TW201623436A - 用於生物分解性聚酯之折斷能力改質劑 - Google Patents

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尤根 沃夫
弗德克 席哈克
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克萊瑞特國際股份有限公司
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Abstract

本發明係關於一種包含單層或多層熱塑性材料之物件,該材料包含:(i)按重量計38.00至99.95%,較佳是67.00至99.9%,更佳是57.00至99.85%之聚乳酸,(ii)按重量計0.05至4.90%,較佳是0.10至2.90%,更佳是0.15至2.00%,且還更佳是0.2至1.00%,最佳是0.25至0.75%之環氧化的植物油;(iii)按重量計0至60.00%,較佳是0至40.00%,更佳是0至30.00%之選自由衝擊改質劑、塑化劑、交聯劑、發泡劑、填料、顏料、穩定劑、潤滑劑及其混合物組成之群組的另外添加劑,該重量百分比係相對於該單層或多層之熱塑性材料的總重量且加總成100%。

Description

用於生物分解性聚酯之折斷能力改質劑
現今廣泛地使用石油系塑膠(像是聚烯烴類、苯乙烯聚合物、聚對苯二甲酸乙二酯、聚對苯二甲酸丁二酯和聚氯乙烯)於包裝應用。依照應用而選擇之聚合物類型在成本或技術性質(像是衝擊強度、加工能力、阻氣功能及其它方面)具優勢。
然而,與天然資源和全球暖化相關之討論使非石油來源及生物分解性原料在包裝工業中愈來愈受矚目。那些生物來源和更具永續性之材料顯然是傳統包裝材料之替代品。
在過去,與石油系塑膠相比,不同之缺點(像是成本、可利用性及技術限制)確實使生物塑膠在塑膠工業中沒有較高之接受性。永續性之附加價值不能彌補塑膠轉化器之缺點。尤其是對於像是膜擠出和熱成形的精密應用,可利用之替代品並不足夠。
由於提升可利用性及與其他非油系聚合物相比之技術 性質(像是良好之衝擊強度),聚乳酸(PLA)在包裝應用中已成為替代品且傾向於取代聚合物(像是聚苯乙烯和聚乙烯)。PLA具有一些性質,其在透明性及低移動傾向上是比得上這些聚合物。PLA包裝之潛在應用常是那些製造方法具有挑戰性者,像是經擠出之片的熱成形。最終,物件中有龜裂、表面上之刮痕及材料加工期間的麻煩。
為防止熱塑性塑膠受損,廣泛使用聚合物改質劑以確保衝擊改良且減低脆性。這些改質劑常是熱塑性塑膠或非熱塑性彈性體(塑料)或核心-外殼改質劑。這些係由彈性體核心和丙烯酸類外殼構成。慣用之食物包裝(例如用於飲料、優格或凝乳)常是經熱成形的、經擠出的片以製造容器諸如杯和燒杯。這些常由PS和PET製成之容器可被包含在具有數個相連杯之組中(也稱為"複式包裝"),該杯以凹口或預切割線分段以具有預定破裂點。此破裂點確保該分段之破裂在容器(諸如杯)方向上有正確角度和力且無碎片或切片。此行為在下文中應被稱為"折斷能力"。在其它具體例中,該容器是邊緣對應於全切割線(full cut line)的單一容器。
由聚苯乙烯製成之容器(諸如杯)幾乎不需要用於熱成形及預切割容器(諸如杯)之應用的衝擊改質劑。彼之折斷能力可藉由該凹口之深度予以控制而不對該燒杯造成任何破壞。
由PLA製成之容器(諸如杯)可能太脆且在沿著預切割線切割或分開後邊緣不整齊:在邊界上形成裂紋,及 /或在垂直於預切割線之方向上有破裂。有需要使物件在切割及/或預切割之後即能有清晰且直的邊緣。也有需要使物件能有良好折斷能力。
US-5908918 A主張可降解之衝擊改質劑和可降解之塑化劑的用途,其提供包裝膜之衝擊改質與可撓性同時維持該組成物之生物分解性。然而,此種調和物不提供想要之濁度水平且試驗顯示折斷能力不與高水平之衝擊改質相應。在一些具體例中,使用環氧化之大豆油作為塑化劑,其量按重量計為至少5%。
在WO-2008051443 A1中,聚乳酸交酯樹脂係與丙烯酸類核心-外殼橡膠粒子摻混以給予良好衝擊強度和透明性。這是利用具有某一Tg和折射率之粒子的正確分散達成。然而,這些組成物就其效率係廣泛已知的,但並非是生物來源的且可能損壞降解性。然而有需要比核心-外殼化合物有效率之添加劑。
US-20110082224 A1也要求將平均粒徑大於250nm之核心-外殼衝擊改良劑施加至生物分解性聚酯。該經改質之生物分解性聚酯具有良好衝擊性質。然而在一些應用中,需要更具透明性。有需要使添加劑比核心-外殼化合物更有效率。
在CN-103146160 A中揭示一種將生物分解性聚酯共聚合的方法。然而這些共聚物是複雜且昂貴的化合物。有需要具有一種便宜且可實施方式以將市售生物分解性聚酯改質,較佳係利用含有提供必備性質(像是提供透明性和 折斷能力)之改良的添加劑的母料。
CN-102321287 B滿足藉由混合按重量計10至30%之聚乳酸、按重量計至少3%之環氧基植物油和相容劑與聚乙烯獲得之生物分解性聚乙烯膜的製造方法和組成。所描述之厚度50-100μm的膜不僅具有生物可降解性,但也顯出良好抗拉強度及衝擊改良。
US-5798435文件揭示藉由乳酸和環氧化之油的共聚合獲得之共聚物。有需要使材料不必要此種共聚合。同時,該文件在實例17和18揭示包含0.2%或0.5%之環氧化大豆油摻在聚乳酸中的組成物。試驗這些組成物的黏度及在射出成形時的擠出沾黏。然而,並不考慮這些組成物於單層或多層物件,且未提及其潛在性質。
WO-2014/067923文件描述以PLA系多層物件,其包含核心/外殼聚合物衝擊改質劑。具有諸如按重量計1%之衝擊改質劑之該物件顯出良好折斷能力。然而核心/外殼聚合物是昂貴且不是生物系的。有需要更有效率之添加劑(在類似濃度下增加效果及/或在較低濃度下有同等效果)。同時,核心/外殼聚合物衝擊改質劑導致不透明物件。有需要使物件可能為透明。
有需要使化合物和物件應付上述需要或問題之至少一者。另外,在提供為生物系之添加劑時需要在聚乳酸片中允許有良好折斷能力。
慣用衝擊改質劑(彼之使用濃度使彼提供最小衝擊改質影響)常導致不能破裂及太軟的片。
另外,需要改質劑,其仍提供透明性且是生物系的。
本發明係關於一種包含單層或多層熱塑性材料之物件,其中該材料包含(i)按重量計38.00至99.95%(較佳是67.00至99.90%,更佳是57.00至99.85%)之聚乳酸,(ii)按重量計0.05至4.90%(較佳是0.10至2.90%,更佳是0.15%至2.00%,還更佳是0.20至1.00%,最佳是0.25%至0.75%)之環氧化的植物油;(iii)按重量計0至60.00%(較佳是0至40.00%,更佳是0至30.00%)之選自由衝擊改質劑、塑化劑、交聯劑、發泡劑、填料、顏料、穩定劑、潤滑劑及其混合物組成之群組的另外添加劑,該重量百分比係相對於該單層或多層之熱塑性材料的總重量且加總成100%。
本發明進一步關於一種包含單層或多層熱塑性材料之物件,其中該材料係由或基本上係由下列組成:(i)按重量計38.00至99.95%(較佳是67.00至99.90%,更佳是57.00至99.85%)之聚乳酸,(ii)按重量計0.05至4.90%(較佳是0.10至2.90%,更佳是0.15%至2.00%,還更佳是 0.20至1.00%,最佳是0.25%至0.75%)之環氧化的植物油;(iii)按重量計0至60.00%(較佳是0至40.00%,更佳是0至30.00%)之選自由衝擊改質劑、塑化劑、交聯劑、發泡劑、填料、顏料、穩定劑、潤滑劑及其混合物組成之群組的另外添加劑,該重量百分比係相對於該單層或多層之熱塑性材料的總重量且加總成100%。
方便地,若存在該另外添加劑,則其存在量以該單層或多層熱塑性材料的總重量(100%)為基準計是按重量計0.01至60.00%,較佳是0.1至40.0%,更佳是0.25至30.00%。
定義
在本申請案中,非經發泡之聚乳酸(PLA)材料是指基本上耗盡氣體內含物(正好在該PLA中或在包埋於該PLA中之微球內)的聚乳酸。非經發泡之PLA典型具有密度高於1.2。非經發泡之PLA也稱為"緻密的PLA"。
在本申請案中,經發泡之聚乳酸(PLA)材料是指包含氣體內含物(較佳正好在該PLA中,其與在包埋於該PLA中之微球內的氣體內含物截然不同的)的聚乳酸。經發泡之PLA典型地具有密度至高1.2,較佳地低於1.2,較佳地至高1.1。
在本申請案中,"添加劑"是指可被添加至聚乳酸或其它熱塑性材料的產物。
在本申請案中,"總拉伸比"是指在物件開口的表面(對應於片之熱成形區)與經顯影之熱成形部份的表面(對應於與模接觸之塑膠表面)之間的比。
在本申請案中,"局部拉伸比"或"局部牽引比"是指在該熱成形部份的局部區的拉伸比。該局部拉伸比可藉由將該熱成形部份之局部厚度除以在熱成形前之起初厚度所評估的。非熱成形之部份(諸如外緣)典型地具有此起初厚度。
在本申請案中,折斷能力(折斷力)是指在施予彎曲(flexural solicitation)下,該物件之一部份沿著預切割線或凹口可分開的能力。例如,特別良好之折斷能力允許在施予多於二次彎曲時(較佳地在施予一次彎曲時),沿著預切割線或沿著凹口有破裂,其中該預切割線或該凹口具有最小(預切割)深度小於含該凹口或該預切割線之片的總厚度的75%(較佳地小於65%)。
據發現:天然來源之環氧化的油(較佳地環氧化之植物油)當作為經熱成形之PLA片中的改質劑時,提供如前定義之有利折斷能力及高透明性。
一方面,本發明係關於環氧化之植物油作為在隨意經熱成形之聚乳酸片中的折斷能力改質劑的用途。
聚乳酸(PLA)是由可再生資源所製成之熱塑性聚合物。彼具有明顯的生物分解性。PLA塑膠片常用來製作經 熱成形的容器。
PLA已知由於彼之單體單元乳酸之掌性本質,係以數種不同形式存在。如本文中使用之PLA包括均聚物聚(L-乳酸)(其中乳酸之結構單元是L-乳酸)、均聚物聚(D-乳酸)(其中乳酸之結構單元是D-乳酸)、均聚物聚(DL-乳酸)(其中乳酸之結構單元是不同比率之L-乳酸和D-乳酸的混合物)。
在本發明中,PLA可藉由在此技藝中已知的任何方法獲得。典型使用之方法包括乳酸交酯單體之開環聚合、乳酸之直接聚縮合和乳酸之脫水縮合。
該聚乳酸之重量平均分子量較佳範圍在約50,000至500,000道耳頓,更佳在100,000至300,000道耳頓。
植物油通常被定義為來自甘油之酯(所謂之三酸甘油酯),由植物或植物種子所萃取的。該三酸甘油酯可衍生自飽和或不飽和之具有C6至C22鏈長的脂肪酸酯。環氧化之植物油在本發明之觀念中是例如環氧化之大豆油(ESBO)、環氧化之甲基大豆MSO(methyl soyate)、環氧化之亞麻仁油、環氧化之松油、環氧化之花生油、環氧化之蓖麻油、環氧化之椰子油、環氧化之棕櫚油、環氧化之玉米油、環氧化之紅花油或其混合物。最佳之環氧化之植物油是ESBO。ESBO可由大豆油製造,該大豆油係由大豆種子萃取。
在本發明之觀念中,環氧化之植物油是指不與乳酸共聚合之化合物。另外,在本發明之單層或多層熱塑性材料 中,聚乳酸和環氧化之植物油是摻合物且不互相共聚合。
該環氧化之植物油典型地被使用,其量產生良好折斷能力、衝擊強度及/或透明性。較佳地,在隨意經熱成形之聚乳酸片中,用來作為折斷能力改質劑之環氧化之植物油的量,相對於該隨意經熱成形之聚乳酸片的總重量,按重量計在0.05至4.90%之間,較佳地按重量計在0.10至2.90%之間,更佳地按重量計在0.15至2.00%之間,還更佳地按重量計在0.20至1.00%之間,最佳地是按重量計在0.25至0.75%。
該環氧化之植物油可以是母料形式,其中彼係分散在聚合物基質(一般是熱塑性基質,例如PLA或乙烯不飽和單體之聚合物諸如乙烯-乙酸乙烯酯共聚物)中。該基質在本文中並無資格作為添加劑。此種母料可包含例如按重量計5%至90%之聚合物基質,較佳是10%至60%。此種母料可包含另外添加劑,例如以下詳述之添加劑。在特別具體例中,該母料在該基質和該天然來源之環氧化油之外,並無另外添加劑及/或填料。
在特定具體例中,該材料包含下列或由或基本上由下列組成:(i)按重量計88.00至99.85%之聚乳酸,(ii)按重量計0.15至2.00%之環氧化的植物油;(iii)按重量計0至10.00%之選自由衝擊改質劑、塑化劑、交聯劑、發泡劑、填料、顏料、穩定劑、潤滑劑及其混合物組成之群組的另外添加 劑,該重量百分比係相對於該單層或多層之熱塑性材料的總重量且加總成100%。
在較佳具體例中,本發明係關於一種多層物件,其包含(A)至少一非經發泡之聚乳酸層及(B)至少一經發泡之聚乳酸層,其中(A)、或(B)之任一者、或(A)和(B)含有該環氧化的植物油,其量相對於含該環氧化之植物油的層重量,較佳地按重量計是0.05至4.90%,較佳地按重量計是0.10至2.90%,更佳地按重量計是0.15至2.00%,還更佳地按重量計是0.20至1.00%,最佳地按重量計是0.25至0.75%。
在本申請案中,該經發泡之層可藉由發泡劑(較佳是放熱型發泡用添加劑,也稱為發泡劑)所發泡。適合之發泡劑是普遍已知者,例如偶氮二甲醯胺類、亞硝基化合物、醯肼類及檸檬酸及檸檬酸衍生物、其鹽類及酯類、碳酸氫鈉或其使用時之混合物。最普遍地,使用所謂之經改質的偶氮二甲醯胺,其為偶氮二甲醯胺與強聚物(kicker)諸如ZnO、硬脂酸鋅之結合。也可能是與有機物質諸如酸類和鹼類的結合物。
方便地,該發泡劑若被使用,則用量相對於該經發泡之層的總重量,按重量計為0.1至3%,較佳地0.25至2.5%。
該聚乳酸材料經提及可包含一般在聚合後被添加的交聯劑諸如過氧化物。在一最佳具體例,該聚乳酸材料不含 有此種交聯劑。令人驚訝地,已發現:此種交聯劑是無用的。
該添加劑可以母料形式被添加,其中將該添加劑分散在聚合物基質(例如PLA或乙烯不飽和單體之聚合物諸如乙烯-乙酸乙烯酯共聚物)中。
包含經發泡及非經發泡之層的物件可以是片或膜形式。彼一般具有厚度e。彼一般具有二個其它維度諸如長度l和寬度b。一般,其它維度l和b二者是至少厚度的10倍,較佳地至少厚度的100倍。塑膠片或膜一般可具有厚度0.1毫米至5毫米,較佳地0.5毫米至2毫米,較佳地0.6毫米至1毫米。厚度實例是0.5毫米、或0.7毫米、或0.8毫米、或0.9毫米、或1毫米。寬度一般可以是20公分至200公分。長度可以是至少200公分。該塑膠片可輥形式呈現。
在另一具體例中,該物件包含經熱形成的部份。
該物件可包含單層或多層。彼可由2或3層構成物。彼可以是例如二層材料(層A)-(層B)。彼可以是例如三層材料(層A)-(層B)-(層C)。彼可以是例如三層材料(第一層A)-(層B)-(第二層A)。第一層A和第二層A可以是相同或不同的。彼等較佳是相同的。該物件較佳包含按重量計至少19%,較佳地按重量計至少38%之層B。
沿著該物件厚度,按厚度計層之量可對應於以下輪廓: - 層A:10%至75%,- 層B:25至90%,總和是該厚度之100%。
在較佳具體例中,沿著該物件厚度,按距離計層之量可對應於以下厚度輪廓:- 第一層A:5%至37.5%,- 層B:25至90%,- 第二層A:5至37.5%,總和是該厚度之100%。
按該層重量計層之量可以是如下:- 層A:12.4%至93%,- 層B:19至68.4%,總和按重量計是100%。
在一較佳具體例中,按重量計該量係如下:- 第一層A:6.2%至46.5%,- 層B:19%至68.4%,- 第二層B:6.2%至46.5%,總和按重量計是100%。
在一較佳具體例中,該經發泡之聚乳酸材料具有密度0.5至1.2,較佳地0.75至1.1。可由此選擇該發泡用添加劑及其量。在較佳具體例中,該經發泡之聚乳酸材料包含按重量計0.1至5%,較佳地1%至4%之經膨脹的微球。在較佳具體例中,該物件(包括全部的層)具有密度0.75至1.2,較佳地0.75至低於1.2或至低於1.0。
該經成形之部份較佳具有拉伸比至少2.5,較佳至少3,較佳至少4,較佳至少5。該物件可包含不進行任何拉伸之部份,該部份在本文中被認為是非經熱成形之部份。該物件一般係藉由使該材料中之塑膠片熱成形而獲得。
該熱成形是此技藝之技術人員已知的方法。彼一般包含拉伸,其係在加熱塑膠材料(諸如片)下,一般藉由在模穴中施加機械措施諸如栓塞及/或藉由抽吸。該機械措施可隨意地藉由在壓力下施加氣體予以加強。
該物件之經熱成形部份可具有厚度在50微米至2毫米,較佳是60微米至800微米,較佳是70微米至400微米。
1‧‧‧容器
2‧‧‧本體
2a‧‧‧側壁
3‧‧‧底部
8‧‧‧開口
10‧‧‧凸緣
12‧‧‧上部
13‧‧‧下部
14‧‧‧包裝
15‧‧‧預切割線
18‧‧‧飾絹
圖1係關於一種具有中空本體及隨意之凸緣而該中空本體係配置一開口之容器,例如優格杯。
圖2係關於一種具有中空本體及隨意之凸緣而該中空本體係配置一開口之容器,例如優格杯。
圖3係關於一種具有中空本體及隨意之凸緣而該中空本體係配置一開口之容器,例如優格杯。
圖4係關於一種具有中空本體及隨意之凸緣而該中空本體係配置一開口之容器,例如優格杯。
該材料和方法在呈現至少一或數種如圖2、3及4中 顯示之下列特徵的物件中特別重要:
- 該物件是容器(1),其具有中空本體(2)及隨意之至少一凸緣(10),該中空本體界定該經熱成形的部份,該中空本體係配置一開口(8);
- 該中空本體(2)至少部份藉由飾絹(banderole)覆蓋;
- 該中空本體(2)包含:‧在該開口(8)對面之底部(3),‧呈現至少一部份(較佳是下部(13))之側壁(2a),其未藉由飾絹(18)覆蓋;
- 該開口(8)是通稱圓形(generally circular)之開口且該底部(3)具有通稱圓形之外邊(outer edge);
- 該側壁(2a)具有高度h2之通稱圓柱形的(generally cylindrical)上部(12)和高度h1之由該上部向該底部(3)以弧形方式內縮的下部(13),該上部和該下部在圓周交叉線上交叉和相連。
- 該底部(3)是平底,且其中該圓周交叉線與該平底相隔實質固定之距離,具有高度h1之下部(13)對應於該容器(1)的高度(H)的小部份;
- 該上部(12)之高度h2是固定的,h2/H之比包含在3:5與6:7之間,且較佳地在2:3與4:5之間;
- h2/H之比低於或等於3:4;
- 該側壁(2a)具有一種使該下部(13)的平均厚度大於該上部(12)的平均厚度的厚度輪廓;及/或
- 該開口(8)具有之內徑小於該容器(1)之高度H且大於該下部(13)的高度h1。
據提及:具有未藉由飾絹覆蓋之下部的物件是對於製造、均勻性及/或機械性質具有特別挑戰性之物件,其中發現礦物質填料之使用特別有利。
如圖2和3顯示的,該物件較佳是具有經熱成形的部份(其一般呈中空本體2之形式)及隨意之一或多個凸緣(例如環狀凸緣10)的容器1。該中空本體2是經熱成形的部份,其較佳經配置連續圓弧剖面,較佳圓形剖面。每一凸緣10一般是非經熱成形的部份。在一特別具體例中,該中空本體12包含環狀側壁2a,其代表至少未藉由飾絹18或類似之裝飾性條狀物覆蓋之部份。
該物件可以是由具有例如厚度大於300微米(較佳地至少500微米,較佳地至少750微米,較佳地750至1500微米)的片熱成形的。該凸緣若存在於該物件中則一般具有此一厚度。
引用圖2、3和4,該容器1之中空本體2具有由底部3沿著長軸X延伸直到開口端的側壁2a。該中空本體2之側壁2a是管狀且適合在與軸開口18接鄰之上方區A中藉由飾絹(較佳地圓柱形飾絹)或貼紙覆蓋。在該經說明之非限制性具體例中,此軸開口是圓形開口8。更普遍 地,據了解:該長軸X在此是中空本體2和該開口8的中心軸。該飾絹18之固定係以已知方式實施。
在此,該容器1包含與該本體2整合且與該本體2頂端連接之通稱平的環狀凸緣10。該凸緣10在界定該開口8之內邊與界定該凸緣10外圍的外邊之間輻向延伸。該本體2之側壁2a具有直接與該凸緣10連接之通稱圓柱形之上部12及由該上部12向該底部3以弧形方式(如圖2和圖4中清楚顯明的)內縮之下部13。
可以見到:該上部12和下部13在圓周交叉線(在此是圓形的)上交叉和相連。在該凸緣10之實質圓形接合處與亦實質圓形之圓周交叉線之間,上方區A界定用於接受該飾絹18之通稱圓柱形的表面。該飾絹18可藉由模內貼標籤方法或類似者被附加。在側壁2a之圓周交叉線,合適維持該裝飾性條狀物之小梯階(step)或肩狀體(shoulder)係可有可無。此一梯階由該藉由該上部12所界定之圓柱形表面凸出不多於約0.5毫米。
如圖4顯明的,該圓周交叉線與該平底3係相隔實質固定的距離且該下部13之高度h1對應於該容器1之高度H的小部份。可能察知:該容器1之高度H大於該中空本體2之較大尺寸。較佳地,該上部12之高度h2並不明顯大於該圓柱形上部12之外徑D且可能小於此外徑D,例如圖2和4之實例中者。根據容器1周圍之任一視點,可見到上方區域A近似正方形,該上部12之高度h2稍微小(與最大值差15%),等於或不超過多於10-15%之該開 口8之內徑及/或該本體2之外徑D或類似表觀寬度。利用此一配置,該上部12係特別有用於顯示資訊且一般藉由長方形飾絹或呈袖狀標籤形式之類似形狀的條狀物覆蓋。
因此,該本體2高於寬度,此基本上是由於該下部13之明顯高度(significant height)h1。由於此高度h1是明顯的且例如包含在14與24毫米之間(該高度H是例如不大於約65或75毫米),接近該底部3之圓弧形外觀是清楚明顯的。該下部13在此由該底部3達到圓周交叉線是連續圓弧形的。
引用圖2、3和4,經決定用於貼合飾絹18之區域A可能具有高度b1,其不大於該上部12之高度h2。因此在該凸緣10與該飾絹之上邊(在此是直線邊緣)之間可能存在隨意之小間隙。在此,與該凸緣10之距離b2可能僅是約1-4毫米。在該經說明之具體例中,該飾絹18之下邊不延伸至該圓周交叉線下方以致該下部13仍未被覆蓋。
該上部12之高度h2(當然該高度h2係利用h2=H-h1獲得,其在此是固定的)可佔該高度H之至少等於0.6且不大於0.86的分率。該下部13之高度h1因此小於該高度H之約2/5的分率。h1/H比因此可能是包含在0.14與0.4之間。h2/H比因此可能是包含在2:3與4:5之間,且可以選擇較佳小於或等於3:4。結果,獲得具有軟性過渡(soft transition,亦即如圖2顯示具有大的彎曲半徑R) 之該下部13的圓弧化且在沒有使該底部3接鄰區域有任何特定之厚度增加下該底部3附近之機械性是良好的。該良好機械性(尤其是諸如抗壓縮性)允許底部3附近(在該未經覆蓋之下部13中)相對低厚度之使用。包含(i)、(ii)、和隨意地(iii)之材料對於形成具有低厚度範圍之經成形部份是特別有效率的。
在食物包裝工業中,該塑膠容器1可堆疊在另一容器頂部以致可在托盤上層疊成堆。在托盤上之負重可能是大於500公斤。此推允許底部之包裝物品耐受上方之包裝物件的壓縮負荷。因此,極感興趣的是:該未經覆蓋之下部13(決不經強化)可耐受高壓縮。有利地,該下部13之剖面如圖2上方顯示的是圓形的。更普通地,該中空本體2可配置圓形剖面,亦即具有外徑D之上部12。
仍引用圖2、3和4,當使用0.25-0.27或0.27-0.29或0.29-0.31之h1/H比時,獲得該上部12之高度與該下部13之高度之間良好的折衷(尤其是用於節省塑膠材料)。h1/H比大於0.2對於在該下部32與該底部3之間的接合處具有較不明顯的角度是較佳的。h1/H比不大於0.32對於具有足夠之上方區域A也是較佳的。另外,至少因為基本上在此可在本體2之上部30中獲得厚度減少,具有相對大上方區域A是有利的。
現在引用圖3和4,該底部3可配置凹陷或朝向外部之凹面的凹處。在此凹處周圍所界定之該底部3之環狀部份具有小於該圓形開口8之直徑(在該本體2頂部界定) 的直徑。配置此種凹處(較佳是單一中心的凹處)之底部3具有較高強度以較好支持壓縮負荷。當然,該底部3仍可被認為是通稱平底3,此至少因為該底部3具有平面形狀且該容器1適合保持垂直,當該底部3與水平基礎支持體接觸時(長軸X是垂直的)。當然,該凹處之高度較佳極小,例如約0.5毫米。
引用圖2,可見到該上部12為圓柱形,因此界定高度h2之實質垂直壁。實質垂直據了解與垂直線有5°之容許角度。在所示之實例中,不能認為該上部12在該本體2之頂部係明顯較大,因為小於2°且例如僅約1°之角度係相對該長軸X之垂直方向來界定。此角度是如此小以致使用者將自然地解釋該上部12為圓柱形。也可理解:該上部12之外徑D可被認為是固定的,因為此角度一般是小於2°且該上部12之高度h2一般小於50-70毫米。因此據了解:D也代表該圓周交叉線之外徑。
引用圖2和3,該本體2之側壁2a在該上部12和該下部13之橫剖面中皆具有通稱圓形之剖面。在該上部12中,通稱圓形據了解為包含圓形和橫剖面之大尺寸與橫剖面之小尺寸的比小於1.1的橢圓形。
現在引用圖2和4,可以見到:該上部12決定虛構的筒(在此是虛構的圓柱體),其圍繞該長軸X長向地延伸且具有外徑D。因為經變窄之下部13的彎曲形狀,該本體2之底部3具有圓弧形外邊,其與該虛構筒輻向地分隔開以界定在該圓弧形外邊與該虛構筒之間之實質固定的 輻向距離e。獲得具有相對大彎曲半徑R之該下部13之彎曲形狀以致該輻向距離e明顯小於該底部3之直徑d的一半。因此,該底部3足夠寬以致當容器1放置在水平支持體上時使彼有良好垂直穩定性。較佳地,滿足以下關係0.8<d/D<0.9以具有穩定的底部3。e/h1比被包含在1/6與1/3之間且較佳在1/5與3/10之間(且更佳小於0.29)。利用此之構型,獲得該下部13之輕微彎曲且該下部12提供另外表面以正確地夾住該容器1。要註明:增加該側壁2a之拉伸比並非是容易進行的事,當具有相對薄之側壁2a,尤其是在該上部12中。
引用圖2,為要在下部13具有良好機械性且使容器1具有足夠穩定性,該輻向距離e可被包含在3與7毫米之間。
容器
該物件可以是容器,例如作為乳製品容器1,像是優格杯。本發明也關於容器1,其以食物或非食物產品(較佳是乳製品,較佳是以乳為底質(乳是動物乳或植物乳代替品諸如豆漿或米奶)之產物,較佳是發酵乳製品,例如優格)填充。該容器1可具有優格杯形狀,例如具有正方形剖面或帶有圓弧角剖面之正方形或圓形剖面。該容器1可具有內縮之底部,較佳是內縮之圓底。該容器1具有壁(垂直於該剖面),一般是管狀側壁2a,其可配置諸如貼紙或飾絹18之元件。諸如飾絹18之元件可有助於再次 強化該容器之機械阻力。
以食物或非食物產物填充之容器1可包含包封元件以密封該開口8。凸緣10界定用於該包封元件與該容器1之容納部份貼合的支持表面。該包封元件保持在該側壁2a上方一定距離。密封薄膜或薄箔(其隨意地適合與食物接觸)可形成該包封元件。當該容器1係配置凸緣10時,該包封元件與該凸緣一般切割成相同外形。
該容器1可以是例如50毫升(或50克)至1升(或1公斤)之容器,例如50毫升(或50克)至80毫升(或80克)之容器,或80毫升(或80克)至100毫升(或100克),或100毫升(或100克)至125毫升(或125克)至150毫升(或150克),或150毫升(或150克)至200毫升(或200克),或200毫升(或200克)至250毫升(或250克),或250毫升(或250克)至300毫升(或300克),或300毫升(或300克)至500毫升(或500克),或500毫升(或500克)至750毫升(或750克),或750毫升(或750克)至1升(或1公斤)。
方法
本發明另外關於一種製造如前述物件的方法,其包含下列步驟:在加熱至150至250℃之溫度下於擠出機中混合聚乳酸、環氧化的植物油及隨意之另外的添加劑且擠出或共擠出該混合物。
熱塑性材料可在形成該單層或多層物件之前或在形成該物件期間被製備。熱塑性材料諸如PLA可以粉末、丸或顆粒形式被導入。
若一層含有數種成份之混合物,這些成分可在形成該物件時被混合,一般是在擠出機中。可以製造添加劑母料以待與熱塑性材料混合。在另一具體例中,可以使用經預混之化合物,一般是粉末、丸或顆粒形式。有用的方法一般包括混合聚乳酸、數種成份和發泡劑之步驟和加熱以活化該發泡劑之步驟。該加熱溫度可以是例如150℃至250℃,較佳是150℃至200℃。可在該混合步驟期間或在另一步驟中進行加熱。混合及/或加熱可在擠出機內於擠出步驟中進行。在形成多層熱塑性材料之較佳具體例中,該層被共擠出,一般是由熔化形式之各別材料流共擠出。共擠出方法在此技藝中是已知的。這些方法一般包含將不同的流擠過分開並排的模。在該等模之後,該等流顯露且形成至少一介面。二層物件有一介面且三層物件有二介面。該材料然後冷卻以形成固體物件。可以在該共擠出之後完成合適處理以獲得所要之產品,例如片或膜。處理步驟是例如壓製處理、壓延或拉伸。這些處理步驟之參數諸如溫度、壓力、速度、處理次數可被修正以獲得產物,例如片。在一具體例中,該物件是藉由包含共擠出和壓延之方法製備之片。
在一具體例中,該物件是由塑膠片獲得之經熱成形之容器。該經熱成形之物件較佳藉由下列獲得: 1)單層片或具有至少層A和層B之多層片的擠出以獲得多層塑膠片,及2)將該塑膠片熱成形以獲得容器。
熱成形是已知操作。可以將該片熱成形以獲得具有所要形狀之成品。據提及:一些拉伸係在熱成形時進行。熱成形可以例如利用Form Fill Seal(FFS)熱成形生產線進行。該熱成形可包含下列步驟:- 片導引在導引鏈(亦即尖釘或夾片)上;- 藉由加熱接觸板加熱片;- 利用陰模,藉由形成柱塞及空氣壓力來輔助以成形。該模可以或可以不包含標籤。
在Form Fill Seal熱成形生產線中,在該熱成形後一般進行下列步驟:- 所得之成形品以產品填充,然後以蓋膜熱密封,- 最後,彼被切割且隨意地藉由機械剪修工具預切割。
本發明之另外細節或優點可在下列非限制性實例中顯示。
該等實例係使用下列材料實施。除非另外指明否則百分比意思是按重量計之%。
PLA:
由NatureWorks所銷售之Ingeo® 2003D-包含96.3%之L-乳酸交酯單元及3.7%之D-乳酸交酯單元的聚乳酸。
ESBO:
由HOBUM Oleochemicals GmbH所銷售之Merginat® ESBO。
MB1:
按重量計75%之PLA和25%之ESBO之母料。
MB2(比較用):
按重量計50%之PLA和50%之Biostrength® 150(以丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯共聚物為底質之核心-外殼添加劑)之母料。
化學發泡劑(CFA-MB):
按重量計80%之PLA和20%之檸檬酸之母料。
緻密的(非經發泡的)PLA片:
根據以下程序製備之不同的單層PLA塑膠片。
程序:
利用具有45毫米內徑及24D長度之Fairex®擠出機將材料(PLA及MB1或MB2)擠出。沿著該螺桿之溫度是在180與200℃之間。熔化之PLA係擠出經過溫度在185與195℃之間的模以製造緻密片。然後該片係在溫度 為約40℃之3滾筒上壓延以控制該片厚度。
片厚度:0.75毫米。
經發泡之PLA片:
根據下列步驟製備三層PLA膨脹塑膠片。
具有一個經發泡之PLA內層和二個緻密PLA外層之多層結構係藉由共擠出製造。
該經發泡之PLA內層的材料(PLA、CFA及MB1或MB2)係利用具有45毫米內徑及24D長度之Fairex擠出機擠出。利用CFA,沿著該螺桿之溫度輪廓被包含在165與230℃之間。
該二緻密外層的材料(PLA及MB1或MB2)係利用具有30毫米內徑及26D長度之Scannex®擠出機擠出。然後,獲得之熔化塑膠材料在進料區塊中分成二道不同流以形成該二緻密外層。沿著該螺桿之溫度是在165與195℃之間。在該擠出機之後,將不同材料流饋送經過不同通道(彼係藉由二個薄平面(模)隔開)進入進料區塊渠道。在該隔開用平面末端,該三道流顯露出且形成二介面,且該片係經擠出經過溫度在185與195℃之間的模。然後該片係在具有溫度約40℃之三滾筒上壓延。在該第一與第二壓延滾筒之間的壓力保持成0以穩定化該泡體結構且避免該經膨脹結構的任何塌陷。
片厚度:0.95毫米。
緻密PLA優格杯:
根據以下程序將該緻密塑膠片熱成形成為優格杯。然後分析且評估該等杯。
程序:
將該片導入F.F.S.熱成形生產線,然後在下列參數下熱成形成為125克之杯:- 熱板溫度:90℃;- 該片因6個加熱步驟逐漸被加熱,每一加熱盒具有140ms之關閉時間;- 該熱成形步驟係以慣用之毯(felt)成形栓塞實施;- 模溫度固定在20℃以冷卻該PLA材料;- 成形用空氣壓力:4.5巴;- 發泡時間:450ms;- 機械速度:30拍(stroke)/分鐘;- 模底部與栓塞最低點之間的距離:3毫米;- 杯形狀:如圖1a和圖1b顯示的;- 飾絹:無。
該等優格杯被排成二排四個相連杯包裝(該包裝也稱為"複式包裝")且被切割成x4相連杯(稱為"複式包裝"),而在該四個杯的每一對相鄰杯之間有預切割線或類似之接合處。該預切割線係在該F.F.S(Form Fill Seal)設備完成。
經發泡之PLA優格杯:
根據以下程序將該經發泡塑膠片熱成形成為優格杯。然後分析且評估該等杯。
程序:
將該片導入F.F.S.熱成形生產線,然後在下列參數下熱成形成為125克之杯:- 熱板溫度:110℃;- 該片因6個加熱步驟逐漸被加熱,每一加熱盒具有140ms之關閉時間;- 該熱成形步驟係以慣用之毯成形栓塞實施;- 模溫度固定在40℃以活化該標籤熱熔物且冷卻該PLA材料;- 成形用空氣壓力:4.5巴;- 發泡時間:450ms;- 機械速度:32拍(stroke)/分鐘;- 模底部與栓塞最低點之間的距離:5毫米;- 杯形狀:如圖2顯示的。總拉伸比是5.6;- 飾絹:有。
該等優格杯被排成二排四個相連杯包裝14(該包裝也稱為"複式包裝")且被裁切成x4相連杯(稱為"複式包裝"),而在該四個杯的每一對相鄰杯之間有預切割線15或類似之接合處,如在圖3顯示之實例中的。該預切割線 15係在該F.F.S(Form Fill Seal)設備完成。
實例1:PLA緻密體
PLA緻密片結構(每一片之厚度:0.75毫米)
實例1.1:98.0%之PLA+2.0%之MB1(0.5%之ESBO)
實例1.2:98.0%之PLA+2.0%之MB2(比較用之1%的Biostrength 150)
評估-折斷能力:
該折斷能力用手測量決定,而標註等級代表該等杯在施予彎曲下被分開之能力:- 標註0-在三次施予時不破裂或不沿著該預切割線;- 標註1-在三次施予時破裂且沿著預切割線;- 標註3-在二次施予時破裂且沿著預切割線;- 標註5-在一次施予時破裂且沿著預切割線。
然後,比較該折斷能力與該預切割深度以決定獲得良好折斷能力所需之最小預切割深度。
- 該預切割線深度係藉由光學顯微鏡測量至少3次。
需要至少58-63%之預切割深度以獲得良好折斷能 力。
需要至少約50-55%之預切割深度以獲得良好折斷能力。
結論:對於實例1.1與比較用實例1.2,獲得良好折斷能力所需之預切割深度被認為是實質等效的,然而添加劑之量係除以2(在實例1.1中0.5%之ESBO,在比較用實例1.2中1%之Biostrength® 150)。等效試驗顯示:使用0.5%之Biostrength® 150並不導致良好之折斷能力(不管該預切割深度為何)。
實例2:PLA泡體
評估-折斷能力
需要至少35-40%之預切割深度以獲得良好折斷能力。
需要至少40-45%之預切割深度以獲得良好折斷能力。
實例3:耐衝擊性
PLA緻密-射出抗拉骨
- 實例3.198.0% PLA+2.0% MB1
- 實例3.2(比較用):98.0% PLA+2.0% MB2
- 實例3.3(比較用):100% PLA
評估-衝擊強度
藉由V型凹口方法測量衝擊強度。用於測量V型凹口之樣品已利用Arburg Alrounder 320 M Golden Edition射出成形機射出成形以製造用於根據EN ISO 179-1/1eA 測量之試驗用樣品。
令人驚訝地,據發現:利用ESBO(與Biostrength 150相對)者並未觀察到衝擊強度之強化,但ESBO有助於更好地管理該折斷能力。
實例4:片之透明度
PLA緻密片結構(每一片之厚度:0.75毫米)
- 實例4.1:98.0%之PLA+2.0%之MB2(比較用1%之Biostrength 150)
- 實例4.2:98.0%之PLA+2.0%之MB1(0.5%之ESBO)
評估-濁度測量
濁度水平根據標準ASTM D 1003對齊測定。
利用Minolta Spektrophotometer CM-3600d(其幾何形狀符合ASTM D 1003 Section 8:Procedure B Spectrophotometer之規格)進行測量。測定濁度水平所用之軟體是Spectra Magic。
該標準利用二個不同之CIE標準照明體:來源A(一般之家用鎢絲燈)和C(平均日光)。使用二者。
實例結論:
以上顯示之實例證實:該ESBO(MB1)對於所述之應用具有特定效能。即使彼不具有經證實之衝擊改良劑功能,彼給予與核心/外殼形衝擊改良劑實質等效之折斷能力性能,但有小於2倍量之添加劑及甚好的透明度。
1‧‧‧容器
2‧‧‧本體
2a‧‧‧側壁
8‧‧‧開口
14‧‧‧包裝
15‧‧‧預切割線
18‧‧‧飾絹

Claims (16)

  1. 一種包含單層或多層熱塑性材料之物件,其中該材料包含:(i)按重量計38.00至99.95%之聚乳酸,(ii)按重量計0.05至4.90%之環氧化的植物油;(iii)按重量計0至60.00%之選自由衝擊改良劑、塑化劑、交聯劑、發泡劑、填料、顏料、穩定劑、潤滑劑及其混合物組成之群組的另外添加劑,該重量百分比係相對於該單層或多層之熱塑性材料的總重量且加總成100%。
  2. 如申請專利範圍第1項之物件,其中該材料包含:(i)按重量計88.00至99.85%之聚乳酸,(ii)按重量計0.15至2.00%之環氧化的植物油;(iii)按重量計0至10.00%之選自由衝擊改良劑、塑化劑、交聯劑、發泡劑、填料、顏料、穩定劑、潤滑劑及其混合物組成之群組的另外添加劑,該重量百分比係相對於該單層或多層之熱塑性材料的總重量且加總成100%。
  3. 如申請專利範圍第1至2項之任一項的物件,其中該植物油是具有C6至C22之鏈長度的飽和或不飽和脂肪酸酯的三酸甘油酯。
  4. 如申請專利範圍第1至2項之任一項的物件,其中 該環氧化的植物油是環氧化的大豆油、環氧化的甲基大豆(methyl soyate)、環氧化的亞麻仁油、環氧化的松油、環氧化的花生油、環氧化的蓖麻油、環氧化之椰子油、環氧化之棕櫚油、環氧化之玉米油、環氧化之紅花油或其混合物。
  5. 如申請專利範圍第1至2項之任一項的物件,其中該物件是多層物件,其包含(A)至少一非經發泡之聚乳酸層A及(B)至少一經發泡之聚乳酸層B,其中(A)、或(B)之任一者、或(A)和(B)含有該環氧化的植物油。
  6. 如申請專利範圍第1至2項之任一項之物件,其為塑膠片。
  7. 如申請專利範圍第1至2項之任一項之物件,其中該物件包含經熱成形的部份,該部份較佳具有至少2.5之總拉伸比。
  8. 如申請專利範圍第7項之物件,其中該物件是容器。
  9. 如申請專利範圍第8項之物件,其為具有中空本體(2)及隨意之至少一外緣(10)的容器(1),該中空本體界定該經熱成形之部份,該中空本體係配置一開口(8)。
  10. 如申請專利範圍第9項之物件,其中該中空本體(2)是至少部份地藉由飾絹(banderole)覆蓋。
  11. 如申請專利範圍第8項之物件,其中該容器是複 式包裝形式或個別杯形式之杯。
  12. 如申請專利範圍第1至11項之任一項的物件,其中該材料係由下列構成:(i)按重量計38.00至99.95%之聚乳酸,(ii)按重量計0.05至4.90%之環氧化的植物油;(iii)按重量計0至60.00%之選自由衝擊改良劑、塑化劑、交聯劑、發泡劑、填料、顏料、穩定劑、潤滑劑及其混合物組成之群組的另外添加劑,該重量百分比係相對於該單層或多層之熱塑性材料的總重量且加總成100%。
  13. 一種製造如申請專利範圍第1至12項之任一項之物件的方法,其包含下列步驟:在加熱至150至250℃之溫度下於擠出機中混合聚乳酸、環氧化的植物油及隨意之另外的添加劑且擠出或共擠出該混合物。
  14. 如申請專利範圍第13項之方法,其另包含熱成形步驟。
  15. 如申請專利範圍第13至14項之任一項的方法,其中該環氧化的植物油係以母料形式被添加。
  16. 一種環氧化的植物油在隨意經熱成形之聚乳酸片中作為折斷能力改質劑的用途。
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