TWI410459B - Heat - resistant lightweight environmental protection package and its composition - Google Patents

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Description

耐熱輕量化環保包材及其組成物
本發明是有關於一種環保包材及其組成物，特別是指一種生物可分解的耐熱輕量化環保包材及其組成物。
聚苯乙烯發泡體(expanded polystyrene，簡稱為EPS，即俗稱之保麗龍)，由於具有良好的耐水性、絕熱性、絕緣性、低吸濕性、緩衝抗震性能、質輕、易成型與價格低廉等特性，而成為廣泛使用的高分子聚合物發泡製品，並應用於包裝、保溫、防水、隔熱、減震、裝璜與免洗餐具等領域。
大部分的保麗龍製品大多屬於使用一次就會丟棄的產品，但是聚苯乙烯發泡體經發泡後，密度小、體積大，會佔用相當大的廢棄物處理空間，加上聚苯乙烯材質的物品在自然環境下很安定，不易分解，經丟棄或廢棄處理而埋於土壤時，經年累月也不會分解，對環境造成極嚴重的危害，而成為環保上的問題。
為了改善上述問題，現有的另一種發泡體是由聚乳酸(polylactic acid，簡稱為PLA，亦稱為聚丙交酯)所製成，雖然聚乳酸是生物分解性材料，使用後丟棄可為自然環境分解，相對不易造成環保上的問題，但由於聚乳酸的軟化點(glass transition，亦稱為玻璃轉移溫度)約為60℃，耐熱性不佳，當以聚乳酸材質的發泡體作為保溫材或在高溫環境使用時，易發生變形，甚至不堪使用的情形，使該聚乳酸材質的發泡體產品在使用上易受限於溫度，而相對具有實用性較差的缺失。此外，由於PLA的熔融指數(melt index，簡稱為M.I.)較高，約為4~4.5，導致其熔融強度較低且對氣體的阻擋性較差，因此，PLA為主原料所製造的發泡體易在發泡過程中產生破泡情形，而有產品不良率較高的缺點。
因此，本發明的其中一個目的，是在提供一種具生物分解性而符合環保需求，並能順利製成具有較高熱變形溫度的發泡產品的耐熱輕量化環保包材的組成物。
該耐熱輕量化環保包材的組成物具有1.5~3.0的熔融指數，並包含依預定比例相混合的一聚合物組份、一發泡劑組份及一過氧化物組份，該聚合物組份包括一主原料，且該主原料是選自於聚丁二酸-1、4-丁二醇酯(polybutylene-1,4-succinate，簡稱為PBS)，該過氧化物組份是選自於過氧化二異丙苯(dicumyl peroxide，簡稱為DCP)、過氧化二苯甲醯(benzoyl peroxide，簡稱為BPO)、2,5-二甲基-2,5-雙叔丁基過氧己烷(2,5-dimethyl-2,5-di(tert-butylperoxy)hexane)，或3,6,9-三乙基-3,6,9-三甲基-1,4,7-三過氧壬烷(3,6,9-triethyl-3,6,9-trimethyl-1,4,7-triperoxonane)。
本發明耐熱輕量化環保包材的組成物有益效果在於：以聚丁二酸-1、4-丁二醇酯(PBS)作為該聚合物組份的主原料，可利用PBS生物分解的特性，使該組成物所製出的產品能在自然環境中分解而不易成為環保上的問題，此外，由於PBS的熱變形溫度高達90℃左右，使所製出的產品在較高溫環境使用或與高溫物品接觸時，較不易變形，再藉由該過氧化物組份將熔融指數調整為1.5~3.0與使用發泡劑進行發泡，使該組成物能順利製成符合環保需求的發泡產品，藉此，使本發明的組成物具有能製成耐熱性佳、實用且環保的產品的特性。
進一步地，本發明還提供一種以前述組成物所製成的耐熱輕量化環保包材。
本發明耐熱輕量化環保包材的有益效果在於：由於該環保包材的主要基材為PBS，而具有生物可分解且熱變形溫度較高的優點，當該環保包材在較高溫環境使用或與高溫物品接觸時，較不易變形，且丟棄後也能在自然環境中分解而不致成為環保上的問題，並適合作為一次性使用的物品，藉此，使該環保包材兼具有耐熱性佳、實用與環保的優點。
有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。
本發明耐熱輕量化環保包材的組成物的較佳實施例具有1.5~3.0的熔融指數，並包含依預定比例相混合的一聚合物組份與一發泡劑組份。藉由限定該熔融指數的範圍，使該組成物具有足夠的熔融強度而有助於順利製出符合品質要求的環保包材，此外，藉由調整發泡劑組份的用量比例，則可控制該組成物製成該環保包材時的發泡倍率。
該聚合物組份包括一主原料及一副原料，且以該聚合物組份的總重為100重量份計，該聚合物組份包括53~100重量份的主原料，及0~47重量份的副原料。較佳地，該主原料是選自於聚丁二酸-1,4-丁二醇酯(polybutylene-1、4-succinate，簡稱為PBS)，該副原料是選自於聚乳酸(polylactic acid，簡稱為PLA，亦稱為聚丙交酯)、聚己二酸/對苯二甲酸丁二酯(polybutyrate adipate terephthalate，簡稱為PBAT)，及前述原料的組合。
其中，該主原料與該副原料的使用比例，可依實際使用需求進行調整。由於PBS的力學性能相當接近線型低密度聚乙烯(linear low-density polyethylene，簡稱為LLDPE)，顯示相較於其他生物分解性材料，PBS的力學性能優異，且其熱變形溫度(heat deflection temperature，簡稱為HDT)可達90℃左右，並具有容易成型加工的特性，因此，以PBS為主原料調配出來的組成物可依現有的發泡技術製成不同尺寸與型式的環保包材。由於PBS的熱變形溫度高，使得以PBS為主原料所製出的環保包材的耐熱性也被提高且較不易變形，即使該環保包材在高溫環境使用或與高溫物品接觸也較不易發生變形的情形，而具有耐熱性與耐用性俱佳的使用特性。此外，藉由在該聚合物組份中添加聚乳酸，則有助於增進最終發泡產品的剛性與常溫下的尺寸穩定性，而添加PBAT則能夠調整該組成物所製出產品的韌性(toughness)或柔軟性(flexibility)。因此，雖然只使用PBS作為該聚合物組份已足以製出實用的環保包材，藉由搭配PBS為主原料與聚乳酸為副原料所製成的發泡產品則可獲得較佳的耐熱性與剛性，並能提供較佳的外觀品質，再配合使用PBAT則可增加產品的韌性。由於PBS的熱變形溫度較高，為了使該組成物所製得的環保包材具有較佳的耐熱性與耐用性，因此，以該聚合物組份的總重為100重量份計，該主原料的含量最好不要低於53重量份，且較佳為70~100重量份，以確保其耐熱性。
需要補充說明的是，該發泡劑組份的種類不應受限，但考量到環保需求，較佳是以物理發泡方式將該組成物製成該環保包材，並選用無毒性且不易殘留的物理發泡劑作為該發泡劑組份，在本實施例中，該發泡劑組份是選自於丁烷或二氧化碳。
當該聚合物組份與該發泡劑組份混合後的熔融指數不在1.5~3.0的範圍內時，可藉由添加一過氧化物組份及一接枝物組份調整該熔融指數至所限定的範圍，且較佳地，該組成物包含100重量份(phr)的聚合物組份、10~16重量份(phr)的發泡劑組份、0.03~0.05重量份(phr)的過氧化物組份，及0~2重量份(phr)的接枝物組份。若該組成物的熔融指數已在限定的範圍內時，也可不添加該接枝物組份，仍能順利製出發泡產品。
較佳地，該過氧化物組份是選自於過氧化二異丙苯(dicumyl peroxide，簡稱為DCP)、過氧化二苯甲醯(benzoyl peroxide，簡稱為BPO)、2,5-二甲基-2,5-雙叔丁基過氧己烷(2,5-dimethyl-2,5-di(tert-butylperoxy)hexane)，或3,6,9-三乙基-3,6,9-三甲基-1,4,7-三過氧壬烷(3,6,9-triethyl-3,6,9-trimethyl-1,4,7-triperoxonane)。藉由添加該過氧化物組份可以增加該聚合物組份中的高分子聚合物原料接枝(grafting)或相互交聯(cross linking)的程度而使該組成物的熔融指數降低並增進熔融強度(melting strength)，藉此，有助於增加所製出的環保包材的結構強度，進而提升其耐熱性、耐磨性與耐溶劑性等性能。其中，為了使該組成物中的所有成分都能符合環保無毒的要求，在本實施例中，是選用2,5-二甲基-2,5-雙叔丁基過氧己烷，或3,6,9-三乙基-3,6,9-三甲基-1,4,7-三過氧壬烷作為該過氧化物組份。
該接枝物組份是選自於丙烯酸丁酯(butyl acrylate，簡稱為BA)、醋酸乙烯酯(vinyl acetate，簡稱為VAc)，或所述成分的組合。該接枝物組份可利用該過氧化物組份作為引發劑而接枝在該聚合物組份的高分子聚合物主鏈上，通常不同的高分子聚合物間可透過接枝於其上的支鏈改善不同高分子聚合物的相容性進而使該組成物混合均勻，及使所製出產品的結構與品質較均勻穩定，但本發明所用的PBS與PLA，及PBS與PBAT二者之間皆已具有極佳的相容性，因此，該接枝物組份主要是透過與該過氧化物組份結合而形成該聚合物組份的支鏈(branch)，藉此，可增加該聚合物組份的熔融時之黏度(melting viscosity)，進而增加其熔融強度，使該組成物較容易進行發泡加工處理。因此，本發明可再藉由添加該接枝物組份與該過氧化物組份相配合以將該組成物的熔融指數調整至所要求的範圍，進而順利製出具較佳發泡品質的環保包材產品。該環保包材除了材質環保外，同樣具有一般發泡體質輕與緩衝吸震等特性，而能提供包裝、保溫、防水、隔熱、減震等功能，故能製成包裝材、建材、餐具、運動用品等產品。
其中，當將該組成物的熔融指數調整約為1.5~2.5時，由於該組成物的熔融強度與黏度較高，有助於製成閉孔型的環保包材，將該熔融指數調整至約為2.5~3.0時，因為該組成物的熔融強度與黏度相對較低，而有助於製成開孔型的環保包材。因此，本發明的組成物還可藉由再進一步限定該熔融指數的範圍，獲得閉孔或開孔型的環保包材，以供不同用途使用。例如，閉孔型環保包材除了可作為包裝材料外，也能製成具有浮力的浮板，開孔型環保包材亦可作為包裝材料，並能製成具有吸音效果的建材結構體。此外，本實施例還可藉由所通入的發泡劑組份(丁烷或二氧化碳)的用量多寡，控制發泡倍數與該環保包材的強度，當通入的發泡劑組份的量越多時，發泡倍數越高。因此，可依實際應用需求調整發泡劑組份的用量。
值得說明的是，該組成物可以透過現有的發泡成型方法製成預定發泡倍率且能直接使用的環保包材完成品，例如，可以利用子母式壓出機(tandem extruder)將該組成物製成板狀的發泡材。此外，也可以經由造粒與抑制發泡的方式先將該組成物製成發泡性樹脂粒子，以作為進一步製成發泡產品的原料，在本實施例是以雙螺桿押出機配合水中造粒的方式，將該組成物製成發泡性樹脂粒子。
<具體例>
如下表-1所示，分別依配方編號為(1)~(6)所示之比例取聚合物組份、發泡劑組份、過氧化物組份與接枝物組份相混合成不同配方的組成物，再進一步將該等組成物製成代號為A、B、C、D、E、F 的試片。
其中，作為該聚合物組份中的主原料的PBS是採用日本三菱化學株式會社生產的PBS產品，且所用的PBS規格是選自該公司商品名GS pla AZ91、AZ71、AZ61的PBS產品，以及其等的組合。以下的實施例所用的PBS為GS pla AZ91，所用的過氧化物組份則為2,5-二甲基-2,5-雙叔丁基過氧己烷，所用的接枝劑組份為BA，並使用物理發泡法，且選用丁烷作為該發泡劑組份。
所製成的發泡試片A~F再以特定的標準方法量測其物性，量測結果如下表-2所示，其中熔融指數是在前述配方的組成物成分混合後，尚未製成發泡試片前所量測：
其中，配方(5)所調配出的組成物，由於其熔融指數較高(為3.5)，在進行發泡時，不發泡、破泡現象明顯，無法順利發泡且產品不易成型，所以無法獲得預定的發泡試片E並進行相關測試。以配方(6)所調配的組成物所製出的發泡試片F，則在其表面有明顯不平均塊體(gel)產生，有架橋膠體(cross linking gel)產生現象，發泡品質不良無法製成產品，故也未測試其物性。
根據表-2的結果可歸納出下列結論，並能將該等試片因不同配方所造成的物性變化應用在環保包材組成物的配方調配上，以製出符合使用需求的環保包材產品：如配方(5)、(6)的結果所示，顯示當所調配出的組成物的M.I.值大於3.0時，無法順利發泡，而當該組成物的M.I.值小於1.5時所製出的發泡試片因表面有塊體現象，導致產品外觀品質不良。當將該組成物的M.I.值限制在1.5~3.0時，則能順利製出符合使用需求的環保包材，且能根據不同聚合物組份所製出發泡材的不同物理及機械特性(mechanical property)，開發不同的使用方式供市場應用。
此外，由吸水率的數值可看出，當M.I.值在1.5~2.5範圍內時，吸水率較低，且觀察發泡試片可發現其發泡結構偏閉孔型態，當M.I.值在2.5~3.0時，吸水率相對較高，且觀察發泡試片可發現其開孔現象較明顯。
歸納上述，本發明耐熱輕量化環保包材及其組成物，可獲致下述的功效及優點，故能達到本發明的目的：
一、以PBS作為該組成物的聚合物組份中的主原料，由於PBS的熱變形溫度較高且為生物可分解材質，使據此製出的環保包材在高溫環境下使用或與高溫物體接觸時，較不易變形或被破壞，而仍然能夠提供有效的使用功能，使本發明不但符合環保，還兼具有耐熱性較佳且較耐用的特性與優點。
二、藉由搭配使用該過氧化物組份與接枝物組份有助於調整該組成物的熔融指數，進而使該組成物能順利發泡為符合品質要求的環保包材，而能克服現有生物可分解原料用於製成發泡體時，其發泡品質不易控制與發泡體不良率較高的缺失，此外，還能藉由控制該組成物的熔融指數進一步影響該環保包材的泡體型式為閉孔型或開孔型，使本發明容易控制發泡品質與型式，並有助於提升發泡產品之良率及開拓市場應用範圍。
三、以PBS，或PBS與PLA、PBAT的混合物作為該聚合物組份，並成為該組成物的主要基材原料，由於PBS、PLA與PBAT皆具有生物可分解的特性，使該組成物製出的產品丟棄後能在自然環境中分解而不成為環保上的問題，此外，搭配使用物理性發泡劑組份，及無毒環保2,5-二甲基-2,5-雙叔丁基過氧己烷，或3,6,9-三乙基-3,6,9-三甲基-1,4,7-三過氧壬烷作為該過氧化物組份，使該組成物的所有成分皆符合環保無毒的標準，進而使所製出的環保包材不但具有生物可分解性且符合環保需求，而有使用上較安全的特性。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能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內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內。

Claims (9)

  1. 一種耐熱輕量化環保包材的組成物，具有1.5~3.0的熔融指數，並包含依預定比例相混合的一聚合物組份、一發泡劑組份、一過氧化物組份及一接枝物組份，該聚合物組份包括一主原料，且該主原料是選自於聚丁二酸-1、4-丁二醇酯，該過氧化物組份是選自於過氧化二異丙苯、過氧化二苯甲醯、2,5-二甲基-2,5-雙叔丁基過氧己烷，或3,6,9-三乙基-3,6,9-三甲基-1,4,7-三過氧壬烷，該接枝物組份是選自於丙烯酸丁酯、醋酸乙烯酯，或所述成分的組合。
  2. 依據申請專利範圍第1項所述的耐熱輕量化環保包材的組成物，其中，該組成物含有100重量份的聚合物組份、10~16重量份的發泡劑組份、0.03~0.05重量份的過氧化物組份，及不超過2重量份的接枝物組份。
  3. 依據申請專利範圍第1項或第2項所述的耐熱輕量化環保包材的組成物，其中，該生物分解性組成物的聚合物組份還包括一副原料，且該副原料是選自於聚乳酸、聚己二酸/對苯二甲酸丁二酯，及前述原料的組合。
  4. 依據申請專利範圍第1項或第2項所述的耐熱輕量化環保包材的組成物，其中，以該聚合物組份的總重為100重量份計，該聚合物組份包括53~100重量份的主原料，及0~47重量份的副原料，且該副原料是選自於聚乳酸、聚己二酸/對苯二甲酸丁二酯，及前述原料的組合。
  5. 依據申請專利範圍第1項所述的耐熱輕量化環保包材的 組成物，是經造粒與抑制發泡的方式製成發泡性樹脂粒子，以作為進一步製成發泡產品的原料。
  6. 依據申請專利範圍第3項所述的耐熱輕量化環保包材的組成物，是經造粒與抑制發泡的方式製成發泡性樹脂粒子，以作為進一步製成發泡產品的原料。
  7. 依據申請專利範圍第1項所述的耐熱輕量化環保包材的組成物，是利用一子母式壓出機將該組成物製成板狀的發泡材。
  8. 一種耐熱輕量化環保包材，是由一如申請專利範圍第1項或第2項所述的組成物經由發泡成型方法所製成。
  9. 一種耐熱輕量化環保包材，是由一如申請專利範圍第3項所述的組成物經由發泡成型方法所製成。
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TW200940641A (en) * 2007-11-08 2009-10-01 Dainichiseika Color Chem Method of manufacturing polyester resin molded article, crystallization inducing agent for use therein, master batch, and polyester resin molded article

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