TWI500680B - 耐衝擊之生物可分解塑膠及其製造方法 - Google Patents

Description

耐衝擊之生物可分解塑膠及其製造方法

本發明是有關於一種塑膠材料，且特別是有關於一種生物可分解塑膠材料。

近年來，隨著工商產業日新月異的腳步，塑膠製品的需求逐年增加，無論是交通運輸，或物品的儲存保護，塑膠製品儼然已成為工業或日常生活不可或缺的物品。

長久以來，傳統塑膠製品係使用石化產品作為主要原料。但傳統塑膠製品不易分解，使用後任意棄置對於生態造成極大的負擔。

常見的廢棄物處理方式之一係焚化處理，若使用焚化處理傳統塑膠製品廢棄物，焚化後易產生有毒氣體，再度對環境造成傷害。此外，石化產品的來源逐漸短缺，使得傳統塑膠製品成本日益增加，開發替代且環保的塑膠製品已成為刻不容緩的議題。

由於環保意識高漲與石化產品原料來源短缺，目前開發出生物可分解塑膠製品，以逐漸取代傳統塑膠。一 般常見之生物可分解塑膠原料係聚乳酸。當生物可分解塑膠棄置於自然環境中時，所含的聚乳酸會被環境中之微生物代謝分解。若生物可分解塑膠直接焚化後，僅會產生水和二氧化碳，因此不會對環境造成衝擊。

然而，目前生物可分解塑膠製品仍有技術上之瓶頸，而無法完全取代習知的石化產品所製備的塑膠製品。例如生物可分解塑膠製品的耐衝擊性不佳，以致不耐長途運輸、久存，而無法提供物品足夠的保護。

為了解決上述問題，目前業界嘗試於生物可分解之塑膠中添加石化產品，以增加生物可分解塑膠製品的耐衝擊性。縱然僅添加少量的石化產品，仍可能導致生物可分解之塑膠製品無法完全分解的風險，或經由焚化後又產生有毒氣體，可能再度對環境造成傷害。

有鑑於此，亟需提出一種耐衝擊之生物可分解塑膠及其製造方法，藉以改善習知塑膠製品的種種問題。

因此，本發明之一態樣就是在提供一種耐衝擊之生物可分解塑膠及其製造方法，其係利用於聚乳酸中添加聚酯化合物、脂肪族酸酯化合物、烷基氧化物以及無機添加劑，以增加所得之生物可分解塑膠的耐衝擊性。

根據本發明之上述態樣，提出一種耐衝擊之生物可分解塑膠及其製造方法。在一實施例中，首先，提供一生物可分解塑膠組成物，其中生物可分解塑膠組成物包含聚 乳酸、聚酯化合物、多元醇、脂肪族酸酯化合物、烷基氧化物以及無機添加劑，基於聚乳酸之含量為100重量份，聚酯化合物之含量為1重量份至30重量份，多元醇之含量為0.1重量份至10重量份，脂肪族酸酯化合物之含量為1重量份至20重量份，烷基氧化物之含量為0.1重量份至1重量份，無機添加劑之含量為1重量份至25重量份。

接著，將生物可分解塑膠組成物進行混煉造粒步驟，以形成耐衝擊之生物可分解塑膠。

依據本發明之另一實施例，上述之該耐衝擊之生物可分解塑膠之一平均含水率不大於250ppm。

依據本發明之另一實施例，上述之聚乳酸之光學純度係不小於95%。

依據本發明之又一實施例，上述之聚乳酸係聚左旋乳酸。

依據本發明之再一實施例，上述之聚乳酸包含聚左旋乳酸與聚右旋乳酸。

依據本發明之再一實施例，上述之聚右旋乳酸與聚左旋乳酸組成一異構物。

依據本發明之再一實施例，上述之多元醇可包含但不限於不飽和多元醇、飽和多元醇、環氧多元醇、聚醚多元醇、聚酯多元醇、天然多元醇、多元醇糖及其任意組合。

依據本發明之再一實施例，上述之烷基氧化物可包含但不限於烷基過氧化物、不飽和環氧基化合物、飽和環氧基化合物、不飽和醯胺化合物、飽和醯胺化合物及其任 意組合。

依據本發明之再一實施例，上述之無機添加劑可包含但不限於陶瓷、黏土、雲母、碳酸鈣、滑石、二氧化矽及其任意組合。

依據本發明之再一實施例，上述之脂肪族酸酯化合物可包含但不限於檸檬酸三丁酯、三醋酸甘油酯、三羥甲基丙烷三辛酸酯、聚己二酸丙二醇酯、聚乙醇酸、戊二酸飽和脂肪酸酯、3-戊二醇脂肪酸酯及其任意組合。

應用本發明耐衝擊之生物可分解塑膠及其製造方法，其係利用於聚乳酸中添加聚酯化合物、脂肪族酸酯化合物、烷基氧化物以及無機添加劑，以增加所得之生物可分解塑膠的耐衝擊性。

100‧‧‧方法

110‧‧‧提供生物可分解塑膠組成物

120‧‧‧進行混煉造粒步驟

130‧‧‧形成耐衝擊之生物可分解塑膠

第1圖係繪示依照本發明之一實施例之耐衝擊之生物可分解塑膠之製造方法的流程圖。

承前所述，本發明提供一種耐衝擊之生物可分解塑膠及其製造方法，其係於聚乳酸中添加聚酯化合物、脂肪族酸酯化合物、烷基氧化物以及無機添加劑，以增加所得之生物可分解塑膠的耐衝擊性。以下配合第1圖說明本發明一實施例之耐衝擊之生物可分解塑膠之製造方法。

耐衝擊之生物可分解塑膠之製造方法

請參照第1圖，其係繪示依照本發明之一實施例的耐衝擊之生物可分解塑膠之製造方法的流程示意圖。

1.提供生物可分解塑膠組成物

首先，如步驟110所示，提供生物可分解塑膠組成物，其中生物可分解塑膠組成物包含聚乳酸、聚酯化合物、多元醇、脂肪族酸酯化合物、烷基氧化物以及無機添加劑，且生物可分解塑膠組成物不含分散劑及/或界面活性劑。

在一實施例中，上述之生物可分解塑膠組成物不需分散劑即可使組成物之原料分佈均勻，亦不需要藉由界面活性劑增加組成物原料之間的相容性。

在一實施例中，上述之生物可分解塑膠組成物可一次添加，或分步驟添加，以增加生物可分解塑膠組成物的均勻性。

在一實施例中，基於該聚乳酸之含量為100重量份，該聚酯化合物之含量為1重量份至30重量份，該多元醇之含量為0.1重量份至10重量份，該脂肪族酸酯化合物之含量為1重量份至20重量份，該烷基氧化物之含量為0.1重量份至1重量份，該無機添加劑之含量為1重量份至25重量份。

在一實施例中，上述之聚乳酸可為聚左旋乳酸，或聚左旋乳酸與聚右旋乳酸所形成之立體異構物(Sterocomplex-PLA，Sc-PLA)。在一例示中，上述之聚左旋 乳酸與聚右旋乳酸之光學純度係不小於95%，倘若上述之聚左旋乳酸或聚右旋乳酸之光學純度小於95%，則會降低耐衝擊之生物可分解塑膠的耐衝擊性與耐熱性等物性，且會降低後續製程步驟中結晶速率。

上述之聚酯化合物可包含但不限於聚己內酯、聚對苯二甲酸己二酸丁二醇共聚酯、聚丁烯對苯二甲酸酯、聚羥基脂肪酸酯、聚醯胺酯、聚對苯二甲酸乙二酯、其他適當之聚酯化合物或上述材料之任意混合。

在一實施例中，上述之生物可分解塑膠中包含1重量份至30重量份之聚酯化合物，以增加生物可分解塑膠之耐衝擊性、耐熱性與延展性。在此說明的是，倘若上述之聚酯化合物小於1重量份，則會降低生物可分解塑膠之耐衝擊性。若上述之聚酯化合物大於30重量份，則會降低生物可分解塑膠的耐熱性。

在一實施例中，上述之多元醇可包含但不限於不飽和多元醇、飽和多元醇、環氧多元醇、聚醚多元醇、聚酯多元醇、天然多元醇、多元醇糖及其任意組合。多元醇之具體例，如：丙二醇、丙三醇、丁二醇、聚乙二醇或己六醇等之多元醇化合物。

在一實施例中，上述之生物可分解塑膠中包含0.1重量份至10重量份之多元醇，可與聚酯化合物作用以增加生物可分解塑膠之延展性。在此說明的是，倘若上述之多元醇小於0.1重量份，則會降低生物可分解塑膠之韌性。若上述之多元醇大於10重量份，則會使生物可分解塑膠的耐 熱性趨減。

在一實施例中，上述之脂肪族酸酯化合物可包含但不限於檸檬酸三丁酯、三醋酸甘油酯、三羥甲基丙烷三辛酸酯、聚己二酸丙二醇酯、聚乙醇酸、戊二酸飽和脂肪酸酯、3-戊二醇脂肪酸酯、其他適當之脂肪族酸酯化合物或上述化合物之任意組合。

在一實施例中，上述之生物可分解塑膠中包含1重量份至20重量份之脂肪族酸酯化合物，以增加聚乳酸與聚酯化合物之間的相容性，故不需要添加分散劑或界面活性劑，且脂肪族酸酯化合物可增加生物可分解塑膠的韌性與耐衝擊性。在此說明的是，倘若上述之脂肪族酸酯化合物小於1重量份，則會降低聚乳酸與聚酯化合物之間的相容性。若上述之脂肪族酸酯化合物大於20重量份，因脂肪族酸酯化合物為液態，則會使脂肪族酸酯化合物無法與其他粉態的組成物均勻混合。

在一實施例中，上述之烷基氧化物可包含但不限於烷基過氧化物、不飽和環氧基化合物、飽和環氧基化合物、不飽和醯胺化合物、飽和醯胺化合物及其任意組合。烷基氧化物之具體例，如：叔丁基過氧化物、叔戊基過氧化物、2,5-二甲基-2,5雙(過氧化物)己烷、過氧化二叔丁基、過氧化二叔戊基、2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧化)己烷、2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧化)-3-己炔、其他適當之烷基化合物或上述化合物之任意混合。

在一實施例中，上述之生物可分解塑膠中包含0.1 重量份至1重量份之烷基氧化物，以增加生物可分解塑膠的耐熱性與耐衝擊性。在此說明的是，倘若上述之烷基氧化物小於0.1重量份，則會降低生物可分解塑膠的耐熱性與耐衝擊性。若上述之烷基氧化物大於1重量份，則會使生物可分解塑膠之熔融指數下降，增加生物可分解塑膠之熔融強度，而使生物可分解塑膠在後續製程，不易藉由射出成型步驟製備大型物件。

在一實施例中，上述之無機添加劑可包含但不限於滑石粉、碳酸鈣、碳酸鎂、碳酸鋇、玻纖、奈米黏土、石英、其他適當之無機添加物或上述材料之任意混合。

在一實施例中，上述之生物可分解塑膠中包含1重量份至25重量份之無機添加劑，以增加生物可分解塑膠的耐衝擊性與降低射出成型步驟所需的時間。在此說明的是，倘若上述之無機添加劑小於1重量份，則會降低生物可分解塑膠的耐衝擊性。若上述之無機添加劑大於25重量份，則會使生物可分解塑膠太過剛硬而容易脆裂。

2.進行混煉造粒步驟

接著，如步驟120及130所示，將生物可分解塑膠組成物進行混煉造粒步驟，以形成耐衝擊之生物可分解塑膠。在一實施例中，上述之混煉造粒步驟之溫度係150℃至180℃之間。

在一實施例中，上述之混煉造粒步驟更包含乾燥步驟。在一例示中，上述之乾燥步驟之溫度係90℃。在另一 例示中，上述之乾燥步驟之時間係不小於4小時，使生物可分解塑膠顆粒之平均含水率係不大於250ppm，以避免生物可分解塑膠顆粒發生裂解。

在一實施例中，進行混煉造粒步驟之後，此方法可進行一射出成型步驟，以形成具有特定形狀之生物可分解塑膠，其中前述之特定形狀係根據射出成型之模具來決定。在一實施例中，上述之射出成型步驟之加工溫度係150℃至180℃之間。在另一實施例中，上述之射出成型步驟之加工溫度係165℃至170℃之間。在又一實施例中，上述之射出成型步驟之模具溫度係100℃至120℃之間。

在一實施例中，上述之耐衝擊之生物可分解塑膠之一耐衝擊強度係大於90 J/m。端視客戶需求或不同產品而異，在其他例示中，前述之生物可分解塑膠之耐衝擊強度亦可為90至1500 J/m、90至350 J/m、350至1100 J/m、1000至1500 J/m、1100至1500 J/m。

值得一提的是，本發明所得之耐衝擊之生物可分解塑膠，其係利用於聚乳酸中添加聚酯化合物、脂肪族酸酯化合物、烷基氧化物以及無機添加劑，以增加所得之生物可分解塑膠的耐衝擊性。

以下列舉數個實施例，藉此更詳盡闡述本發明之耐衝擊之生物可分解塑膠及其製造方法，然其並非用以限定本發明，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

實施例1

首先，將100重量份之聚乳酸、1重量份之聚酯化合物、0.1重量份之多元醇、1重量份之脂肪族酸酯化合物、0.1重量份之烷基氧化物及1重量份之無機添加劑加至攪拌桶中攪拌均勻，以形成生物可分解塑膠組成物。

接著，將此生物可分解塑膠組成物加至雙螺桿押出機中(亞靖機械製)，以進行製粒製程，其中雙螺桿押出機之螺桿直徑為30毫米，螺桿長度與直徑比為24至32，壓縮比為2.5至1，螺桿轉速為200rpm，150℃至180℃之間的溫度進行混煉造粒步驟。然後，將生物可分解塑膠顆粒以90℃、至少4小時以上進行乾燥步驟，以形成生物可分解塑膠，使生物可分解塑膠顆粒之平均含水率係不大於250ppm。

將生物可分解塑膠熔融液體進行造粒步驟，以形成生物可分解塑膠顆粒。

隨後，將生物可分解塑膠顆粒以150℃至185℃之間的加工溫度，100℃至120℃之間的模具溫度進行射出成型步驟，以獲得耐衝擊之生物可分解塑膠。

實施例2-5

實施例2-5同實施例1的製作方法，不同處在於實施例2-5生物可分解塑膠組成物的組成成分使用量不同，其成分使用量如第1表所示。

比較例

比較例之製作方法同於實施例1，不同處在於比較例之生物可分解塑膠組成物的組成成分使用量不同，其成分使用量如第1表所示。

評估方式

實施例1-5與比較例之耐衝擊之生物可分解塑膠進行耐衝擊強度測試。

上述各實施例及比較例之顆粒狀的生物可分解塑膠組成物之耐衝擊強度係依據美國材料試驗協會(American Society for Testing and Materials；ASTM)之D-256法來量測。簡言之，耐衝擊強度測試係將具有切口的試片單邊固定於鐘擺式衝擊測試儀。接著，利用懸臂樑的方式，讓擺錘落下撞擊試片之切口。然後，計算鐘擺式衝擊測試儀所消耗的能量。

第1表列出實施例與比較例之生物可分解塑膠之耐衝擊強度的結果。其中「○」表示耐衝擊強度為大於90 J/m，「×」表示耐衝擊強度為小於90 J/m。上述耐衝擊強度測試結果可知，實施例1-5之耐衝擊強度均大於90 J/m，且實施例1-5之耐衝擊強度均顯著較佳於比較例。

綜言之，由上述耐衝擊強度測試結果可知，相較於比較例，本發明之實施例具有較佳的耐衝擊強度。

惟在此需補充的是，本發明所屬技術領域中任何具有通常知識者應可輕易理解，本發明之生物可分解塑膠僅為例示說明，在其他實施例中亦可使用其他生物可分解材料等。此為本發明所屬技術領域中任何具有通常知識者所熟知，不另贅述。

綜言之，本發明所得之耐衝擊之生物可分解塑膠，其係利用於聚乳酸中添加聚酯化合物、脂肪族酸酯化合物、烷基氧化物以及無機添加劑，以增加所得之生物可分解塑膠的耐衝擊性。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何在此技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧方法

110‧‧‧提供生物可分解塑膠組成物

120‧‧‧進行混煉造粒步驟

130‧‧‧形成耐衝擊之生物可分解塑膠

Claims (9)

1. 一種耐衝擊之生物可分解塑膠的製造方法，包含：提供一生物可分解塑膠組成物，其中該生物可分解塑膠組成物包含聚乳酸、聚酯化合物、多元醇、脂肪族酸酯化合物、烷基氧化物以及無機添加劑，基於該聚乳酸之含量為100重量份，該聚酯化合物之含量為1重量份至30重量份，該多元醇之含量為0.1重量份至10重量份，該脂肪族酸酯化合物之含量為1重量份至20重量份，該烷基氧化物之含量為0.1重量份至1重量份，該無機添加劑之含量為1重量份至25重量份，該烷基氧化物係選自於不飽和醯胺化合物、飽和醯胺化合物以及上述之任意組合所組成之一族群，且該多元醇與該脂肪族酸酯化合物之一總含量至少為14重量份；以及對該生物可分解塑膠組成物進行一混煉造粒步驟，以形成一耐衝擊之生物可分解塑膠，其中該耐衝擊之生物可分解塑膠具有至少1006J/m之一耐衝擊強度。
2. 如請求項1所述之耐衝擊之生物可分解塑膠的製造方法，其中該耐衝擊之生物可分解塑膠之一平均含水率不大於250ppm。
3. 如請求項1所述之耐衝擊之生物可分解塑膠的製造方法，其中該聚乳酸之一光學純度係不小於95%。
4. 如請求項1所述之耐衝擊之生物可分解塑膠的製造方法，其中該聚乳酸係聚左旋乳酸。
5. 如請求項4所述之耐衝擊之生物可分解塑膠的製造方法，其中該聚乳酸更包含聚右旋乳酸。
6. 如請求項5所述之耐衝擊之生物可分解塑膠的製造方法，其中該聚右旋乳酸與該聚左旋乳酸組成一異構物。
7. 如請求項1所述之耐衝擊之生物可分解塑膠的製造方法，其中該多元醇係選自於不飽和多元醇、飽和多元醇、環氧多元醇、聚醚多元醇、聚酯多元醇、天然多元醇、多元醇糖以及上述之任意組合所組成之一族群。
8. 如請求項1所述之耐衝擊之生物可分解塑膠的製造方法，其中該無機添加劑係選自於陶瓷、黏土、雲母、碳酸鈣、滑石、二氧化矽以及上述之任意組合所組成之一族群。
9. 如請求項1所述之耐衝擊之生物可分解塑膠的製造方法，其中該脂肪族酸酯化合物係選自於檸檬酸三丁酯、三醋酸甘油酯、三羥甲基丙烷三辛酸酯、聚己二酸丙二醇酯、聚乙醇酸、戊二酸飽和脂肪酸酯、3-戊二醇脂肪酸酯以及上述之任意組合所組成之一族群。