TWI352717B - A tenacity adjuster, a biodegradable material comp - Google Patents

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Guangway Jang
Yin Ju Yang
Shu Chen Lee
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Description

九、發明說明： 【發明所屬<技術領域】 別地，：發-種生物可分解材料添加之可塑劑，特 月係關於一種之生物可分解材料。 【先前技術】 關。由的興起與，們生活形態的改變息息相 何利用輕便的j度成長、糧食不足的壓力日增，使得如 加食品的保dn:::的貯，運輸’以及增 年ι.“意；見ΐ全世界的塑膠消耗量已經超過每 環境的巨大衝^，35=使用於包|材’廢料的處理造成 的研究也愈顯重要因此、於塑料的回收機制與可分解塑膠 氣、ΐί:77:及材:5要22料在充足的水分、氧 其新一 r聚合物，其主要的特色在於 鍵結透過生行分解’這些聚合物彼此的 心 土谓万决（biological processes )分 ; = 材材料對= 喪失後的處理與回收，較不符合成有=能 3 =开的處理方式不外乎是焚燒或 受賴目。依不同材料來源，生物可分解材 丄乃2717 ;、員.⑴聚乳酸為主的生物可分解材料；⑺聚酷為主的 可分解材料；（3)澱料主的生物可分解材料；及 t類的生物可分解材料。另外也有其他例如大豆等 入然材料陸續地開發中。
姑％ίί而目相生物可分解材料雖然具有環保特性’但是 賠、〜構本身不易改質，經由各類加工處理後產品會有易 熱性差、黏度不夠等缺陷，因此材料的應用 ^圍Ϊ侷限，造成市面上所生產的產品皆只能於常溫下 耐求的重點將會以可增加材料 勒又與黏度··等功能性的環保配方為重點。 【發明内容】 有鑑於習知技術的缺失， =物=材料之可塑斗，以改善=二= =，使其利於後續之製作或提升特性。 ㈣ 料，明之另—目的在提供性質優異之生物可分解材 。可塑劑之施用，獲得具有合適韌度、耐衝擊強产、 同附考性與延展性之生物可分解材料。衝擎強度 之矣ίίΐ又一目的在提供紙類、木材、塑膠或金屬基材 表面坡覆材料。欲藉以提升基材防水、防油、耐微波與 抗〉東特性。 /、 本，明之再一目的在提供紙類、木材、塑膠或金屬基 材之接著材料《欲藉其使相同或相異之二基材接著黏合。 為達上述目的，本發明之生物可分解材料之可塑劑， 其係包含100重量份之生物性分子；及0.1重量份至1000重 6 1352717 量份之生物可分解聚合物前驅單體；其中，生物性分子與 生物可分解聚合物前驅單體混合後係於5 0 °C至16 0 °C進行 熱處理。 本發明也包含利用可塑劑調整生物可分解聚合物之韌 度及/或衝擊強度及/或延展性及/或附著性之用途，其中該 可塑劑包含100重量份之生物性分子；及0.1重量份至1000 重量份之生物可分解聚合物前驅單體、寡聚物、水或其混 合物；可塑劑係經50°c至160°C之熱處理。 本發明另包含一種生物可分解材料前驅配方，該配方 係包含100重量份之生物可分解聚合物；及0.1重量份至50 重量份之可塑劑；其中該可塑劑係係由1〇〇重量份之生物性 分子及0.1重量份至1000重量份之生物可分解聚合物前驅 單體、寡聚體、水或其混合物調配而成；且該可塑劑係經 50°C至160°C之熱處理。 本發明同時也包含一種生物可分解材料，其係取前述 生物可分解材料前驅配方經熱加工技術處理製得。 本發明之生物可分解材料係可以透過熱壓方式接著黏 合二物件，因此本發明同時亦提供一種接著材料，其係取 前述之生物可分解材料前驅配方經熱加工技術處理製得， 該接著材料之特徵係可藉由熱壓方式使二表面黏合。 【實施方式】 本發明之生物可分解之可塑劑，其係包含100重量份之 生物性分子；及0.1重量份至1000重量份之生物可分解聚合 物前驅單體、寡聚體、水或其混合物；其中，生物性分子 7 1352717 與生物可分解聚合物前驅 〜
後係於5(Tc至16(rc進行熱卢遐、·寡聚體水或其混合物混合 物性分子與生物可分理L在較佳的實施態樣中，生 100重量份之生物性分子♦ 0物前驅單體之混合比例係為 可分解聚合物前驅單刀體、重量份至500重量份之生物 的實施態樣中，前述生物性八體水或其混合物；在更佳 單體之混合比例係為100重j7/與生物可分解聚合物前驅 至200重量份之生物可分解物性分子與0.1重量份 其混合物。 〇物則驅單體、寡聚體、水或 本發明所稱之『生物性八 ^ 或生物可相容性之物質，刀』係指具有生物可分解性 動物或植物結缔組織戋骨架蛋白質分子或者是其他形成 甲殼素或由例如經丙基甲例如：洋菜、玻尿酸、 適用於本發明之可塑；物性明膠。 性明膠或膠原蛋白類之動铷地疋白質为子較佳地係為動物 $物性明膠係指來自包含牛骨、牛皮或豬皮等來源，其 主成份為水解後之膠原蛋白的蛋白質。 再者’本發明之可塑劑中所包含之生物可分解聚合物 月1J驅單體，係指該單體經聚合反應後所形成之聚合物係具 有生物可分解性，換言之，具有生物可分解性之聚合物’ 其前驅物單體係可供本發明之可塑劑所選用。本技術領域 中已知悉之具生物可分解性之聚合物眾多，較適合本技術 選用者係為生物可分解聚酯類聚合物或生物可分解聚乙烯 類聚合物或其共聚物。其中，生物可分解聚酯類聚合物包 含聚乙醇酸、聚乳酸、聚己内酯、聚羥基丁酸酯、聚羥基 8 戊ks曰♦說基戊酸或其共聚物，而生物可分解聚乙烯類 聚合物包含聚乙酸乙烯酯、聚丁二酸丁二酯、聚乙烯醇、 聚對-二氧雜環己酮或其共聚物。 本發明之可塑劑，係取生物性分子與生物可分解聚合 物前驅單體依所需比例混合後，熱處理該混合物所形成， 其中熱處理之溫度係為50。〇至160。(：，而在較佳的實施態樣 中，熱處理之溫度係為80。〇至130。〇。 在部分的實施態樣中，本發明之可塑劑中所使用之生 物可分解聚合物前驅單體係可以水加以取代，亦即本發明 之了塑劑係可包含生物性分子及水。在這些實施態樣中， 生物性分子水溶液之用途即可用來調整生物可分ς聚合物 之韌度及/或衝擊強度及/或附著性及/或延展性。可作為可 ，劑之生物性水溶液係由100重量份之生物性分子及01重 罝份至1000重量份之水，且部分重量之水係可以前述之生 物可t解聚合物前驅單體取代之。而與使用生物可分解聚 合物前驅單體之態樣相同的是，該生物性水溶液於混合 後:係進一步經50°C至16(TC之熱處理，且熱處理之溫度較 佳係f8(TC至130¾。在此實施態樣中，生物性分子之定義 係如前述。由上述關於可塑劑組成之敘述中可知，本發明 之可塑劑之用途，係用來調整生物可分解聚合物之韌度及/ 或衝擊強度及/或附著性及/或延展性，其係將可塑劑摻入生 物可分解聚合物中，使摻有可_之生物可分解聚合物經 熱加工技術處理後改變韌度及/或衝擊強度及/ 或延展性成為預期。 f^ 因此，本發明提供之生物可分解材料前驅配方，其係 1352717 體、1 寡重量份之生物可分解聚合物前驅單 其混合物；且該可塑劑係經50。。至廳
::r—合物及=:::= 將本車:佳1熱處理之溫度係為8〇°c至i3〇〇c。 理後:即製;r戶可分解材料前驅材料以熱加工技術處 需型態(例如:容器或表面薄膜)之生 J係取前述生物可以=====製 發明所柄之熱加工技術，包含高分子技術中可用於 合物形成所需型態之技術，例如射出成型術、押出成 型術、滾輪塗佈術、淋膜成型技術發泡成型技術。由生物 可分解材料前驅配方製得本發明之生物可分解材料之熱成 型溫度在160°C至280°C間，較佳則為熱成型溫度在i9(TC至 250。(：。 本技術領域具通常知識者當可輕易理解，透過可塑劑 本身之調配比例，以及可塑劑與生物可分解聚合物間混合 的比例，係可製得不同勒度、衝擊強度、附著性及延展性 之生物可分解材料’以因應不同之需求。例如作為容器時、 作為包膜時乃至於作為各種電子塑料所需之特性並不相 同’但可透過調整比例獲得所需之效果。 10 在前述發明開發期間發現，本發明之生物可 材；ίίϊίί合之用’其使用方式係將前述生物可分解 黏合之二物件之接合表面之間，接著以心 使二物it生物可分解材料表現出黏著劑之特徵，進而 复#=田本發明Μ物可分解材料亦為—種接著材料， 2可應用於使二物件接合，其中，物件 二 同或不同，包含紙類、木質、_或金屬。、為相 4目說明的是’由上述生物可分解材料前驅配方之 中：知’透過可塑劑之添加量可調整生物可分解 =”塑劑皆有其適用之技術領域二 上特別疋水）之方式稀釋之。—般來說，流動性較 更適合於作為黏著劑。度“)較一動性之狀態 以下實施態樣係用於進一步了解本發明之優點 用於限制本發明之申請專利範圍。 .並非 實施例1·可塑劑之製備 下 所述 本實施例包含四種可塑劑之製備，其製備步_如 第一组 播物㈣性㈣（大豐_1業股份·公司生產之 植物性硬空膠囊〇號商品）與 要认。。產 中1小時，即可贺猓太癸昍^ 合後，置於8〇c環境 付本發明之可塑劑(A001型）。 1352717 第二組 取5克植物性明膠（大豐膠囊工業股份有限公司生產之 植物性硬空膠囊〇號商品）與5克之乳酸單體混合後，置於 130°C環境中4小時，即可製得本發明之可塑劑（A002型）。 第三組 取5克動物性明膠（台灣代理商信意公司販售之明膠 260B商品）與5克水混合後，置於80°C環境中1小時，即可 製得本發明之可塑劑（A003型）。 第四組 取5克動物性明膠（台灣代理商信意公司販售之明膠 260B商品）與5克之乳酸單體混合後，置於130°C環境中4 小時，即可製得本發明之可塑劑（A004型）。 實施例2·生物可分解材料之製備 本實施例包含四種生物可分解材料之製備，其製備步 驟係如下所述： 第一組 取實施例1.中之可塑劑（A001) 10克，加入500克聚乳 酸（PLA)中，之後在190°C之工作溫度下以淋膜成型方式 (參考第一圖）製得薄膜型態之生物可分解材料 PLA/A001。 第二組 取實施例1.中之可塑劑（A002) 10克，加入500克聚乳 酸（P>LA)中，之後在25〇t之工作溫度下以淋膜成型方式 製得薄膜型態之生物可分解材料1>1^/八002。 12 1352717 弟二> 組 取實施例1.中之可塑劑（A003) 10克，加入500克聚乳 • 酸（PLA)中，之後在250°C之工作溫度下以淋膜成型方式 製得薄膜型態之生物可分解材料PLA/A003。 第四組 ' 取實施例1·中之可塑劑（A004) 10克，加入5〇〇克聚乳 •酸（PLA)中，之後在190°C之工作溫度下以淋膜成型方式 • 製得薄膜型態之生物可分解材料PLA/A004。 實施例3·生物可分解材料之性質 本實施例包含數項生物可分解材料之特性量測結果， .以說明本發明之功效。 : 熔融指數（MI值） • 聚乳酸PLA之熔融指數在4〜8，經推入本發明之可塑劑 後，可升熔融指數至32〜79 (實施例2之四組生物可分解 材料量測值）。熔融指數的提升顯示本發明之可塑劑之添 φ 加，可使生物可分解材料!^八易於加工成型技術的操作， 例如實施例2之淋膜成型。 接觸屺 本測試係量測格拉辛紙表面之水滴所形成之接觸角數 值，當格拉辛紙之表面不進行表面處理時，其接觸角為 40.25度（參考第二a圖），當格拉辛紙的表面利用線棒塗佈 方式形成刖述PLA/A004型生物可分解材料時，其接觸角接 升至70.89度（參考第二3圖在對照組的數據中，表面具 13 1352717 有低密度聚乙烯（LDPE)之格拉辛紙，其接觸角係為60 93 度（參考第二C圖）。由接觸角之數值可知，本發明之生物 可分解材料可使物體表面之防水度提升。 溫度測Μ 將PLA/A004型生物可分解材料以薄膜方式形成於生 物可分解食品包裝容器（紙材）之表面，之後將容器利用 強微波功率（ 750W)微波3分鐘，觀察容器表面並無脫臈 現象。之後於上述經強微波後之容器中倒入八分滿的水，' 置於冷凍庫中4小時再取出於室溫下解凍，容器表面並無脫 膜現象，之後將由紙材表面將薄膜撕開取下，可觀察到紙 材表面有纖維質的殘留，顯示薄膜與紙材間之黏著度於測 試前後並無改變。 百格測試 將PLA/A004型生物可分解材料與紙材及木質結合形 成三明治夾層狀（紙材/生物可分解材料/木質），然後進行 百格測試，測試之步驟係以JISK54〇〇為測試標準丫在對照 組部分則以紙材/低密度聚乙烯薄膜（LDpE) /木質進行同 樣測試’結果傳統的低密度聚乙㈣膜百格測試為4，而本 發明之生物可分解材料可達到8’顯示本發明之生物可分解 材料製成薄膜時’與其他天蚊生物可分解
14 1352717 (Td)及熔融係數(MI) 本部分係取實施例2製得之生物可分解材料與對照組 聚乳酸（PLA)進行高分子性質之比較，其結果如下表所 示： 表一 項目 對象 Tg Tc Tm Td MI PLA 54.7 120.4 150.3 329.6 2〜4 PLA/A001 50.3 109.9 147/153.0 352.4 24.6 PLA/A002 52.0 108.7 147/153.5 352.1 32.2 PLA/A003 48.2 104.6 142.0/151.2 346.4 36.1 PLA/A004 48.1 119.8 149.3/152.8 346.8 79.8
由表一之測試數值可知，本發明之可塑劑在不實質改 變PLA之其他高分子特性下大幅提昇熔融指數，可是PLA 等生物可分解性高分子易於加工成型之製作。 綜上所述，本發明之可塑劑可提高生物可分解高分子 之_性、防油性、防水性與可微波特性，其黏著性也較一 般食品包材優異，並且在冷凍的環境下膜材不會有脫膜的 情形產生。有助於以生物可分解的食品包裝材料來取代現 今塑膠包材的使用量，同時也可透過此環保性配方與塑膠 15 1352717 .薄膜或金屬基層材料結合來降低廢棄物的生產量。 . 其他實施態樣 • 在本說明書中所揭露的所有特徵都可能與其他方法結 合，本說明書中所揭露的每一個特徵都可能選擇性的以相 • 同、相等或相似目的特徵所取代，因此，除了特別顯著的 .特徵之外，所有的本說明書所揭露的特徵僅是相等或相似 特徵中的一個例子。 • 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以 限定本發明，任何熟悉此技藝者，在不脫離本發明之精神 -- 和範圍内，當可作各種之更動與潤飾。 16 1352717 【圖式簡單說明】 第一圖係為本發明之生物可分解材料以淋膜成型方式 製成薄膜之影像圖。 第二A圖係為格拉辛紙表面水滴之影像圖。 第二B圖係為表面具有本發明之生物可分解材料之格 拉辛紙表面之水滴影像圖。 第二C圖係為表面具有低密度聚乙烯薄膜之格拉辛紙 表面之水滴影像圖。

Claims (1)

1352717
民國100年9月20曰 十、申請專利範圍： 1. 一種生物可分解材料之可塑劑，其係包含 100重量份之生物性分子；及 0.1重量份至1000重量份之生物可分解聚合物 前驅單體、寡聚體、水或其混合物； 其中，前述生物性分子與生物可分解聚合物前 驅單體、寡聚體、水或其混合物混合後係於50°c至160°c進 行熱處理；
其中，前述生物性分子包含植物性明膠、動物 性蛋白質、洋菜、曱殼素、玻尿酸或其混合物， 其中，前述生物可分解聚合物包含生物可分解 聚酯類聚合物或生物可分解聚乙烯類聚合物或其共聚物， 其中，前述生物可分解聚酯類聚合物包含聚乙 醇酸、聚乳酸、聚己内酯、聚羥基丁酸酯、聚羥基戊酸酯、 聚羥基戊酸、聚丁二酸丁二酯、聚對-二氧雜環己酮或其共 聚物，
其中，前述生物可分解聚乙烯類聚合物包含聚 乙酸乙烯酯、聚乙烯醇或其共聚物。 2.如申請專利範圍第1項所述之可塑劑，其係包含 100重量份之生物性分子；及 0.1重量份至200重量份之生物可分解聚合物前 驅單體、寡聚體、水或其混合物；
其中，前述生物性分子與生物可分解聚合物前 驅單體、寡聚體、水或其混合物混合後係於5〇°C至160°C進 行熱處理。 18
1352717 ，.一-.々‘7 3.如申請專利範圍第1項所述之可塑劑，其中前述動 - 物性蛋白質包含動物性明穋或勝原蛋白。 -· 4.如申請專利範圍第1項所述之可塑劑，其中前述熱 ; 處理之溫度係為80°C至130°C。 5. —種利用申請專利範圍第1項所述之可塑劑調整生 物可分解聚合物之韌度及/或衝擊強度及/或附著性及/或延 展性之用途。 6. 如申請專利範圍第5項所述之用途，其中該可塑劑係 φ 包含 100重量份之生物性分子；及 0.1重量份至500重量份之生物可分解聚合物前 ' 驅單體、寡聚體、水或其混合物； 其中，前述生物性分子與生物可分解聚合物前 ' 驅單體、寡聚體、水或其混合物混合後係於50°C至160°C進 行熱處理； 其中，前述生物性分子包含植物性明膠、動物 性蛋白質、洋菜、甲殼素、玻尿酸或其混合物。 φ 7.如申請專利範圍第6項所述之用途，其中前述動物性 蛋白質包含動物性明膠或膠原蛋白。 8.如申請專利範圍第5項所述之用途，其中前述生物可 ' 分解聚合物包含聚乙醇酸、聚乳酸、聚己内酯、聚羥基丁 酸酯、聚羥基戊酸酯、聚羥基戊酸、聚乙酸乙烯酯、聚丁 二酸丁二酯、聚乙烯醇、聚對-二氧雜環己酮或其共聚物。 ‘ 9.如申請專利範圍第5項所述之用途，其中前述熱處理 • 之溫度係為80°C至130°C。 19 1352717 民減100年9月20日 10. —種生物可分解材料前驅配方，其係包含 100重量份之生物可分解聚合物；及 0.1重量份至50重量份之申請專利範圍第1項所 述之可塑劑； 其中，前述生物性分子包含植物性明膠、動物 性蛋白質、洋菜、曱殼素、玻尿酸或其混合物。。 11. 如申請專利範圍第10項所述之配方，其係包含 100重量份之生物可分解聚合物；及 0.1重量份至20重量份之可塑劑。 12. 如申請專利範圍第10項所述之配方，其中前述生物 可分解聚合物包含聚乙醇酸、聚乳酸、聚己内酯、聚羥基 丁酸酯、聚羥基戊酸酯、聚羥基戊酸、聚乙酸乙烯酯、聚 丁二酸丁二酯、聚乙烯醇、聚對-二氧雜環己酮或其共聚物。 13. 如申請專利範圍第10項所述之配方，其中前述熱處 理之溫度係為80°C至130°C。 14. 一種生物可分解材料，其係取申請專利範圍第10項 之生物可分解材料前驅配方經熱加工技術處理製得。 15. 如申請專利範圍第14項所述之材料，其中前述熱加 工技術包含射出成型術、押出成型術、滚輪塗佈術、淋膜 成型技術或發泡成型技術。 16. 如申請專利範圍第14項所述之材料，其中前述熱加 工溫度在160°C至280°C。 17. 如申請專利範圍第16項所述之材料，其中前述熱加 工溫度在190°C至250°C。 18. —種接著材料，其係取申請專利範圍第10項之生物 20 1352717 民國100年9月20曰 可分解材料前驅配方經熱加工技術處理製得，前述接著材 料可藉由熱壓方式使二表面黏合。 19. 如申請專利範圍第18項所述之接著材料，其中前述 二表面之材質係為相同或不同。 20. 如申請專利範圍第19項所述之接著材料，其中前述 材質包含紙類、木質、塑膠或金屬。
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