TWI359072B - - Google Patents

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1-359072 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本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押出成型品之製造方法。 【先前技術】 ^ 以石油為原料的高分子聚合物村料雖廣泛被製成曰常 生活用品，但此類高分子聚合物，例如，聚乙稀、聚丙烯、

聚苯乙稀、聚氣乙烯等，使用後很難再回收利用，且由於立 結構穩定’不易在自然環境巾被分解，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合 物的研究也越來越重要。 其中’聚乳酸(polylactic acid，簡稱為pLA，亦稱為聚 丙交醋)是目前研究應用相對較多的一種降解材料，它是以 澱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 較不會危害環境的材料，除了生物可分解的特性外，聚乳酸 還具有良好的機械特性、加卫方便，及容易取得材料來源等 ，點。其應用十分廣泛，經過加卫後可製成純民生與衛生 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。 但一般聚乳酸樹脂產品，由於聚乳酸的軟化點（^犯3 ―’亦稱為玻璃轉移溫度)約為贼，所製成的產品 以貨車運輸時’由於貨艙為密閉空間，白天受熱後溫度易持 續上升高it ，導致置於㈣巾的產品會因不财熱 而產生軟化變形的情形；或者，當該聚乳酸樹脂產品在使用 5 Ι·359〇72 時必須與南溫物品相接觸，例如，以聚乳酸餐盒盛接飯菜時 ，剛煮好的飯菜溫度多高於50°C以上，與該餐盒接觸時也 容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

脂產品的熱變形溫度，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U(TC〜15(rc，參關卜在此以 押出成型品為例說明其製造方法，包含下列步驟： 步驟101為押出成型’是將一含有聚乳酸原料與，成核 劑的混合物攪拌均勻後，送入一押出機料斗，以藉由該押出 機並配合-押出模具（die)連續押出並—體成型為—半成品。

步驟1〇2為冷卻與製得-成型品，該半成品被押出後 ，讓其依序通過-冷卻定型；丨取機構，並控制其降溫速度， 使該半成品於-定時間内形成均句且大量的結晶，直到該半 成品的溫度降至聚乳酸的玻璃轉移點溫度以下(通常是使該 押出半成品降溫i⑽以下）為止，則可製得該押出成型品 ’再將冷卻完成的押出成型品取出。 步驟103為捲取裁切 M ~捲取裁切機將該成型品赛 取成筒狀’並在設定的長度作裁切。 雖然在聚乳酸原料中添加土 成核劑的製程，可製出具琴 較高熱變形溫度且耐熱性較佳w取 難的聚孔酸樹脂押出成型品，七 實際仍存有下列缺失： 、當該混合物押出 成型為該押出半成品後，必須讓 6 該押出半成品緩慢冷卻，.否則會造成結晶不佳而影響最铁產 品的機械強度’由於該押出半成品是留在該冷卻引取機構上 待其溫度緩慢降低至使聚乳酸形成完美結晶，導致製程所需 時間相對冗長，進而使該現有的製造方法相對具有製程效率 較差的缺點。 二' 由於該半成品在該冷卻引取機構令必須緩慢且穩 定地降溫為該成型品後才能取出，除了製程效率與產品產量、 會受限外，所花費的時間成本也較高，並使所製得的耐敎： 聚乳酸樹脂押出成型品的成本也較高，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， 且仍此維持所製出成型品的耐熱性與機械強度的耐熱性聚 乳酸樹脂押出成型品之製造方法。 :疋本心明耐熱性聚乳酸樹脂押出成型品之製造方 法包含下列步驟： ⑴初步成^ ’是將-包含有聚錢料與成核劑組份 的混合物授拌均勾冑，送入—押出成型機並配合一押出模 具一體成型出一半成品； (II) 冷部，使該半成品快速冷卻至一預定溫度以下； (III) 再加熱，將該半成品移到一加熱裝置内，並使該半 成印的狐度維持在i 〇〇。〇〜丨5〇。〇的範圍内加熱一預定時間， 以製得一勒成型品；及 (IV) 冷卻，使該初成型品冷卻到聚乳酸原料的玻璃轉移 溫度以下，以獲得該耐熱性押出成型品。 本發明的有益效果在於· 產生結晶度不足的情形，^t +成品被快速降溫而 程序，使哕车占 此透過步驟（出）再加熱的後處理 -構此：Γ藉由再結晶程序形成結晶度較高的穩定 =，此外’由於該半成品可利用較快速的降溫定型，並 :P被移到加熱後處理程序，使押出機仍維持高效率的 =，而達到本發明的製造方法具有能提升製程效率，且 b使該押出成型品維持較佳的耐熱性與機械強度的特性 【實施方式】

本發明耐熱性聚乳酸樹脂押出成型品之製造方法的前 边以及其他技彳㈣容、特點與功效，細下配合參考圖式 的—較佳實_的詳細說明中，將可清楚地明I 。二閱圖2與圖3 ’為本發明财熱性聚乳酸樹脂押出成型 品之製造方法-較佳實施例，包含下列步驟： 步驟2(Π為初步成型，是將—包含有聚乳酸原料與成 核劑組份的混合物_均勻後，送人—押出成型機3並配 Q —押出模具3 1 —體成型出一半成品3〇1。 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 的物貝.黏土（clay)、雲母（mica)、矽酸鹽類、碳酸鈣 (CaC〇3)、一氧化矽（siiica)、滑石（…幻，以及其等之組合。 且該成核劑組份還經過微粒北或奈米化為小粒徑的粉粒以 利於k升其與聚乳酸的成核效率。 其尹’該押出模具3 i的 物可通過該押出模…St:限制，該混合 ’也可配合設計為特定形狀抻 i式的半成品3〇1 或圓管狀押屮 出模具31進行異型押出， 次圓B狀押出，以擠壓成型為 則，例如，該混合物可截㈣狀的半成品 中空薄㈣… 神出模具31被_為-呈 = 式的半成品I或配合另—種設計型式的押出 拉具31被擠麼為—且古 <Ψ ta ㈣為具有丁形截面的半成品301。 在該較佳實施例中，嗜主士、σ ^ 藉由-連“胃… °丰“ _經押出成型後，是 。 ”Λδχ置的輸㈣置4依序輸制下—個處理程序 步驟202為冷卻，是蕤Α—饉、人# σ 第一冷郃裝置32使該半成 -301快速冷卻至一預定溫度以下。 、其中，該第-冷卻裝置32可採用水冷、氣冷或冷媒冷 郃等方式使該半成。口。301降溫，一般是降溫到5〇。。以下， 但所使用的降溫方式不應受到限制，纟主要目的是藉由使 该半成品301快速降溫，而能及早將該半成品期移動到 下一個處理程序，使押出機仍維持高效率產出，以免整體 製造速度受到拖延，使該成型機3與押出模具31的利用效 率可大幅提升。 步驟203為再加熱，是將該半成品3〇1移到一加熱裝 置33内，並控制使該半成品3〇1的溫度維持於1〇〇它〜15〇 °C的範圍内被加熱30秒〜30分鐘，以使該半成品3〇1進一 步再結晶為一初成型品302。其中，該輸送裝置4具有多數 組沿該半成品301的輸送方向相間隔地設置於該加熱裝置 33内’並夾置在該半成品30

以辅助輸送該半成品301朝下一側的滚輪組I 品3〇1在該加熱裝置33内因受熱升溫而發並:。止該半成 值得一提的是，在該較佳實施例中，雖 為該輸送裝置4的傳輸機構輪作 的傳輸㈣，也可以㈣«或其

::下置；的傳輪_，同㈣達到依序輸送 °σ 301到下一個處理程序的使用目的。 藉由對該半成&斯進行再加熱作為—種後處理 6玄半成品301雖缺吏 ^ , …、了此因為快速降溫而發生結晶度不足的 = 熱處理一晶程序，進而二 广^穩、疋結構，使最終產品的耐熱性與機械強度 不致該較佳實施例中所使用的加熱裝置Μ為扭 箱’其加熱方式則可依實際使用需求設計成電熱加熱、装 汽加熱或熱媒油加熱的方式。

,。步驟204為冷卻，是藉由一第二冷卻裝置34使該初成 302冷邠到聚乳酸原料的玻璃轉移溫度以下，以獲得 該耐熱性押出成型品303。 又亏 步驟205為捲取裁切，是利用-捲取裁切機35將完成 冷卻的該耐熱性押出成型品303捲取成筒狀，並在預定的 長度作裁切，形成方便搬運與管理的成捆包裝型式。但是 田該耐熱性押出成型品3〇3是呈厚度較大且硬度較高的 、’Ό構時，則無法以捲取方式收取，此時，可直接在預定長 度逕行將該耐熱性押出成型& 3〇3裁切成片狀、塊狀或條 10 狀’再另行以適當方式包裝。 值得說明的是，步驟201所製得的半成品較佳是透過 該輸送裝置4直接且依序地被輸送到該第一冷卻裝置32進 行冷卻、接著，再繼續輸送到該加熱裝置33進行再加熱， 及輸送到該第二冷卻裝置34進行冷卻，而可以—連續式的 製程製得該耐熱性押出成型品303，藉由控制該第一、第二 冷卻裝置32、34的冷卻速度，及該加熱裝置33的加熱速 度，再調整該輸送裝置4的傳送速度，就能使該半成品3〇1 沿一預定路徑流暢地移動與被處理為該耐熱性押出成型品 303。 值得一提的是，根據該耐熱性押出成型品3〇3的用途 與使用方式，可搭配不同的押出模具31以成型出具預定形 狀之截面的半成品3()1，再進—步經再加熱與冷卻等程序梦 成該耐熱性押出成型品303，藉以增加該押出成型品3〇3的 應用範圍。 在該較佳實施例中，.配合聚乳酸的軟化點約為⑽左 右’較佳是使該初成型品3〇2冷卻到6〇t以下，更佳則是 使該初成型品302冷卻到5〇t以下。 土、疋 值得說明的是，在步驟204巾，該初成型品302心 =方式也可以制水冷'氣冷或冷媒冷卻來達到降溫的I "或者也可讀置使其自料卻，最㈣㈣得結晶度 广聚乳_押出成型…由於在步驟 成壯理_ ’已足以使該半成品301通過再結晶形 m結構穩定的初成型品搬，所以步驟綱的 1-359072 冷部處理’不見得要如傳統的方式一般，必須靜置使該初 成型品302自‘然冷卻到預定溫度以下，但即使是採用緩慢 的自然冷卻降溫方式，由於該半成品3〇1在押出成型並經 步驟202⑲速冷卻處理後，就可以直接移到他處作再加 熱與冷卻處理，因此，並不會影響到步驟2〇1與步驟2〇2 製程的順暢度與速度，同樣能夠提高產品的生產效率，進 而降低生產成本。 歸納上述，本發明耐熱性聚乳酸樹脂押出成型品之製 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： 一、當該混合物押出成型為該半成品3〇1後由於該 半成品3〇1可藉由後續的再加熱形成結晶度較高的結構， 因此能夠先以快速冷卻的方式，讓該半成品3〇ι降溫到聚 礼酸的軟化點溫度之下’就能將該半成品3gi移到下一個 處理程序’使該成型機3與押出模具3ι仍能維持高效率的 產出’進而能夠大幅減少製程時間，而達到本發明的製造 方法相對具有製程效率較高、可提高單位時間的產品產量 ，進而能降低生產成本的優點。 二、透過再加熱處理，使該半成品3G1在初步成型時 由於快逮冷卻所造成的結晶度不足問題可確實獲得改善， 並再形成結晶度較高與結構穩定的初成型品3()2，騎冷卻 後，使最終製得的押出成…〇3具有可耐高溫(約二。。 成m〇3 的 貫用價值’且透過再加熱的後處理程序，可改善習知該半 12 丄乃9072 j品301停留於該冷卻引取機構時間過長之缺點並能進 步減少時間成本與生產成本，使本發明製造方法所製得 的耐熱性聚乳酸樹脂押出成型品3〇3不但具有穩定實用的 財熱性與機械強度，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。 參閱圖4，為本發明耐熱性聚乳酸樹脂押出成型品之製 品5 -較佳實施例，是透過前述的製造方法所製得=押出

j型：再進一步加工而成，該製& 5包含呈相間隔設置的 -第-端面51、一第二端面52,及一連結於該第—端面Η 與該第二端面52之間的連結面53。 八中’該第-端面51與第二端面52的形狀是因庫實 際應用需求，並搭配前述製造方法的步驟2〇ι中的押出模 具的設計而成型出預定的形狀，例如，要將該押出成型： 應用於百葉窗葉片時，是配合前述製作方法，先直接播壓 出具有預定截面形狀（是與最終製品的第_、第二端面

相對應）的半成品，經冷卻、再加熱與冷卻程序，並裁 預定長度後，就能製得適合作為百葉窗葉片的製品5。 在該較佳實施例中，雖然是以百菪 σ ., 疋乂白業固葉片為例說明該 瓜时5，但不應以此限制該製品5 相山松曰 式’糟由不同設計的 押出模具’可改變該押出成型品的押出型&，進而使所製 出之製品5的第一、第二端面51、 ，以供不同的用途❹。 料以截面形狀 此外，也可分別在該第一、第_ 弟一鸲面51、52形成一第 裝設孔511與一第二裝設孔521，以# 以便於供該百葉窗葉片 13 1*359072 組結定位，在依前述的製程方法成型為該半成品的過程中 ，可以直接配合該押出模具的設計，在押出時就直接成型 出該第一、第二裝設孔511、521，但不應以此限制該第一 、第二裝設孔511、521的設置方式，也可以在製成該押出 成型品，並裁切為適當長度後，再另外設置該第一、第二 裝設孔511、521。 歸納上述，本發明耐熱性聚乳酸樹脂押出成型品之製 xm 5可獲致下述的功效及優點，故確實能達到本發明的目 的： 一、由於該製品5是以聚乳酸為基材製成，因此，當 廢棄或無法使用時，可以很容易地被生物分解並被自然^ 坟吸收消化，使該製品相對具有使用上較環保的優點。 丹加熱處理與冷卻的押出成型 品進一步加工製成，使該製品5雖然是由生物可分解的環

保材料所製成，仍能透過再加熱進行再結晶而形成結晶度 較高的穩定結構，加上使用本發明的製造方法可有效提升 製程效率，進而節省生產成本，使該製品除了具有較佳的 耐熱性與機械強度外，製造成本也相對較低，而具有可大 量製造生產的實用價值與經濟利益。 不 利 仍 能 範 屬 惟以上所述者，僅為本發明之一較佳實施例而已，當 以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請^ 圍及發明說明内容所作之簡單的等效變化與修飾，"皆 本發明專利涵蓋之範圍内〇 & 【圖式簡單說明】 14 1359072. 圖1是一說明現有的一耐熱性聚乳酸樹脂押出成型品 之製造方法的流程圖； 圖2疋一說明本發明耐熱性聚乳酸樹脂押出成型品之 製造方法一較佳實施例的流程圖； 圖3是-側視示意圖，說明該較佳實施例藉由一成型 機：一押出模具…第-冷卻裝置、-加熱裝置、一第二 置’及一捲取裁切機製得該耐熱性押出成型品的情 押出H 是—立體示意圖，說明本發明耐熱性聚乳酸樹脂 。 °〇之製品一較佳實施例設計為百葉窗葉片的型式 15 1-359072.

【主要元件符號說明】 3........ …··押出成型機 31…… •…押出模具 301 ··.· …半成口口 302 ···· •…初成型品 303 ··.. •…押出成型品 32…… …·第一冷卻裝置 33…… •…加熱裝置 34…… •…第二冷卻裝置 35…… …·捲取裁切機 4 ....... …·輸送裝置 41…… •…滾輪組 5 ....... …·製品 51…… •…第一端面 511 ···· …·第一裝設孔 52…… •…第二端面 521 ··· …·第二裝設孔 53…… •…連結面 16

Claims (1)

1359072.

包含下 十、申請專利範圍： 1.—種耐熱性聚乳酸樹脂押出成型品之製造方法 列步驟： ⑴初步成型’是將一包含有聚乳酸原料與成核劑电 份的混合_拌均料，送人—押出成型機並配合—押 出模具一體成型出一半成品； (η)冷卻，使該半成品快速冷卻至一預定溫度以下；

(iii)再加熱，將該半成品移到一加熱裝置内，並使驾 半成品的溫度維持於10(rc〜15(rc的範圍内進行加熱，: 製得一初成型品；及 (iv)冷卻，使該初成型品冷卻到聚乳酸原料的玻璃轉 移溫度以下，以獲得該耐熱性押出成型品。 2.依射請專利範圍第1項所述的耐熱性聚乳酸樹脂押出 成型品之製造方法，其中，在步驟㈣令，是使該半成品 的溫度維持在^亡〜丨刈七的範圍内被加熱⑽秒^分 鐘以製得該初成型品。 3 ·依據申％專利範圍第2、項所述的耐熱性聚乳酸樹脂押出 成f印之1&方法’其中’在步驟⑴#的成核劑組份是 選自於無機成核劑或有機成核劑。 4.依據中μ專利乾圍第3項所述的耐熱性聚乳酸樹脂押出 成KH造方法，其令，該成核劑組份是選用無機成 核劑，且是一選自 石夕酸鹽類、碳酸約 於下列群組中的物質：黏土、雲母、 、二氧化矽、滑石，以及其等之組合 17 1359072 .依據申請專利範圍第4項所述的耐熱性聚乳酸樹脂押出 成1。。之製造方法，其中，該成核劑組份是再經微粒化 或奈米化以製成小粒徑的成分。 .依據申請專利範圍第5項所述的耐熱性聚乳酸樹脂押出 成型品之製造方法’其中，在步驟⑴中’該混合物是被 擠壓為一呈薄片型式的半成品。

7.依據申請專利範圍第6項所述的耐熱性聚乳酸樹脂押出 成型品之製造方法’其中’步驟⑴所製得的半成品是沿 一輸达裝置直接且依序地被輸送到一第一冷卻裝置進行 冷卻、輸送到該加熱裝置進行再加熱，及輸送到一第二 冷卻裝置進行冷卻而製得該耐熱性押出成型品。 據申叫專利範圍第7項所述的耐熱性聚乳酸樹脂押出 成里扣之製以方法，還包含一在步驟〜)之後的步驟（v)， T驟（v)為捲取裁切，是將完成冷卻的該耐熱性押出成型 品捲取成筒狀，並在預定的長度作裁切。 9.依據申請專利範囱篦$ 、 寺π乾圏第5項所述的耐熱性聚乳酸樹脂押出 j型之製le方法，其中，在步驟⑴中，該混合物是配 合一具有特定形狀的押出模具作異型押出，並被擠壓為 一呈預定截面形狀的半成品。 Π).依據巾請專利範圍第9項所述的耐熱性聚乳酸樹脂㈣ 成型。口之製造方法，.其中，在步驟⑴中，該混合物是西 合該押出模具被擠壓為一中空薄板型式的半成品。 依據申。月專利範圍第9項所述的耐熱性聚乳酸樹脂押^ 成型时之製造方法，其中，在步驟（0中’該混合物是画 18 1359072 合該押出模具被擠壓為一具有τ形截面的半成品。 12. 依射請專利範圍第9項所述的耐熱性聚乳 成型品之製造方法，其中，在步 ^ θ押出 合該押出模具被擠壓為-呈中空管狀的半成玄/合物是配 13. 依據巾請專㈣㈣6項或第9項所述的^ 樹脂押出成型品之製造方法，其中，在步驟㈣中^ 成型品是被冷卻到50°C以下。 “初 依據中請專利範圍第13項所述的耐熱性聚乳酸樹脂押出 一二：之製造方法，其中’步驟⑴所製得的半成品是沿 别达裝置直接且依序地被輸送到—第—冷卻裝置進行冷 部 '輸送到該加熱裝置進行再加熱，及輸送到一第二冷卻 裝置進行冷卻而製得該耐熱性押出成型品。 v 15‘依射請專利範圍帛14項所述的耐熱性聚乳酸樹脂押出 成型品之製造方法，還包含一在步驟（iv)之後的步驟⑺， 步驟W為捲取裁切，是將完成冷卻的該耐熱性押出成型 品捲取成筒狀，並在預定的長度作裁切。 16.依據申請專利範圍第1項所述的耐熱性聚乳酸樹脂押出 f型品之製造方法，其中，在該步驟㈣中的加熱裝置是 =用選自下列群組中的方法進行再加熱：電熱加熱、蒸 加熱，及熱媒油加熱。 19