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TWI364362B TW96136731A TW96136731A TWI364362B TW I364362 B TWI364362 B TW I364362B TW 96136731 A TW96136731 A TW 96136731A TW 96136731 A TW96136731 A TW 96136731A TW I364362 B TWI364362 B TW I364362B
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  • Processing And Handling Of Plastics And Other Materials For Molding In General (AREA)
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1364362 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曰常 生活用品,但此類高分子聚合物,例如,聚乙稀、聚㈣、 • 聚苯乙稀、聚氣乙料’使用後很難再回收利用,且由於其 結構穩定,不易在自然'環境中被分解,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。 σ • 其十,聚乳酸(P〇1ylactic 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I本原料製備得到的—種 較不會危害到環境的材料,除了具有生物可分解的特性外, • 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。 但一般聚乳酸樹脂產品,由於聚乳酸的軟化點(glass transition,亦稱為玻璃轉移溫度)約為6(rc,所製成的產品 以貨車運輸時,由於貨搶為密閉空間,自天受熱後溫度易持 續上升高達5(TC以上,導致置於貨艙中的產品會因不耐熱 而產生軟化變形的情形;或者,當該聚乳酸樹脂產品在使用 時必須與高溫物品相接觸,例如,以聚乳酸餐盒盛接飯菜時 ’剛煮好的飯菜溫度多高於501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70。(:〜150。(:,參閱圖1,為現有 製造聚乳酸樹脂成型品的製造方法,包含下列_步驟: 步驟101為製得一初成型品,是將一含有聚乳酸原料 與成核劑妁混合物攪拌均勻後,配合一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 品後,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勻且大量的結晶,·直到該初成型 品的溫度降至聚乳酸的玻璃轉移點溫度以下(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: 一、當該混合物成型為該初成型品後,必須讓該初成 型品緩慢冷卻,否則會造成結晶不佳而影響最終成型品的機 械強度,由於該初成型品必須留在該冷卻裝置内,以控制降 皿速度的方式使其溫度緩慢降低,才能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。 一、由於該初成型品在該冷卻裝置中必須緩慢且穩定 地降溫以形成該最終成型品後才能取出,除了製程效率與產 W產里會受限外,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, 且仍漣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造方法包 含下列步驟: ⑴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成型為一初成 型品; (Π)冷卻,使該初成型品快速冷卻至一預定溫度以下; (in)後熱處理,將該初成型品直接浸置於溫度範圍在65 C ~150 C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;及 (iv)冷卻,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。 本發明的有益效果在於:即使該初成型品被快速降溫 而產生結晶度不足的情形,仍能透過步驟(iii)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 (ii)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,且仍能使該耐熱性聚 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 較佳實施例的詳細說明中,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、碳酸鈣 (CaCOO、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。 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、 二壓成型’以及其等之組合。進一步地,該成型機與該成 f模具可配合所用的成型方法與所要製出的成型品選用適 ,的類型,t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。 田進行押出成型時,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— 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T形截面的 初成型品。 該吹塑成型則是將熔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 1364362 的形狀,待塑料冷卻後,就能成型出預定形狀的初成型品 。由於熱成型相較於注射成型,有生產效率高、投資設備 少,及能製造表面積較大的製品的優點,在市場上,熱成 型製品有逐漸增多的趨勢,例如,杯、碟、食品盤、汽車 元件、帽盔,犮建築裝飾件等皆可由熱成型法製得。 步驟202》冷卻,是藉由一第一冷卻裝置使該初成型 品快速冷卻至-預定溫度以下,再將該初成型品自該模具 中取出。 其中,該第一冷卻裝置可採用水冷、氣冷或冷媒冷卻 等方式使該初成型品降溫,一般是降溫到5〇β(: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65°C〜150t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。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65t 〜峨的範圍内被加熱30秒〜2〇.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65。〇 〜15(TC的範圍内被加^ 15秒〜2〇分鐘,以形成該二次成型 品’且進行;由浴加熱時,所用的液體較佳是使用甘油或矽 10 1364362 油。 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,㈣初成型: 可均句地受熱’由於液體的導熱效率佳,所以藉由水浴加 熱或油浴加熱能夠以較低的加熱溫度與較短的加孰時間達. 到引發再結晶的效果,此外,由於油浴加熱的介質為甘& 或矽油,其濟點較高且比熱較大,因此還可再進一步增加
加熱溫度、擴大加熱溫度範圍及減少加熱時間,進心提 升再加熱效率。實際製造生產時,仍可依需求選用水浴加 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 >盈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,進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 〇Π在該較佳貫施例中,配合聚乳酸的玻璃轉移溫度約為 6〇C左右’較佳是使該二次成型品冷卻到60°C以下,更佳 則疋使該二次成型品冷卻到50°C以下。 值得說明的是,在步驟2〇4中,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 ,或者也可以靜置使其自然冷卻,最終都能獲得結晶度較 尚且耐熱性佳的聚乳酸樹脂射出成型品,由於在步驟203 11 1364362 的再加熱處理中,已足以估兮主士 .,A ^丰成BD通過再結晶程序形成 …曰度較高、結構穩定的成型品,所以步驟2〇4的冷卻處 =不見得要如傳統的方式—般,必須控制冷卻速度使該 成型=卻到預定溫度以下,但在該第一較佳實施例中, Z =採用緩慢的自料卻方式,由於該半成品已移出該 該成型機,因此並不會有佔用模具與成型機而影響 =步驟2(Π與步驟2〇2㈣程順暢度與速度的問題,仍可 藉此提咼產品的生產效率,進而降低生產成本。 =外’當在步驟203是採用水浴加熱進行再加熱時, 二透:氣冷或風冷等吹氣冷卻,或在乾操環境下靜置待 '冷部等方式,同時達到冷卻與乾燥的效果。 步驟2〇3是採用油浴加熱法進行再加熱時,則較 驟203之後先進行清潔,並以預定的清潔方式清 冻附者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。 丹 參閱圖3’為本發明耐熱性聚乳酸樹脂成型 法-第二較佳實施例,該第二較佳實施例與該第一較佳實 差別是㈣初步成型步驟中’在該混合物中還 ::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: Am '驟301為初步成型,是將一包含有聚乳酸原料、成 與發泡劑的混合物搜拌均句後,再採用發泡成型 ==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 1364362 先製成呈板材型式之半成品,此板材型式的半成品可再進 一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组中的物質 :丁烷(butane) ' 戊烷(pentane)、二氧化碳(carb〇n di〇xide,
C〇2),以及氮氣(nitrogen,N2)。及該化學發泡劑則可選用 一選自下列群組中的物質:碳酸氫鈉(s〇dium bicarb〇nate, NaHC〇3,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 度範时65t:〜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為冷卻, 的玻璃轉移溫度以下, 使該二次成型品冷卻到聚乳酸原料 以獲得該耐熱性聚乳酸樹脂成型品 在該第二較佳實施例,除了步驟301因添加有發泡劑 而採用發泡成型法製得該初成型品外,其餘步驟3〇2、如 、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2〇2〜2〇4相同 此不再贅述。 歸納上述,本發明耐熱性聚乳_脂成型品之製造 法可獲致下述㈣效及優點,故確實料到本發明的目 13 1364362 -、當該混合物被成型為該初成型品後由於該初成 型品可再藉由後熱處理程序形成結晶度較高的結構因此 能夠先以快速冷卻的方式,讓該初成型品降溫到聚乳酸的 軟化點溫度之下,就能將該初成型品移到下一個處理程序 ,使該成型機與押出模具仍能維持高效率的產出,進而能 夠大幅減少製程時間’使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’使該初成型品在初步成型時由 於快速冷卻所造成的結晶度不足問題可碟實獲得改善,並 再根成結晶度較高與結構較穩定的二次成型品,且經冷卻 後’使最終製得的聚乳酸樹脂成型品具有可耐高溫(約7代 〜150°C)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J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不但具有穩定實用的对熱性 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。 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耐熱性與結構 強度的效果,而具有可應用範圍較廣的特性。 四、本發明該製造方法藉由將該初成型品浸置於液體 14 中進仃再加熱的方式’可使該初成型品均勻且較快速地受 '並可配0所用的液體種類,擴大加熱溫度範圍與減少 加熱時間,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 的聚乳酸原料製成具有預定形狀與功能的成型品,並能透 、後熱處理程序再結晶而形成結晶度較高的穩定結構,使 該成型品不但有可實用的價值’當廢棄或無法使用時,也 可以較容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。 准以上所述者’僅為本發明之數較佳實施例而已,當 不此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 1364362 【主要元件符號說明】

Claims (1)

1364362 .. 第96136731號專利申請案補充、修正部分無畫線之說明書替換頁修正日期:ι〇〇年η,月 ,十、申請專利範圍: 脈11.21 i. 一種耐熱性聚乳酸樹脂成型品之製造方法,包含下列步 驟: (0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成型為一 初成型品; (ii) 冷卻,使該初成型品快速冷卻至一預定溫度以下 9 (iii) 後熱處理,採用水浴加熱的方式進行再加熱, 並將該初成型品直接浸置於溫度範圍在65。〇〜100。〇内的 液體中再加熱30秒〜20分鐘,以形成一二次成型品;及 (IV)冷部,使該二次成型品冷卻到聚乳酸原料的玻璃 ' #移溫度以T ’以獲得該耐熱性聚乳酸樹脂成型品。 • 2.依據申請專利範圍第!項所述的耐熱性聚乳酸樹脂成型 品之製造方法,其中,在步驟⑴中,是採用一選自下列 群組中的成型方法成型出該初成型品:射出成型法、押 出成型法、吹塑成型法、熱成型法,以及發泡成型法。 3. 依據申請專利範圍第2項所述的耐熱性聚乳酸樹脂成型 品之製造方法,其中,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。 4. 依據申請專利範圍第2項所述的耐熱性聚乳酸樹脂成型 品之製造方法’其中,在步驟⑴中,是在包含有聚乳酸 原料與成核劑組份的混合物中進—步加入一發泡劑並 採用發泡成型法成型出該初成型品,且該發泡劑可使用 17 1364362 第96136731姨專利申請案補充、修正部分無畫線之說明書替換頁修正日期:_年η月 .. 物理發泡劑或化學發泡劑。 扣仏11. 21 :5·依據中請專利範圍帛4項所述的耐熱性聚乳酸樹脂成型 - °°口之製造方法’纟中,在步驟⑴中,是加入物理發泡劑 進行發泡成型,且該物理發泡劑是選用一選自下列群組 中的物質:丁院、戊院、二氧化碳,以及氮氣。 6. 依據中請專利範圍第4項所述㈣熱性聚乳酸樹脂成型 〇口之2造方法’其中’在步驟⑴中,是加入化學發泡劑 進行發泡成型’且該化學發泡劑是選自下列群組 中的物質:碳酸氫鈉’以及碳酸氫銨。 7. 依據申請專利範圍第i項至第6項中任一項所述的耐熱 性聚乳酸樹脂成型品之製造方法,其中,在步驟⑴中, 該成核劑組份是選用無機成核劑,並經微粒化或奈米化 . 以製成小粒徑的型式’且該無機成核劑是-選自於下列 - 群組中的物質:黏土、雲母、石夕酸鹽類、碳酸舜、二氧 化矽、滑石,以及其等之組合。 8. 依據申β月專利範圍第7項所述的财熱性聚乳酸樹脂成型 扣之製以方法’其中’在步驟(iv)中,該二次成型品是被 冷卻到5 0 °C以下。 18
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