TWI391422B - A polycarbonate resin composition having a component derived from a plant - Google Patents
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Description
本發明係關於一種具有耐熱性被改善之來自植物的成份之樹脂組成物。更詳細而言之,本發明係關於一種含有來自植物的成份之聚碳酸酯與聚L-乳酸成份與聚D-乳酸成份被構成之聚乳酸所組成之樹脂組成物、荷重撓性溫度被改善之樹脂組成物。
聚碳酸數酯係透明性、耐熱性、耐衝擊性優異,廣泛被使用於目前電機.電子領域、汽車領域、光學零件領域、其他之工業領域。又,一般可使用之芳香族聚碳酸酯使用被來自石油資源得到之原料,故依據石油資源枯竭與廢棄物之焚毀處理伴隨產生之二氧化碳的地球暖化被掛念之今日,不能說是最佳的材料。
欲應付該等之問題,亦進行來自植物的原料所組成之聚碳酸酯之研究(例如,專利文獻1)。又,來自植物的原料所組成之單獨聚碳酸酯之耐熱性、特別是於荷重撓性溫度於上述該等的領域中,實用上使用並不能說是十分充份,故耐熱性應該被要求改善。又,來自植物的原料所組成之其他的塑膠,近年來聚乳酸引人注目。聚乳酸具有生物分解性,故環境負擔小,且即使於生物分解塑膠中,比較上耐熱性高、機械強度、透明性優異,故其用途擴大。
關於聚乳酸與聚碳酸酯所組成之樹脂組成物被進行檢討,可得到聚碳酸酯樹脂之流動性改善與聚乳酸之耐衝擊性.耐熱性之提升所謂的效果(例如,專利文獻2~5等)。可是,於此可使用之聚碳酸酯係任一種來自石油成份所組成之芳香族聚碳酸酯,故由使用聚碳酸酯之塑膠的環境負擔減少的觀點看來,則充份達成其目的可以說不易。
〔專利文獻1〕國際公開第2004/111106號冊子〔專利文獻2〕特開2005-48067號公報〔專利文獻3〕特開平7-109413號公報〔專利文獻4〕特開平11-140292號公報〔專利文獻5〕特開2004-250549號公報
本發明之目的係提供一種解決上述以往之此等的問題點,含有來自植物成份作為聚合單位之聚碳酸酯樹脂與L-乳酸成份與D-乳酸成份所構成之聚乳酸之二種成份所組成之聚碳酸酯樹脂之耐熱性被改善之樹脂組成物,
一種樹脂組成物,其特徵為含有(A成份)下述式(1)
(R1
~R4
各自獨立地為氫原子、烷基、環烷基或是芳基)
所表示之醚二醇殘基所組成,聚碳酸酯之全二醇殘基中式(1)所表示之醚二醇殘基占有40~100莫耳%之聚碳酸酯100重量份及(B成份)聚乳酸1~40重量份所組成,其中聚乳酸(B成份)為由聚L-乳酸成份(B-1成份)與聚D-乳酸成份(B-2成份)所構成,且差示掃描熱量分析儀(DSC)測定之昇溫過程中,來自聚乳酸成份之熔解峰中,195℃以上之熔解峰面積之比例為對藉由差示掃描熱量分析儀(DSC)測定之昇溫過程中,來自聚乳酸成份之熔解峰測定得到之195℃以上(高溫)之熔解峰面積與140~180℃(低溫)熔解峰面積之和而言為60%以上被達成。
以下,關於實施本發明之最佳形態之詳細說明。又,此等之實施例及說明舉例說明本發明者,但是並不特別限定於本發明之範圍。限定於符合本發明之宗旨的其他的實施形態亦屬於本發明之範疇得到者無須贅言。
關於本發明之樹脂組成物係一種樹脂組成物,其特徵為含有(A成份)下述式(1)
(R1
~R4
各自獨立地為氫原子、烷基、環烷基或是芳基)
所表示之醚二醇殘基所組成,聚碳酸酯之全二醇殘基中式(1)所表示之醚二醇殘基占有40~100莫耳%之聚碳酸酯100重量份及(B成份)聚乳酸1~40重量份所組成,其中聚乳酸(B成份)為由聚L-乳酸成份(B-1成份)與聚D-乳酸成份(B-2成份)所構成,且差示掃描熱量分析儀(DSC)測定之昇溫過程中,來自聚乳酸成份之熔解峰中,195℃以上之熔解峰面積之比例為對藉由差示掃描熱量分析儀(DSC)測定之昇溫過程中,來自聚乳酸成份之熔解峰測定得到之195℃以上(高溫)之熔解峰面積與140~180℃(低溫)熔解峰面積之和而言為60%以上。
於此,上述式(1)中,R1
~R4
最佳為各自獨立地為氫原子、構成碳數1~12之烷基、構成碳數1~12之環烷基、構成碳數6~12之芳基,特別是R1
~R4
之全部為氫原子為佳。
對於B成份之A成份,重量比係比該範圍小,則樹脂組成物之熔融黏度高、成形性惡化為不佳。又,同重量比為比該範圍大,則無法製得耐熱性改善之效果為不佳。最佳為對於聚碳酸酯100重量份而言,聚乳酸5~30重量份。
本發明中式(1)所表示之醚二醇殘基係於聚碳酸酯之全二醇殘基中之40~100莫耳%之範圍。式(1)所表示之醚二醇殘基之比例比該範圍更小,則得到之樹脂的玻璃轉移溫度低,故耐熱性惡化為不佳。式(1)所表示之醚二醇殘基之比例比全二醇殘基中更佳為60莫耳%以上90莫耳%以下。
上述聚碳酸酯之還原黏度係0.40dl/g以上為佳,較佳為0.50dl/g,更佳為0.60dl/g以上為佳。於該範圍內時,具有良好的熔融流動性,更具有充份的機械強度。又,由成形性等之觀點看來,1.0dl/g以下,較佳為0.80 dl/g以下為較佳。
又,還原黏度係藉由聚合觸媒、聚合反應時間、聚合反應溫度、原料加入比例,可易於控制。
本發明使用之聚碳酸酯之玻璃轉移溫度係90℃以上,較佳為100℃以上。玻璃轉移溫度比90℃低,則無法製得實用上之充份的耐熱性與成形性時。
又,Tg係藉由聚合觸媒、聚合反應時間、聚合反應溫度、原料加入比例、聚碳酸酯中之全二醇殘基中之式(1)所表示之醚二醇殘基之比例等,可易於控制。
聚碳酸酯中之二醇殘基係更含有下述式(2)-O-R 5 -O-
(2)
(R5
為由碳數2至12之脂肪族烴或是脂環族中選出之基的至少一種之二醇殘基)所表示之二醇殘基為佳。該二醇殘基係全二醇殘基中為0~60莫耳%,較佳為10~40莫耳%。
於此上述式(2)中二醇殘基之原料組成之二醇,總之HO-R5
-OH所表示之二醇成份例如乙二醇、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇、1,6-己二醇、1,4-環己二醇、1,4-環己烷二甲醇等,此等之二醇成份可組成至少2種類以上。其中聚合物之合成中聚合度容易上升,且即使於聚合物之物性中顯示高的玻璃轉移點之點,1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、1,6-己二醇為佳、由來自植物之製造方法為比1,3-丙二醇更佳。又,二醇成份可含有醚二醇類與脂肪族二醇以外之二醇成份。其他之二醇成份例如環己二醇、環己烷二甲醇等之脂環式烷撐二醇類、二甲醇苯、二乙醇苯等之芳香族二醇、雙酚類等。
本發明使用之脂肪族二醇係藉由簡單蒸餾、精餾或是再結晶中任一種精製為佳。
構成上述式(1)所表示之醚二醇殘基之醚二醇舉例如具體上之下述(3)、(4)或是(5)
所表示之異山梨酯(isosorbide)、1,4:3,6-異雙脫水甘露醇、isoidide等。此等來自糖類之醚二醇係亦以來自自然界之生物質量得到之物質,稱為可再生能源之一。異山梨酯(isosorbide)係於澱粉得到之D-葡萄糖氫化後,藉由受到脫水得到。其他之醚二醇中,除去起始物質藉由相同之反應可得到。
特別是,式(1)所表示之醚二醇殘基含有異山梨酯(isosorbide)之殘基組成之聚碳酸酯為佳。異山梨酯(isosorbide)可由澱粉簡單地得到製作,可容易地得到醚二醇之資源,故即使與1,4:3,6-異雙脫水甘露醇與isoidide相比,製造之容易、性質、用途之廣泛之全部優異。上述(1)所表示之醚二醇殘基中,異山梨酯(isosorbide)之殘基係60~100重量%為佳。
關於本發明使用之聚乳酸的分子量並不特別限制,但是5萬以上為佳,較佳為8萬以上,更佳為10萬以上為佳。上限係30萬以下為佳。於該範圍時,具有良好的熔融流動性,更具有充份的機械強度。
又,關於聚乳酸之玻璃轉溫度並不特別限制,但是40℃以上為佳,50℃以上為較佳。於該範圍時,於室溫下之使用具有充份的耐熱性。又,關於玻璃轉移溫度之上限值係70℃以下為佳。
本發明之樹脂組成物中聚乳酸(B成份)係主要的L-乳酸單位所組成之聚乳酸的B-1成份及主要的D-乳酸單位所組成之聚乳酸的B-2成份。
B-1成份係藉由主要的L-乳酸單位與其他之D-乳酸單位及/或是乳酸以外之共聚合物單位被構成之聚乳酸。
B-2成份係藉由主要的D-乳酸單位與其他之L-乳酸單位及/或是乳酸以外之共聚合物單位被構成之聚乳酸。
又,本發明之樹脂組成物中B成份中之B-1成份及B-2成份之重量比(B-1成份/B-2成份)係10/90~90/10為佳,欲使其發現較大的耐熱性提升效果係25/75~75/25為佳,更佳為40/60~60/40。另一方面之聚合物之重量比未達10或是超過90,則耐熱性提升之效果無法充份發現為不佳。
聚乳酸(B成份)中之聚乳酸成份係於不阻礙本發明之目的的範圍中,可共聚合乳酸以外之成份,該乳酸以外之共聚合成份單位可單獨或是混合使用具有可形成2個以上之酯鍵的官能基之二羧酸、多元醇、羥基羧酸、來自內酯等之單位及此等之各種的構成成份所組成之各種聚酯、各種聚醚、來自各種聚碳酸酯等之單位。
二羧酸可例如琥珀酸、己二酸、杜鵑花酸、癸二酸、對苯二甲酸、異苯二甲酸等。多元醇例如於乙二醇、丙二醇、丁二醇、戊二醇、己二醇、辛二醇、甘油、山梨糖醇酐、辛戊二醇、二乙二醇、三乙二醇、聚乙二醇、聚丙二醇等之脂肪族多元醇等或是雙酚中加成環氧乙烷者之等的芳香族多元醇等。羥基羧酸例如甘醇酸、羥基丁基羧酸等。內酯例如乙交酯、ε-己內酯乙交酯、ε-己內酯、β-丙內酯、δ-丁內酯、β-或是γ-丁內酯、新戊內酯、δ-戊內酯等。
構成本發明之樹脂組成物中之聚乳酸(B成份)之各聚乳酸成份(B-1、B-2成份)係可藉由已知之任意的聚乳酸之聚合方法製造,例如可藉由丙交酯之開環聚合、乳酸之脫水縮合及使此等與固相聚合之方法等製造。
將各聚乳酸成份(B-1、B-2成份)藉由已知之聚合方法製造時,產生副產物之乳酸的環狀二聚物的丙交酯。各乳酸成份於不損害樹脂之熱安定性的範圍下,則可含有丙交酯。
關於各聚乳酸成份被含有之丙交酯,於各聚乳酸成份之聚合結束後,藉由於熔融減壓下除去之方法、使用溶劑萃取除去之方法等,由聚乳酸除去,但是使樹脂之熱安定性提升為佳。各聚乳酸成份被含有之丙交酯對於各聚乳酸成份而言為2重量%以下,最佳為1重量%以下、較佳為0.5重量%以下。
構成聚乳酸(B成份)之各聚乳酸(B-1、B-2成份)中被使用之乳酸以外之共聚合成份單位例如具有可形成2個以上之酯鍵的官能基之二羧酸、多元醇、羥基羧酸、內酯等及此等各種之構成成份所組成之各種聚酯、各種聚醚、各種聚碳酸酯等。
構成聚乳酸(B成份)之各種聚乳酸成份(B-1、B-2成份)於不損害樹脂之熱安定性之範圍下,可含有關於聚合之觸媒。該等之觸媒例如各種錫化合物、鋁化合物、鈦化合物、鋯化合物、鈣化合物、有機酸類、無機酸類等。該等之觸媒例如錫、鋁、鋯及鈦之脂肪酸鹽、碳酸鹽、硫酸鹽、磷酸鹽、氧化物、鹵化物、醇鹽或是此等金屬者。具體而言,例如辛酸、錫、乙醯丙酮鋁、烷醇鋁、烷醇鈦、烷醇鋯。
關於各聚乳酸成份(B-1、B-2成份)被含有之關於聚合的觸媒,於各聚乳酸成份之聚合反應結束後,藉由使用溶劑萃取除去之方法或是使該觸媒不活化之公知的安定劑共存之方法等,使其除去或是失去活性,但是使樹脂之熱安定性提升為佳。
進行本發明製得之樹脂組成物之差示掃描熱量分析儀(DSC)與昇溫過程中140~180℃及195℃以上之領域中,2種相異的熔解峰被觀測。該樹脂組成物中之聚碳酸酯成份係非晶性,故熔解峰不被觀測,此等2種類之熔解峰被歸屬於聚乳酸。此等之峰中195℃以上之熔解峰的比例為60%以上為佳。該比例未滿60%,則耐熱性提升之效果不充份為不佳。該比例係70%以上為較佳,80%以上為更佳。
本發明之樹脂組成物中,依據ISO75-1及ISO75-2,使用厚度3mm、寬12mm、長120mm之試驗片,測定樹脂組成物之荷重撓性溫度時,在1.80MPa之荷重下之荷重撓性溫度為比85℃更高之溫度。荷重撓性溫度為比該等低,則各種用途中使用時之耐熱性不充份為不佳。
本發明之樹脂組成物係可單獨使用,且於不損害本發明之目的之範圍下,可添加其他之熱可塑性樹脂(聚對苯二甲酸烷二醇脂樹脂、聚芳酯樹脂、液晶性聚酯樹脂、聚醯胺樹脂、聚醯亞胺樹脂、聚醚氨樹脂、聚氨酯樹脂、矽樹脂、聚亞苯基醚樹脂、聚苯硫醚樹脂、聚芳砜樹脂、聚乙烯、聚丙烯等之聚烯烴樹脂等)、填充劑(玻璃纖維、碳纖維、天然纖維、有機纖維、陶瓷纖維、陶瓷球、滑石、黏土及雲母等)、氧化防止劑(受阻酚系化合物、硫磺系氧化防止劑等)、難燃添加劑(磷系、溴系等)、紫外線吸收劑(苯並三唑系、二苯甲酮、氰基丙烯酸酯系等)、流動改性劑、著色劑、光擴散劑、紅外線吸收劑、有機顏料、無機顏料、脫模劑、可塑劑等。
又,本發明之樹脂組成物係依據射出成形與擠壓成形、吹塑成形等之方法,可利用加工於各種成形品(射出成形品、擠壓成形品、吹塑成形品、薄膜、纖維、薄片等)。
以下,藉由實施例,更進一步說明本發明,但本發明並不限定於此等之實施例。
藉由以下之製造例表示之方法,進行(A成份)聚碳酸酯成份(以下,略記為「BIO-PC」。)及(B成份)聚碳酸酯之製造。又,實施例中之各值係以下述之方法求得。
(1)還原黏度:對於酚/四氯乙烷(體積比50/50)之混合溶劑10ml而言,將溶解聚碳酸酯120mg製得之溶液的35℃中黏度,以烏德勞貝黏度計測定。單位係dl(毫升)/g。
(2)重量平均分子量:聚乳酸之重量平均分子量係藉由凝膠滲透色譜(GPC)求得聚苯乙烯換算值。
(3)玻璃轉移溫度及聚乳酸被歸屬之195℃以上之熔解峰之比例(R195以上
):使用TA儀器股份有限公司製作DSC 2920,於氮氣氛下、昇溫速度20℃/分之條件下測定。又,R195
係藉由下述之各實施例製得之射出成形品之DSC測定結果,由195℃以上(高溫)之熔解峰面積與140~180℃(低溫)熔解峰面積藉由以下之式算出。
R195以上
(%)=A195以上
/(A195以上
+A140~180
)×100 A195以上
:195%以上之熔解峰之比例A195以上
:195%以上之熔解峰面積A140~180
:140~180℃之熔解峰面積
(4)荷重撓性溫度:使用藉由射出成形製得之厚3mm、寬12mm、長120mm之試驗片,在1.80MPa之荷重下測定,依據ISO75-1及ISO75-2之方法測定。
(5)來自植物成份之含有比例(wt%):來自植物成份比例係將下述之BioPC中之來自植物成份含有比例(wt%)為82%(以下,記載為算出式)、scPLA之來自植物成份含有比例(wt%)為100%、藉由雙酚A組成之一般型式之聚碳酸酯之來自植物成份含有比例(wt%)為0%,由各自之含有比例藉由下述式,求得樹脂組成物中之來自植物成份含有比例(wt%)。
式中,異山梨酯(isosorbide)單位係由異山梨酯(isosorbide)除去羰基之單位,1,3-丙二醇係由1,3-丙二醇除去羰基之單位。
又,式中A係樹脂中之異山梨酯(isosorbide)單位比例(=0.75),式中B係樹脂中1,3-丙二醇單位莫耳比例(=0.25)。
樹脂組成物中之來自植物成份含有比例(wt%)=82×C+100×D+0×E
式中,各自表示,C係樹脂組成物中之Biopic之重量比例,D係樹脂組成物中之scPLA之重量比例,E係藉由雙酚A組成之一般型式之聚碳酸酯之重量比例。
製造例1:將(A成份)聚碳酸酯成份(Bio-PC)之製造異山梨酯(isosorbide)(20.0kg、137莫耳)、1,3-丙二醇(4.69kg、61.6莫耳)及二苯基聚碳酸酯(41.9kg、196莫耳)加入聚合槽,且加入聚合觸媒之2,2-雙(4-羥基苯基)丙烷二鈉鹽(13.3mg、4.89×10-5
莫耳)及氫氧化四甲基銨(7130mg、1.96×10-2
莫耳),於氮氣氛下,於180℃下熔融。攪拌下,進行減壓及昇溫,餾去產生之酚,使反應槽內到達66.67Pa(0.5mmHg)、245℃。將製得之聚碳酸酯略記為「Bio-PC」。
Bio-PC之還原黏度係0.59~0.63、藉由DSC測定之玻璃轉移點係121~122℃。
製造例2:(B-1成份)聚L-乳酸成份之製造將L-丙交酯(股份有限公司武藏野化學研究所製作)48.75重量份與D-丙交酯(股份有限公司武藏野化學研究所製作)1.25重量份,加入聚合槽,將系內進行氮取代後,加入硬脂醇0.05重量份、觸媒之辛酸錫25×10-3
重量份,進行190℃、2小時聚合,製造聚合物。該聚合物,以7%5N5N鹽酸之丙酮溶液洗淨,除去觸媒,製得聚L-乳酸成份(PLLA、B-1成份)。將製得之PLLA(B-1成份)之重量平均分子量係118,200。熔點(Tm)係159℃。結晶化點(Tc)係120℃。
製造例3:(B-2成份)聚D-乳酸成份之製造將L-丙交酯(股份有限公司武藏野化學研究所製作)1.25重量份與D-丙交酯(股份有限公司武藏野化學研究所製作)48.75重量份加入聚合槽,將系內進行氮取代後,加入硬脂醇0.05重量份、觸媒之辛酸錫25×10-3
重量份,進行190℃、2小時聚合,製造聚合物。該聚合物,以7% 5N鹽酸之丙酮溶液洗淨,除去觸媒,製得聚D-乳酸成份(PDLA、B-2成份)。將製得之PDLA(B-2成份)之重量平均分子量係130,700。熔點(Tm)係156℃。結晶化點(Tc)係120℃。
對於(A成份)100重量份而言,將(B-1成份)5.5重量份及(B-2成份)5.5重量份,以片狀乾式混合,使用射出成形機(日精樹脂工業股份有限公司製射出成形機PS20E2A),於汽缸溫度240℃、模具溫度40℃、射出時間4秒、冷卻時間30秒下,藉由射出成形,製作厚度3mm、寬12mm、長120mm之成形品,測定荷重撓性溫度(重量比:Bio-PC/PLLA/PDLA=90/5/5)。結果如表1所示。
對於(A成份)100重量份而言,將(B-1成份)及(B-2成份)各自混合12.5重量份以外,藉由與實施例1相同之操作,測定已製作之成形品之荷重撓性溫度(重量比:Bio-PC/PLLA/PDLA=80/10/10)。結果如表1所示。
對於(A成份)100重量份而言,將(B-1成份)及(B-2成份)各自混合21.5重量份以外,藉由與實施例1相同之操作,測定已製作之成形品之荷重撓性溫度(重量比:Bio-PC/PLLA/PDLA=70/15/15)。結果如表1所示。
將(A成份)100重量份,於汽缸溫度230℃、模具溫度50℃下,藉由射出成形,製作厚3mm、寬12mm、長120mm之成形品,測定荷重撓性溫度。結果如表1所示。
對於藉由雙酚A製成之一般形式之聚碳酸酯(PC、帝人化成股份有限公司製作「PANLITE」、L-1250)100重量份而言,將(B-1成份)及(B-2成份)各自混合12.5重量份、成形時之模具溫度為80℃以外,藉由與實施例1相同之操作,測定己製作之成形品之荷重撓性溫度(重量比:PC/PLLA/PDLA=80/10/10)。結果如表1所示。
藉由雙酚A製成之一般形式之聚碳酸酯(PC、帝人化成股份有限公司製作「PANLITE」、L-1250),汽缸溫度280℃、模具溫度為80℃以外,藉由與實施例1相同之操作,測定己製作之成形品之荷重撓性溫度。結果如表1所示。
由表1得知,可得知由Bio-PC與聚乳酸組成之本發明之樹脂組成物係不使來自植物成份含有率減低,與Bio-PC單體相比荷重撓性溫度提升為10℃以上。
Claims (6)
- 一種樹脂組成物,其特徵為含有(A成份)下述式(1)
- 如申請專利範圍第1項之樹脂組成物,其中B成 份中之聚L-乳酸成份(B-1成份)與聚D-乳酸成份(B-2成份)之重量比(B-1成份/B-2成份)為10/90~90/10。
- 如申請專利範圍第1項或第2項之樹脂組成物,其中依據ISO75-1及ISO75-2,使用厚度3mm、寬12mm、長120mm之試驗片,測定樹脂組成物之荷重撓性溫度時,在1.80MPa之荷重下之荷重撓性溫度為比85℃更高之溫度。
- 如申請專利範圍第1項或第2項之樹脂組成物,其中作為聚碳酸酯樹脂(A成份)中之二醇殘基更含有下述式(2)-O-R5 -O- (2)(R5 為由碳數2至12之脂肪族烴或脂環族烴中選出之基之至少一種的二醇殘基)所表示之二醇殘基。
- 如申請專利範圍第4項之樹脂組成物,其中式(2)之二醇殘基為1,3-丙二醇殘基。
- 如申請專利範圍第1項或第2項之樹脂組成物,其中式(1)所表示之醚二醇殘基係含有異山梨酯(isosorbide)殘基而成。
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