TWI531612B - 利用聚乳酸和木纖維的環保板材及其製備方法 - Google Patents
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Description
本發明係關於一種環保板材及其製備方法，特別係有關於使用在規定的條件下利用包含聚乳酸、交聯劑和/或交聯助劑的組合物進行交聯的聚乳酸樹脂和木纖維的環保板材。
習知的中密度纖維板(Medium Density Fiberboard,MDF)及高密度纖維板(High Density Fiberboard,HDF)是在將木質原料在高溫下進行纖維分離而得的木纖維(wood fiber)塗敷黏合劑而成形，且藉由熱壓來製備的木質板狀產品，由於可進行複雜的機械加工等，從而廣泛使用於室內建築塗飾用傢俱等整個領域。在如公開專利公報10-2000-007214號的文獻中公開與此相關的技術。
但是，用於製備該纖維板的黏合劑主要是脲甲醛(urea-formaldehyde)樹脂或者三聚氰胺脲甲醛(melamine urea-formaldehyde)樹脂，其黏合力突出且價格低廉，但是固化後還徐徐釋放出不僅刺激眼、鼻、皮膚，而且可能引發過敏性皮炎、支氣管性氣喘，並且長時間吸入時可能致癌的甲醛。而且，過量攝取三聚氰胺時，可能因腎結石而致死。
並且，由化石資源為原料製備的三聚氰胺、脲、甲醛等，不僅由於化石資源的枯竭而帶來持續的價格上漲，而且在製備過程中消耗許多能源，並且釋放大量的溫室氣體，在以焚燒方式廢棄時，釋放環境激素、有毒氣體等對人體有害的許多物質。
聚乳酸(Polylactic Acid or Polylactide,PLA)作為聚合對在可再生的植物資源(玉米、土豆及地瓜等)中萃取的澱粉進行發酵而得的
乳酸(Lactic Acid)來製備的樹脂，是一種不僅減少二氧化碳(CO2)而且還可節約非再生能源(non-renewable energy)的環保樹脂。
但是，聚乳酸(PLA)作為在特定的濕度及溫度條件下易於水解的熱塑性樹脂，與木纖維複合而制的板材不僅怕潮，而且還存在著在加工時一旦受熱則可能容易黏著於加工設備的問題。
因此，需要及時製備利用使有害物質的釋放最小化且可再生的環保樹脂的板材。
本發明的目的在於提供一種環保板材及其製備方法，更詳細地，提供使用在規定的條件下對利用包含聚乳酸、交聯劑和/或交聯助劑的組合物來進行交聯的聚乳酸樹脂和木纖維的環保板材及其製備方法。
為了達成上述目的，本發明提供一種環保板材，其是由包含聚乳酸樹脂、交聯劑及木纖維(wood fiber)的生物降解性樹脂組合物形成。
為了達成上述目的，本發明再提供一種環保板材的製備方法，包括如下步驟：提升包含100重量份的聚乳酸樹脂、50重量份~300重量份的木纖維及0.001重量份~10重量份的交聯劑的組合物的溫度來以板材形態進行熱成型；以及對形成該板材的組合物進行交聯。
本發明具有如下效果：利用將可再生的植物資源作為原料製備的聚乳酸樹脂和木纖維，從而不僅減少溫室氣體，節約化石資源，可使與習知的中密度纖維板(MDF)、高密度纖維板(HDF)以及貼合板對比排放的甲醛(formaldehyde)等總揮發性有機化合物(Total Volatile Organic Compounds,TVOCs)及燃燒時排放的有毒氣體最小化。
並且，本發明具有如下效果：藉由聚乳酸(PLA)交聯，可確保產品的耐水性，在加工時一旦受熱，則不容易黏著於加工設備。
並且，本發明具有與利用聚乳酸(PLA)樹脂和木粉的板材對比的彎曲強度優異的效果。
以下參照附圖詳細說明的實施例將會使得本發明的優點和特徵以及實現這些優點和特徵的方法更加明確。但是，本發明不局限於以下所公開的實施例，本發明能夠以互不相同的各種方式實施，本實施例只用於使本發明的公開內容更加完整，有助於本發明所屬技術領域的普通技術人員能夠完整地理解本發明之範疇，本發明是根據申請專利範圍而定義。
以下，對本發明的利用聚乳酸/木纖維的環保板材及其製備方法進行詳細說明。
本發明一實施例的環保板材由包含聚乳酸樹脂、交聯劑及木纖維(wood fiber)的生物降解性樹脂組合物形成。
首先，本發明的環保板材包含聚乳酸樹脂。該聚乳酸樹脂是對丙交酯或者乳酸進行聚合而得的熱塑性聚酯，舉出製備例，可以聚合對從玉米、土豆等中萃取的澱粉進行發酵而製備的乳酸或者丙交酯來製備。上述玉米、土豆等是不受限制的可再生的植物資源，能夠從這些確保的聚乳酸樹脂可有效地應對因石油資源枯竭導致的問題。
並且，聚乳酸樹脂在使用或者廢棄過程中排放的二氧化碳(CO2)等的環境有害物質的排放量明顯少於以石油為基礎的原材料，而且具有廢棄時在自然環境下也可容易降解的環保特性。
該聚乳酸可區分為結晶質聚乳酸(c-PLA)和非晶質聚乳酸(a-PLA)，在本發明中不受特別限制地使用。該聚乳酸可使用選自左旋聚乳酸、右旋聚乳酸及外消旋聚乳酸中的至少一種。
而且，作為用於製備習知的纖維板的黏合劑的脲甲醛(urea-formaldehyde)樹脂或者三聚氰胺脲甲醛(melamine urea-formaldehyde)樹脂，即使經過固化之後，不僅刺激眼、鼻、皮膚，而且可能引發過敏性皮炎、支氣管哮喘。並且，存在著徐徐釋放長時間吸
入時可能致癌的甲醛的問題。但是，使用於本發明的聚乳酸(PLA)樹脂具有能夠解決如上所述的所有問題的環保特性。
本發明的板材形成用生物降解性樹脂組合物包含木纖維(wood fiber)。以該木纖維而言，只要是使用於建築用內飾材料的公知的木纖維，都可以不受特別限制地使用，例如可以是在旋轉式圓盤型精煉裝置中對木塊、木屑或者刨花、再生牛皮紙(kraft)或者老舊的瓦楞紙、老舊的報紙或者其他形態的再生紙進行粉碎而製備的木纖維。
該木纖維的含量，以100重量份的聚乳酸樹脂為基準，較佳是包含50重量份~300重量份。該木纖維的含量小於50重量份時，難以賦予相應於天然原木的外觀及質感，相反，該木纖維的含量大於300重量份時，則由於木纖維相互間的結合力降低，難以賦予所期望的程度的強度及耐久性。
在製備成本的方面，該木纖維的比重較佳為700 kg/m3以下。該木纖維的比重大於700 kg/m3時，存在著製備成本增加的問題。
並且，在耐久性的方面，該木纖維的水分含量較佳為小於3.0重量%。該木纖維的水分含量大於3.0重量%時，存在著所製備的環保板材內的聚乳酸因水分而水解的問題。
並且，形成本發明的環保板材的組合物包含交聯劑，以對聚乳酸進行交聯。
在此，該交聯劑用於聚乳酸的交聯反應。該交聯劑較佳為有機過氧化物，具體地可以舉出過氧化二異丙苯(DCP)或者雙丁基過氧化物(PBP)、二甲基二叔丁基過氧化己烷、叔丁基乙基己基單過氧化碳酸酯等，但本發明並非局限於此。
在該生物降解性樹脂組合物中，相對於100重量份的聚乳酸，較佳是包含0.001重量份~10重量份的該交聯劑。該交聯劑的含量小於0.001重量份時，存在著不能引發交聯反應的問題，該交聯劑的含量大於10重量份時，由於交聯度過高而呈現熱固性，導致在加工時存在問題。
以本發明而言，該生物降解性樹脂組合物除了交聯劑以外還可以包含交聯助劑。
首先，該交聯助劑發揮能夠使本發明的交聯反應順暢的作用。該交聯助劑較佳為三烯丙基異氰脲酸酯(Triallyl isocyanurate,TAIC)，但本發明並非局限於此。
在此，該交聯助劑的含量相對於100重量份的聚乳酸樹脂，較佳為1.0重量份以下。該交聯助劑的含量大於1.0重量份時，存在著由於過度交聯而轉換為熱固性樹脂或者難以加工的樹脂的問題。
如上所述的本發明的發泡薄片，使聚乳酸藉由交聯劑而進行交聯，從而具有耐水性、可加工性優異的效果。以下，對本發明的發泡薄片的製備方法進行說明。
本發明再一實施例的發泡薄片的製備方法，包括如下步驟：提升包含100重量份的聚乳酸樹脂、50重量份~300重量份的木纖維及0.001重量份~10重量份的交聯劑的組合物的溫度來以板材形態進行熱成型；以及對形成該板材的組合物進行交聯。
首先，對本發明的包含聚乳酸樹脂、木纖維及交聯劑的組合物施加規定溫度的熱，從而以板材形態進行熱成型。
進行上述熱成型的溫度較佳為100℃~200℃。該熱成型溫度小於100℃時，由於不能實現所使用的聚乳酸的黏結(galling)，從而存在著不能形成成型物的問題，該熱成型溫度大於200℃時，由於進行聚乳酸的熱降解，從而存在著強度降低的問題。
接著，還包括對形成該板材的組合物進行交聯。
上述對形成該板材的組合物進行交聯的步驟中，可對該板材施加比熱成型溫度更高的溫度的熱，來對上述組合物進行交聯。
在此過程中需要的溫度是比上述熱成型時的溫度更高的溫度，較佳為約100℃~250℃。此時，包含於上述組合物的交聯劑降解成自由基，來引發聚乳酸樹脂間的交聯反應。此時，可利用規定溫度氛圍的烘箱。
並且，上述對形成該板材的組合物進行交聯的步驟中，可在該板材照射電子束來對上述組合物進行交聯。
電子束的照射量不受特別的限制，電子束的照射量較佳為10千戈雷(kGy)~100 kGy。在小於10 kGy的情況下，存在著不能正常進行交聯的問題，在大於100 kGy的情況下，由於過度交聯而可能產生聚乳酸的降解。
根據如上所述的本發明的環保板材的製備方法，可製備出藉由聚乳酸(PLA)交聯來確保產品的耐水性，在加工時一旦受熱則不容易黏著於加工設備的環保板材。由此製備的環保板材與利用聚乳酸(PLA)樹脂和木粉的板材相比，具有彎曲強度優異的效果。
下面，提出基於本發明較佳實施例的環保板材的製備例及比較例的製備例。但是，這是作為本發明的較佳示例而提出的，在任何意思上都不能解釋為本發明局限於此。
未在此記載的內容，只要是本發明所屬技術領域的普通技術人員就能能夠從技術上充分進行類推，因此省略其說明。
在結晶質聚乳酸樹脂40重量%混合作為交聯劑的叔丁基-2-乙基己基單過氧化碳酸酯(t-butyl-2-ethyl hexyl mono peroxy carbonate)0.4重量%及木纖維59.6重量%，來製備了生物降解性樹脂組合物。
此後，在120℃下，以板材形態對該生物降解性樹脂組合物進行熱成型，藉由供給180℃的熱的擠壓器進行交聯反應之後，製備了實施例的環保板材。
在結晶質聚乳酸樹脂40重量%混合作為交聯劑的叔丁基-2-乙基己基單過氧化碳酸酯(t-butyl-2-ethyl hexyl mono peroxy carbonate)0.3重量%、作為交聯助劑的三烯丙基異氰脲酸0.1重量%及木纖維59.6重量%，來製備了生物降解性樹脂組合物。
此後，環保板材的製備方法與上述實施例1相同。
除了作為交聯劑使用二甲基二叔丁基過氧化己烷以外，以與
實施例2相同的條件製備了實施例3的板材。
除了不加入交聯劑及交聯助劑以外，以與實施例1相同的條件製備了比較例1的板材。
除了包含木粉來代替木纖維以外，以與實施例1相同的條件製備了比較例2的板材。
對於實施例與比較例的彎曲強度的評價結果如以下表1。
由上述評價結果可知，由於本發明的環保板材利用聚乳酸及木纖維來對這些聚乳酸及木纖維進行交聯，因而具有優異的物理性質。與此不同，可以得知，由於比較例的板材，不藉由交聯劑進行交聯，或者包含木粉來代替木纖維，因而彎曲強度比實施例差。
雖然本發明已用較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，本發明所屬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。
Claims (7)
- 一種環保板材，由包含聚乳酸樹脂、交聯劑及木纖維的生物降解性樹脂組合物形成；其中該生物降解性樹脂組合物中，相對於100重量份的該聚乳酸樹脂，包含0.001重量份~10重量份的該交聯劑、50重量份~300重量份的該木纖維，且該木纖維的水分含量小於3.0重量%；其中，在該環保板材照射電子束來對上述生物降解性樹脂組合物進行交聯，該電子束的照射量為10千戈雷(kGy)~100kGy的範圍。
- 如申請專利範圍第1項所述之環保板材，其中該交聯劑是包含過氧化二異丙苯或者雙丁基過氧化物、二甲基二叔丁基過氧化己烷、叔丁基乙基己基單過氧化碳酸酯及1,1-二(叔丁基過氧化)-3,3,5-三甲基環己烷中的至少一種的有機過氧化物。
- 如申請專利範圍第1項所述之環保板材，其中該木纖維的比重為700kg/m3以下。
- 如申請專利範圍第1項所述之環保板材，其中該生物降解性樹脂組合物還包含交聯助劑。
- 如申請專利範圍第4項所述之環保板材，其中相對於100重量份的該聚乳酸樹脂，該交聯助劑的含量為1.0重量份以下。
- 一種環保板材的製備方法，包括以下步驟： 提升包含100重量份的聚乳酸樹脂、50重量份~300重量份的木纖維及0.001重量份~10重量份的交聯劑的組合物的溫度來以板材形態進行熱成型；以及對形成該板材的組合物進行交聯；其中該木纖維的水分含量小於3.0重量%；其中，對形成該板材的組合物進行交聯的步驟中，在該板材照射電子束來對上述組合物進行交聯，該電子束的照射量為10千戈雷(kGy)~100kGy的範圍。
- 如申請專利範圍第6項所述之環保板材的製備方法，其中對形成該板材的組合物進行交聯的步驟中，對該板材施加比熱成型溫度更高的溫度的熱，來對上述組合物進行交聯。
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