3是採用水浴加熱進行再加 則可透過氣冷或風冷等吹氣 …、f 轧令部,或在乾燥環境下靜詈轉 其自然冷料方式,同時❹i冷卻與乾燥的效果。 當在步驟203是採用油浴加熱法進行再 佳是在步驟203之後先進杆、、主重^ 吁則竿乂 傻无進仃a潔,並以預定的清潔方式 潔附著於該耐熱性聚乳酸樹脂成品上的殘留物,接著’再 於步驟204進行冷卻與乾燥。 參閲圖3’為本發明耐熱性聚乳酸樹脂成型品之製造方 法-第二較佳實施例,該第二較佳實施例與該第一較佳實 施例的主要差別是在該初步成型步驟中,在該混合物中還 添加有發泡劑而較適於發泡成型法,該第二較佳實施例包 含有下列步驟: 步驟301為初步成型’是將一包含有聚乳酸原料、成 核劑組份與發泡制混合_拌均勾後,再採用發泡成型 法成型出該初成型品,此發泡成型法可為射出發泡或連續 押出發泡’其成型品可為已具有預定形狀之初成型品,或 12 200916304 先製成呈板材型式之半成品,此板材型式的半成品可再進 步藉由熱成型法製成具有預定外形的初成型品。其中, 該發泡劑可使用物理發泡劑或化學發泡劑。 其中,該物理發泡劑可選用一選自下列群組中的物質 :丁烧(butane)、戊烧(pentane)、二氧化碳⑽作⑽心他, C〇2),以及氮氣(nitrogen,N2)。及該化學發泡劑則可選用 -選自下列群組中的物質:碳酸氫納(SGdium 刪化,
NaHCOs,俗稱小蘇打),以及碳酸氫銨(amm〇nium hydrogencarbonate * NH4HC03) 〇 步驟302為冷卻,使該初成型品快速冷卻至一預定溫 度以下。 步驟303為後熱處理,是將該初成型品直接浸置於溫 度範圍在65。(:〜15(TC内的液體中一段預定時間進行再加熱 ,以形成一二次成型品。 步驟304為冷部,使該二次成型品冷卻到聚乳酸原料 的玻璃轉移溫度以下,以獲得該耐熱性聚乳酸樹脂成型品 〇 在該第二較佳實施例,除了步驟3〇1目添加有發泡劑 而採用發泡成型法製得該初成型品外,其餘步驟逝、則 、304的製程條件與内容,例如冷卻方式、加熱裝置、冷卻 溫度等皆與該第-較佳實施例的步驟2()2〜綱㈣,故在 此不再贅述。 歸納上㈤,本發明而才熱性聚乳暖樹脂成型品之製造方 法可獲致下述的功效及優點,故確實能達到本發明的目的 13 200916304 §該混合物被成型為該初成型σ後 型品可再藉由後熱處理程序形成結晶度:高的== 此夠先以快速冷卻的方式,讓該初成型品降溫 軟化點溫度之下,就能將該初成型 才的 V 卜—個處 ,使該成型機與押出模具仍能維持高效 夠大幅:少製程時間’使本發明的製造方法相對具有:: 效率較高、可提高單位時間的產二 成本的優點。 產量進而能降低生產 於振透過再加熱處理,使該初成型品在初步成型時由 於快速冷部所造成的結晶度不足問題可確實獲得改善,並 ㈣Μ^度較高與結構較穩定的二次成型品’且經冷卻 後使最終製侍的聚乳酸樹脂成型品具有可耐高溫(約7〇。。 〜150C)的特性’而能有效提升該聚乳酸樹脂成型品的實用 價值’且透過再加熱的後熱處理程序,可改善習知該初成 型品停留於該冷卻機構時間過長之缺點,因此,能夠進一 步減少時間成本與生產成本,使本發明製造方法所製得的 耐熱性聚乳_脂押出成型品不但具有穩定實用的耐熱性 。機械強度’且由於製造成本較低,使其售價較容易為使 用者接受,而有利於相關產品的推廣使用。 、二、本發明該製造方法可搭配不同的成型方法使用, 並都能通過再加熱處理達到提升該成型品的财熱性與結構 強度的效果’而具有可應用範圍較廣的特性。 四、本發明該t造方法藉由將該初成型品浸置於液體 14 200916304 π再加熱的方式,可使該初成型品均勾且較快速地受 熱=可配合利的液體種類,擴大加熱溫度範圍與減少 …、時間’同樣具有能夠改善製程效率的優點。 五'由於本發明該製造方法可將具有生物可分解特性 的聚礼酸原料製成具有預定形狀與功能的成型品,並能透 過後熱處理程序再結晶而形成結晶度較高的穩定結構,使 该成型品不但有可實用的價值,當廢棄或無法使用時,也 可以較谷易地被生物分解並被自然:環境吸收消化,而不會 成為環保上的問題,使該製造方法具有有利製造實用的環 保製品的特性。 惟以上所述者,僅為本發明之數較佳實施例而已,當 不能以此限定本發明實施之範圍,即大凡依本發明申請專 利範圍及發明說明内容所作之簡單的等效變化與修飾:皆 仍屬本發明專利涵蓋之範圍内。 【圖式簡單說明】 圖1是一說明現有的一耐熱性聚乳酸樹脂成型品之製 造方法的流程圖; 圖2是一說明本發明耐熱性聚乳酸樹脂成型品之製造 方法一第一較佳實施例的流程圖;及 圖3是一說明本發明耐熱性聚乳酸樹脂成型品之製造 方法一第二較佳實施例的流程圖。 15 200916304 【主要元件符號說明】 無 16