TW201506076A - 具延展性之生物可分解塑膠及其製造方法 - Google Patents

Abstract

本發明揭露一種具延展性之生物可分解塑膠及其製造方法，其係利用於聚乳酸中添加聚酯化合物、多元醇化合物及脂肪族聚酯化合物，以增加所製作之生物可分解塑膠的延展性。

Description

具延展性之生物可分解塑膠及其製造方法

本發明是有關於一種塑膠材料，且特別是有關於一種生物可分解塑膠材料。

近年來，隨著工商產業日新月異的腳步，塑膠製品的需求逐年增加，無論是交通運輸，或物品的儲存保護，塑膠製品儼然已成為工業或日常生活不可或缺的物品。

長久以來，傳統塑膠製品係使用石化產品作為主要原料。但傳統塑膠製品不易分解，使用後任意棄置會對生態造成極大的負擔。

常見之廢棄物的處理方式係焚化處理，但若使用焚化處理來焚燒傳統塑膠製品廢棄物，焚化後易產生有毒氣體，而對環境造成二次傷害。此外，石化原料的來源逐漸短缺，使得傳統塑膠製品成本日益增加，開發替代且環保的塑膠製品已成為刻不容緩的議題。

由於環保意識高漲與石化原料短缺，目前開發出生物可分解塑膠製品，以逐漸取代傳統塑膠。一般常見之 生物可分解塑膠原料係聚乳酸。當生物可分解塑膠棄置於自然環境中時，所含的聚乳酸會被環境中之微生物代謝分解，而焚化生物可分解塑膠亦僅會產生水和二氧化碳，因此不會對環境造成衝擊。

然而，目前生物可分解塑膠製品仍有技術上之瓶頸，而無法完全取代習知的石化產品所製備的塑膠製品。例如生物可分解塑膠製品過於硬且脆，而使得延展性不佳，進而影響其使用範圍。

為了解決上述問題，目前業界嘗試於生物可分解塑膠中添加彈性橡膠或耦合劑，以增加生物可分解塑膠製品的延展性。但所添加之彈性橡膠與聚乳酸的相容性較差，而耦合劑則會延長生物可分解塑膠之反應時間，而使得反應溫度不易控制，進而使得高分子鏈容易裂解。

有鑑於此，亟需提出一種具延展性之生物可分解塑膠及其製造方法，藉以改善習知塑膠製品的種種問題。

因此，本發明之一態樣就是在提供一種具延展性之生物可分解塑膠及其製造方法，其係利用於聚乳酸中添加聚酯化合物、多元醇化合物及脂肪族聚酯化合物，以增加所製作之生物可分解塑膠的延展性。

本發明之另一態樣是在提供一種具延展性之生物可分解塑膠，其係利用上述之製造方法來製備。

根據本發明之上述態樣，提出一種具延展性之生物 可分解塑膠及其製造方法。在一實施例中，此製造方法係先提供一生物可分解塑膠組成物，其中此生物可分解塑膠組成物包含聚乳酸、聚酯化合物、多元醇化合物及脂肪族聚酯化合物，基於聚乳酸之含量為100重量份，聚酯化合物之使用量為1重量份至30重量份，多元醇化合物之使用量為0.1重量份至10重量份，而脂肪族聚酯化合物之使用量為1重量份至20重量份。然後，對生物可分解塑膠組成物進行混煉造粒步驟，以形成具延展性之生物可分解塑膠。

依據本發明之一實施例，上述聚乳酸之光學純度係不小於95%。

依據本發明之另一實施例，上述聚乳酸包含聚左旋乳酸及聚右旋乳酸。

依據本發明之又一實施例，上述之聚右旋乳酸與聚左旋乳酸形成一立體異構物。

依據本發明之再一實施例，上述之聚酯化合物可包含但不限於聚己內酯、聚對苯二甲酸己二酸丁二醇共聚酯、聚丁烯對苯二甲酸酯、聚羥基脂肪酸酯、聚醯胺酯、聚對苯二甲酸乙二酯或上述化合物之任意組合。

依據本發明之又另一實施例，上述之多元醇化合物可包含但不限於不飽和多元醇、飽和多元醇、環氧多元醇、聚醚多元醇、聚酯多元醇、天然多元醇、多元醇糖或上述化合物之任意組合。

依據本發明之再另一實施例，上述之脂肪族聚酯化合物可包含但不限於檸檬酸三丁酯、三醋酸甘油酯、三羥 甲基丙烷三辛酸酯、聚己二酸丙二醇酯、聚乙醇酸、戊二酸飽和脂肪酸酯、3-戊二醇脂肪酸酯或上述化合物之任意組合。

依據本發明之更另一實施例，上述之混煉造粒步驟之溫度為150℃至180℃。

根據本發明之另一態樣，提供一種具延展性之生物可分解塑膠。在一實施例中，此具延展性之生物可分解塑膠之斷裂延伸(elongation at break)率為250%至600%。

應用本發明具延展性之生物可分解塑膠及其製造方法，其係利用於聚乳酸中添加聚酯化合物、多元醇化合物及脂肪族聚酯化合物，以增加所得之生物可分解塑膠的延展性。

100‧‧‧方法

110‧‧‧提供生物可分解塑膠組成物

120‧‧‧進行混煉造粒步驟

130‧‧‧形成具延展性之生物可分解塑膠

第1圖係繪示依照本發明之一實施例之具延展性之生物可分解塑膠之製造方法的流程圖。

承前所述，本發明提供一種具延展性之生物可分解塑膠及其製造方法，其係於聚乳酸中添加聚酯化合物、多元醇化合物及脂肪族聚酯化合物，以增加所得之生物可分解塑膠的延展性。

請參照第1圖，其係繪示依照本發明之一實施例的具延展性之生物可分解塑膠的製造方法之流程圖。在一實 施例中，此製造方法100係先進行提供生物可分解塑膠組成物之步驟110，其中生物可分解塑膠組成物包含聚乳酸、聚酯化合物、多元醇化合物及脂肪族聚酯化合物，且前述之生物可分解塑膠組成物不含耦合劑及/或界面活性劑。在一實施例中，上述之生物可分解塑膠組成物不需耦合劑即可進行反應，且不會增加生物可分解塑膠組成物之反應時間，進而不造成聚乳酸之分子鏈於高溫環境中裂解。再者，本發明之生物可分解塑膠組成物不需使用界面活性劑即可增加各組成物之間的相容性。

在一實施例中，前述之生物可分解塑膠組成物可一次添加，或分步驟添加，以增加生物可分解塑膠組成物的均勻性。

上述之聚乳酸包含聚左旋乳酸及聚右旋乳酸。在一實施例中，聚左旋乳酸及聚右旋乳酸可形成為一立體異構物(Sterocomplex-PLA；Sc-PLA)。在一實施例中，聚左旋乳酸與聚右旋乳酸之光學純度不小於95%。若聚乳酸之光學純度小於95%時，不良之光學純度會降低所製作之生物可分解塑膠的延展性等之物性，並降低生物可分解塑膠之結晶速率。

前述之聚酯化合物可包含但不限於聚己內酯、聚對苯二甲酸己二酸丁二醇共聚酯、聚丁烯對苯二甲酸酯、聚羥基脂肪酸酯、聚醯胺酯、聚對苯二甲酸乙二酯、其他適當之聚酯化合物或上述化合物之任意混合。

聚酯化合物可增加生物可分解塑膠組成物之韌 性，而增加生物可分解塑膠組成物之延展性。基於聚乳酸之使用量為100重量份，聚酯化合物之使用量為1重量份至30重量份。若聚酯化合物之使用量少於1重量份時，聚酯化合物對於生物可分解塑膠之韌性的提升效果不佳。若聚酯化合物之使用量大於30重量份時，雖可製得延展性良好之生物可分解塑膠，但生物可分解塑膠之其他機械性質不佳，而影響其應用範圍。

多元醇化合物可包含但不限於不飽和多元醇、飽和多元醇、環氧多元醇、聚醚多元醇、聚酯多元醇、天然多元醇、多元醇糖，其他適當之多元醇化合物或上述化合物之任意組合。多元醇化合物之具體例，如：丙二醇、丙三醇、丁二醇、聚乙二醇或己六醇等化合物。

當生物可分解塑膠組成物同時使用前述之聚酯化合物及多元醇化合物時，所製作之生物可分解塑膠具有較佳之韌性。基於聚乳酸之使用量為100重量份，多元醇化合物之使用量為0.1重量份至10重量份。若多元醇化合物之使用量小於0.1重量份時，過少之多元醇化合物會降低生物可分解塑膠之韌性。若多元醇化合物之使用量大於10重量份時，雖然過多之多元醇化合物可製得延展性良好之生物可分解塑膠，但生物可分解塑膠之其他機械性質不佳，而影響其應用範圍。

前述之脂肪族聚酯化合物可包含但不限於檸檬酸三丁酯、三酯酸甘油酯、三羥甲基丙烷三辛酸酯、聚己二酸丙二醇酯、聚乙醇酸、戊二酸飽和脂肪酸酯、3-戊二醇 脂肪酸酯、其他適當之脂肪族聚酯化合物或上述化合物之任意組合。

脂肪族聚酯化合物可增加前述之聚乳酸與聚酯化合物之相容性，而增加聚乳酸與聚酯化合物之反應性，進而提升所製作之生物可分解塑膠的功效。基於聚乳酸之使用量為100重量份，脂肪族聚酯化合物之使用量為1重量份至20重量份。若脂肪族聚酯化合物之使用量少於1重量份時，過少之脂肪族聚酯化合物不易增加聚乳酸與聚酯化合物之相容性，而降低聚乳酸與聚酯化合物之反應性。若脂肪族聚酯化合物之使用量大於20重量份時，由於脂肪族聚酯化合物為液態，過多之脂肪族聚酯化合物不易與其他粉態之組成物均勻混合，而降低生物可分解塑膠組成物之相容性。

進行上述之步驟110後，對前述之生物可分解塑膠組成物進行混煉造粒步驟，以形成具延展性之生物可分解塑膠，如步驟120及130所示。上述之混煉造粒步驟之溫度可為150℃至180℃。

在一實施例中，進行上述之混煉造粒步驟之後，此製造方法100可選擇性地依序進行乾燥步驟及射出成型步驟。乾燥步驟係將前述之生物可分解塑膠放置於90℃之環境中，以使生物可分解塑膠之含水率低於或等於250ppm，而可避免生物可分解塑膠中之聚乳酸裂解。在一實施例中，乾燥步驟之時間係大於或等於4小時。

前述之射出成型步驟係將所製得之生物可分解塑 膠加至混煉機中，以製得具有特定外型之生物可分解塑膠製品，其中生物可分解塑膠製品的特定外型會根據所使用之模具來決定。在一實施例中，射出成型步驟之加工溫度可為150℃至180℃。在另一實施例中，射出成型步驟之加工溫度可為165℃至170℃。在一實施例中，射出成型步驟之模具溫度可為100℃至120℃。

在一實施例中，利用前述本發明之製造方法所製作之生物可分解塑膠的斷裂延伸率為250%至600%。

值得一提的是，本發明所得之具延展性之生物可分解塑膠，其係藉由於聚乳酸中添加聚酯化合物、多元醇化合物及脂肪族聚酯化合物，以增加所製得之生物可分解塑膠的延展性。

以下列舉數個實施例，藉此更詳盡闡述本發明之具延展性之生物可分解塑膠及其製造方法，然其並非用以限定本發明，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

製備生物可分解塑膠 實施例1

首先，將100重量份之聚乳酸、1重量份之聚酯化合物、1重量份之多元醇化合物及1重量份之脂肪族聚酯化合物加至攪拌桶中攪拌均勻，以形成生物可分解塑膠組成物。

接著，將此生物可分解塑膠組成物加至雙螺桿押出 機中(亞靖機械製)，以進行混煉造粒製程，其中雙螺桿押出機之螺桿直徑為30毫米，螺桿長度與直徑比為24至32，壓縮比為2.5至1，螺桿轉速為200rpm，並於150℃至180℃之溫度下來進行混煉造粒步驟，即可製得生物可分解塑膠。所得之生物可分解塑膠的斷裂延伸率以下列之評價方式進行評價，其結果如第1表所示，其中斷裂延伸率之檢測方法容後再述。

實施例2至5及比較例1

實施例2至5及比較例1係使用與實施例1的製作方法相同之製備方法，不同處在於實施例2至5及比較例1係改變生物可分解塑膠中原料的種類及使用量，其配方及評價結果如第1表所示，此處不另贅述。

評價方式 斷裂延伸率

生物可分解塑膠之斷裂延伸率係將上述實施例1至5及比較例1所製得之生物可分解塑膠放置於90℃之環境下，進行乾燥步驟，以使生物可分解塑膠之含水率不大於250ppm。經過4小時後，以加工溫度為150℃至185℃，且模具溫度為100℃至120℃的條件對乾燥之生物可分解塑膠進行射出成型步驟，而可製得生物可分解塑膠製品。

接著，依據美國材料試驗協會(American Society for Testing and Materials；ASTM)之D-638法來量測上述生物可分解塑膠製品的斷裂延伸率。

由第1表之結果可知，本發明藉由於聚乳酸中添加聚酯化合物、多元醇化合物及脂肪族聚酯化合物，以增加生物可分解塑膠中之各組成的相容性，而可增加均勻性。再者，利用本發明之生物可分解塑膠的製造方法可製得具有優異延展性之生物可分解塑膠。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，在本發明所屬技術領域中任何具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧方法

110‧‧‧提供生物可分解塑膠組成物

120‧‧‧進行混煉造粒步驟

130‧‧‧形成具延展性之生物可分解塑膠

Claims (9)

1. 一種具延展性之生物可分解塑膠的製造方法，包含：提供一生物可分解塑膠組成物，其中該生物可分解塑膠組成物包含聚乳酸、聚酯化合物、多元醇及脂肪族聚酯化合物，基於該聚乳酸之含量為100重量份，該聚酯化合物之使用量為1重量份至30重量份，該多元醇之使用量為0.1重量份至10重量份，該脂肪族聚酯化合物之使用量為1重量份至20重量份；以及對該生物可分解塑膠組成物進行一混煉造粒步驟，以形成一具延展性之生物可分解塑膠。
2. 如申請專利範圍第1項所述之具延展性之生物可分解塑膠的製造方法，其中該聚乳酸之一光學純度不小於95%。
3. 如申請專利範圍第1項所述之具延展性之生物可分解塑膠的製造方法，其中該聚乳酸包含聚左旋乳酸及聚右旋乳酸。
4. 如申請專利範圍第3項所述之具延展性之生物可分解塑膠的製造方法，其中該聚右旋乳酸與該聚左旋乳酸形成一立體異構物。
5. 如申請專利範圍第1項所述之具延展性之生物可分解塑膠的製造方法，其中該聚酯化合物係選自於由聚己內酯、聚對苯二甲酸己二酸丁二醇共聚酯、聚丁烯對苯二甲酸酯、聚羥基脂肪酸酯、聚醯胺酯、聚對苯二甲酸乙二酯及上述之任意組合所組成之一族群。
6. 如申請專利範圍第1項所述之具延展性之生物可分解塑膠的製造方法，其中該多元醇係選自於不飽和多元醇、飽和多元醇、環氧多元醇、聚醚多元醇、聚酯多元醇、多元醇糖及上述之任意組合所組成之一族群。
7. 如申請專利範圍第1項所述之具延展性之生物可分解塑膠的製造方法，其中該脂肪族聚酯化合物係選自於檸檬酸三丁酯、三醋酸甘油酯、三羥甲基丙烷三辛酸酯、聚己二酸丙二醇酯、聚乙醇酸、戊二酸飽和脂肪酸酯、3-戊二醇脂肪酸酯及上述之任意組合所組成之一族群。
8. 如申請專利範圍第1項所述之具延展性之生物可分解塑膠的製造方法，其中該混煉造粒步驟之溫度係150℃至180℃。
9. 一種具延展性之生物可分解塑膠，其係利用如申請專利範圍第1至8項中任一項所述之具延展性之生物可分解塑膠的製造方法所製備，其中該具延展性之生物可分解 塑膠的一斷裂延伸率為250%至600%。