TWI568578B - 使用聚乳酸樹脂的環保板材 - Google Patents

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Description

使用聚乳酸樹脂的環保板材
本發明係關於一種多層結構的板材，特別是有關於一種使用聚乳酸樹脂的環保板材，其是由一背面層、一印刷層及一透明層構成，所述背面層、印刷層及透明層的至少一層由聚乳酸樹脂的生物降解性樹脂形成，該生物降解性樹脂係經由熱引發交聯反應而改性的樹脂，該樹脂加工容易且加工後具有優異的机械物性。
由聚氯乙烯(Poly Vinyl Chloride,PVC)等石油類樹脂製成的板材被廣泛應用於住宅、花園樓、公寓、辦公室或店鋪等建築物。
該板材是以聚氯乙烯(PVC)等樹脂經由擠壓或壓延等方式製備。但是，由於PVC的原料是由有限資源的原油全量提煉所得到，可想而知的，日後隨著石油資源的枯竭，將會發生原料供需上的問題。
並且，考慮到近年來對環境問題的關注，聚氯乙烯(PVC)類板材除了易釋放有害物質，且在廢棄時也會對環境帶來負擔的問題。
根據上述的問題，近年來藉由從植物資源萃取、合成的聚乳酸(Poly Lactic Acid,PLA)樹脂以作為取代該石油類樹脂的手段備受曙目。包括韓國專利公開公報第10-2008-0067424號在內的多個既有文獻中公開有使用這樣的PLA樹脂的環保板材。
但是，以如此的PLA樹脂所製備之板材與由習知技術的PVC樹脂所製備之板材相比，其具有下述兩個缺點：在熱貼合加工時，黏結到加工設備；或在高溫加工時，由於黏彈性不足而藉由複雜的多層層壓程序加工。
鑑於上述的問題，本發明之目的在於提供一種板材，該板材的至少一層係由包含PLA樹脂的生物降解性樹脂形成，且該生物降解性樹脂係藉由熱引發交聯反應來得到改性，從而與習知技術的PLA樹脂之生物降解性樹脂相比，改良了熔融強度而使熱貼合加工變得容易，且加工後所製得之環保板材具有優異的機械性質。
為達成上述目的，本發明提供一種使用聚乳酸樹脂的環保板材，其係由一個以上的層堆疊所構成，該板材的至少一層包含生物降解性樹脂，該生物降解性樹脂具有PLA樹脂、熱引發劑及交聯單體，該生物降解性樹脂係經由熱引發交聯反應而得到改性。
以使用本發明PLA樹脂的環保板材而言，包含PLA樹脂的生物降解性樹脂係經由熱引發交聯反應而得到改性，從而實現分子鏈之間的交聯化，而使得熔融強度增加且熱加工容易。以加工後的產品而言，其具有高拉伸強度、高延伸率等物理性質。
以使用本發明PLA樹脂的環保板材而言，如作為黏結劑，可使用基於植物資源的PLA樹脂來取代基於石油資源的PVC樹脂，進而可以解決隨石油資源枯竭所帶來的原料供需問題。
並且，使用本發明PLA樹脂的環保板材具有下述兩個優點：於製備中，二氧化碳等環境有害物質的釋放量低；以及易於廢棄的環保特性。
以下參照附圖詳細說明的實施例將使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，其能夠以互不相同的各種方式實施，以下公開的實施例僅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完整地理解本發明之範疇，本發明根據申請專利範圍而定義。在說明書全文中相同的附圖標記代表相同的結構元件。
以下，將對本發明使用聚乳酸(Polylactic acid,PLA)樹脂的環保板材進行詳細說明。
第1圖及第2圖分別繪示本發明兩實施例中使用聚乳酸樹脂之環保板材的剖視圖。
第1圖中所示的板材係包括一背面層110、一印刷層120及一透明層130。於此，以該板材而言，所述背面層110、印刷層120及透明層130中的至少一層具有包含PLA樹脂的生物降解性樹脂，且其係藉由熱引發交聯反應來得到改性。
第2圖繪示本發明另一實施例中使用聚乳酸樹脂之環保板材的剖視圖。
第2圖中所示的板材係包括一背面層110、一印刷層120、一透明層130、一表面處理層140及一玻璃纖維浸漬層150。於此，以該板材而言，所述背面層110、印刷層120、透明層130、表面處理層140及玻璃纖維浸漬層150中的至少一層具有包含PLA樹脂的生物降解性樹脂，且其係藉由熱引發交聯反應來得到改性。
根據本發明一實施例的環保板材，其係由一個以上的層堆疊所構成， 該板材的至少一層包含生物降解性樹脂，該生物降解性樹脂具有PLA樹脂、熱引發劑及交聯單體，該生物降解性樹脂係經由熱引發交聯反應而得到改性。
作為本發明生物降解性樹脂之主要材料的PLA樹脂可以為丙交酯或乳膠的熱塑性聚酯，其製備範例例如可以對由玉米、土豆等萃取之澱粉發酵所製備的乳膠進行聚合以完成製備。所述玉米、土豆等皆為可再生的植物資源，由這些植物資源所製備的PLA樹脂可有效地應對基於石油資源枯竭的問題。
並且，PLA樹脂在使用或廢棄過程中，二氧化碳等環境有害物質的釋放量明顯低於聚氯乙烯(PVC)樹脂等基於石油資源所製成的材料。另外，PLA樹脂在廢棄後，於自然環境下亦具有易分解的環保特性。
該PLA樹脂可以區分為結晶型PLA(c-PLA)樹脂和非晶型PLA(a-PLA)樹脂。該結晶型PLA樹脂相對於該非晶型PLA樹脂，較容易發生增塑劑向板材表面流出的流漏(bleeding)現象，因此較佳為使用非晶型PLA樹脂。該非晶型PLA樹脂具有不用為了防止流漏現象而添加相容藥劑的優點。於使用非晶型PLA樹脂時，以PLA樹脂而言，最佳為使用100%的非晶型PLA樹脂，根據其他需要亦可使用結晶型與非晶型共存的PLA樹脂。
本發明的生物降解性樹脂為了使熱交聯反應發生，因此其中包含熱引發劑。
該熱引發劑較佳為藉由在貼合等加工過程中所產生的熱，進而分解且形成自由基的自由基引發劑。
本發明可以使用的熱引發劑較佳為偶氮類化合物或過氧化物類化合物。
具體地，偶氮類化合物的範例例如可以是2,2'-偶氮雙(2-甲基丁腈)(2，2’-Azobis-(2-methylbutyronitrile))、2,2'-偶氮雙(異丁腈)(2，2’-Azobis-(isobutyronitrile))、2,2'-偶氮雙(2,4-二甲基戊腈)(2，2’-Azobis-(2，4-dimethylvaleronitrile))及2,2'-偶氮雙(4-甲氧基-2,4-二甲基戊腈)(2，2’-Azobis-(4-methoxy-2,4-dimethylvaleronitrile))等。過氧化物類化合物的範例例如可以是過氧化新癸酸四甲基丁酯(範例：Perocta ND，NOF公司(製))、雙(4-丁基環己基)過氧化二碳酸酯(範例：Peroyl TCP，NOF公司(製))、二(2-乙基己基)過氧化碳酸酯、過氧化新癸酸丁酯(範例：Perbutyl ND,NOF公司(製))、過氧化二丙基二碳酸酯(範例：Peroyl NPP，NOF公司(製))、過氧化二異丙基二碳酸酯(範例：Peroyl IPP，NOF公司(製))、過氧化二碳酸二乙氧乙酯(範例：Peroyl EEP，NOF公司(製))、過氧化二乙氧己基二碳酸酯(範例：Peroyl OEP，NOF公司(製))、過氧化二碳酸己酯(範例：Perhexyl ND，NOF公司(製))、過氧化二碳酸二甲氧丁基酯(範例：Peroyl MBP，NOF公司(製))、雙(3-甲氧基-3-甲氧基丁基)過氧化二碳酸酯(範例：Peroyl SOP，NOF公司(製))、過氧化二碳酸二丁基酯、過氧化二碳酸三十二烷基(dicetyl)酯、過氧化二碳酸二十四酯(dimyristyl)、過氧化特戊酸1，1，3，3-四甲基丁酯(peroxypivalate)、過氧化特戊酸己酯(範例：Perhexyl PV，NOF公司(製))、過氧化特戊酸丁酯(範例：Perbutyl，NOF公司(製))、三甲基己醯過氧化物(範例：Peroyl 355，NOF公司(製))、過氧化新癸酸二甲基羥丁酯(範例：Luperox 610M75， Atofina(製))、過氧化新癸酸戊基酯(範例：Luperox546M75，Atofina(製))、過氧化新癸酸丁酯(範例：Luperox 10M75，Atofina(製))、過氧化新庚酸叔丁酯、過氧化特戊酸(pivalate)戊基酯(範例：Luperox 546M75，Alofina(製))、過氧化特戊酸叔丁酯、過氧化叔戊基-2-己酸乙酯、十二烷基過氧化物、十二醯(dilauroyl)過氧化物、二癸醯基過氧化物、苯醯基過氧化物或聯苯醯過氧化物等，但是本發明不局限於此。
相對於100重量份的PLA樹脂，較佳含有0.1重量份-10重量份的熱引發劑。含量小於0.1重量份時，難以產生充分的自由基引發反應；大於10重量份時，因未反應的引發劑會產生PLA樹脂的劣化，從而可能降低其物理性質。
本發明的生物降解性樹脂包含在PLA樹脂的分子鏈之間藉由交聯反應而發揮交聯作用的單體。
該單體在高分子聚合時，具有熔融強度、透明性、UV穩定性、耐水性及耐溶劑性等所需之物理性優異的特性，較佳是藉由熱而發生聚合反應。具體地，較佳為選自具有單官能團或多官能團的丙烯酸酯類單體、甲基丙烯酸酯類單體中的至少一種。
相對於100重量份的PLA樹脂，較佳含有0.1重量份-10重量份的單體。含量小於0.1重量份時，熔融強度等物理性質具有提高效果不佳的問題；大於10重量份時，由於與構成各層的其他物質之間具有相容性問題，故可能會降低各層的整體物理性質。
本發明的環保板材具有層壓結構，為此，將以板材或薄膜形態製備包含PLA樹脂的生物降解性樹脂。然而，板材或薄膜形態的加工將利用到壓 延或擠壓程序，故本發明的生物降解性樹脂較佳還包含增塑劑。
該增塑劑作為環保性的增塑劑，較佳為使用無鄰苯二甲酸酯類。該增塑劑藉由軟化PLA樹脂來增加熱塑性，從而在高溫中易於進行成型加工。該無鄰苯二甲酸酯類的增塑劑較佳為使用選自於乙醯檸檬酸三丁酯(Acetyl tributyl citrate,ATBC)、檸檬酸三丁酯(Tributyl citrate,TBC)中的至少一種。
相對於100重量份的PLA樹脂，較佳含有5重量份-100重量份的無鄰苯二甲酸酯類增塑劑。增塑劑的含量小於5重量份時，PLA樹脂的硬度增加，從而可能降低可加工性；大於100重量份時，可塑性及柔軟性提高，但是由於使用過多的增塑劑，因此在其表面會產生增塑劑流出的流漏現象。
並且，本發明的生物降解性樹脂還可以包含潤滑劑、作為加強用之無機類填充劑的碳酸鈣(CaCO3)，以及作為賦予審美性之白色顏料的二氧化鈦(TiO2)等。
該潤滑劑(Lubricant)是為了該生物降解性樹脂於壓延、擠壓等加工過程中防止樹脂黏結到壓延輥或擠壓機而添加的。
這樣的潤滑劑具有許多種類，但是在本發明中以環保性的高級脂肪酸作為潤滑劑，該高級脂肪酸例如可以為碳數18的硬脂酸等。
相對於100重量份的PLA樹脂，較佳使用0.1重量份-10重量份的潤滑劑。如果潤滑劑的使用量小於0.1重量份時，則不具有潤滑劑的效果；如果潤滑劑的使用量大於10重量份時，則可能會劣化PLA樹脂的耐衝擊性、耐熱性及光澤度等。
相對於100重量份的PLA樹脂，較佳使用5重量份-1000重量份的碳酸鈣。
並且，相對於100重量份的PLA樹脂，較佳使用0.5重量份-50重量份的二氧化鈦。
所述碳酸鈣或二氧化鈦的使用量超過上述範圍時，由於其他成分的結合力降低，因此可能會降低可加工性。
以下，分別對第1圖及第2圖所示的背面層110、印刷層120、透明層130、表面處理層140、玻璃纖維浸漬層150進行詳細說明。
在本發明中，該背面層110為板材中的底層，其用於支撐該印刷層120及該透明層130，並發揮吸收板材上或下之衝擊的功能。
該背面層110較佳具有1.0公釐(mm)-5.0 mm的厚度。
該背面層110的厚度小於1.0 mm時，其不能正常地吸收衝擊；該背面層110的厚度大於5.0 mm時，由於使用大量的PLA樹脂，故會增加板材的製備費用。
如上所述，該背面層110是由包含PLA樹脂、熱引發劑及單體的生物降解性樹脂所構成，其在加工過程中藉由熱引發交聯反應來得到改性。在此，於該生物降解性樹脂中進一步還可以添加潤滑劑、碳酸鈣及二氧化鈦的至少一種。
在本發明中，形成於背面層110上之印刷層120的表面藉由轉印印刷、凹版印刷、絲網印刷、平版印刷、滾筒印刷或柔性印刷、噴墨印刷等多種方式形成花紋，從而發揮賦予板材審美觀的功能。
該印刷層120較佳具有0.01 mm-0.3 mm的厚度。如果該印刷層120的厚度小於0.01 mm時，可能會難以實現印刷之目的；如果該印刷層120的厚度大於0.3 mm時，將會導致板材製備費用的提高。
如上所述，該印刷層120是由包含PLA樹脂、熱引發劑、單體的生物降解性樹脂所構成，於加工過程中經由熱引發交聯反應而得到改性。在此，於該生物降解性樹脂中進一步還可以添加潤滑劑、碳酸鈣及二氧化鈦的至少一種。
在本發明中，以形成於印刷層120上的透明層130而言，該透明層130藉由形成在印刷層130上來發揮賦予的體積感，且同時可以保護形成於印刷層120上的花紋。
該透明層130較佳具有0.10 mm-1.0 mm的厚度。如果透明層的厚度小於0.10 mm時，其不能有效地保護形成於印刷層120上的花紋，且會降低體積感。另一方面，如果透明層的厚度大於1.0 mm時，對於效果並沒有進一步的提升，並會增加板材的製備費用。
如上所述，本發明中透明層130是由包含PLA樹脂、熱引發劑、單體的生物降解性樹脂所構成，於加工過程中經由熱引發交聯反應而得到改性。在此，於該生物降解性樹脂中進一步還可以添加潤滑劑、碳酸鈣及二氧化鈦的至少一種。
在本發明中，表面處理層140形成在透明層130上，可以提高板材的耐刮性或耐磨耗性，並藉由改良耐污染性，使得清掃變得容易。
該表面處理層140較佳具有0.01 mm-0.1 mm的厚度。如果該表面處理層140的厚度小於0.01 mm時，難以提高耐刮性等物理性質。另外，該表面處理層140的厚度大於0.1 mm時，於形成表面處理層140中存在著消耗過多製備費用的問題，亦可能降低板材的外觀特性。
如上所述，在本發明中，該表面處理層140是由包含PLA樹脂、熱引 發劑、單體的生物降解性樹脂所構成，其在加工過程中經由熱引發交聯反應而得到改性。在此，於該生物降解性樹脂中進一步還可以添加潤滑劑等。
在本發明中，該玻璃纖維浸漬層150發揮保護與板材表面相反之背面，並發揮吸收板材上或下之衝擊的功能。
該玻璃纖維浸漬層150較佳具有1.0 mm-5.0 mm的厚度。該玻璃纖維浸漬層150的厚度小於1.0 mm時，其不能正常地吸收衝擊；該玻璃纖維浸漬層150的厚度大於5.0 mm時，由於使用大量的PLA樹脂，故會增加板材的製備費用。
該玻璃纖維浸漬層150包含玻璃纖維及黏結劑樹脂，該黏結劑樹脂是由包含PLA樹脂、熱引發劑、單體的生物降解性樹脂所構成，其於加工過程中經由熱引發交聯反應而得到改性。
本發明環保板材的製備方法不受特別的限制，例如可以混合及混煉包含該PLA樹脂之生物降解性樹脂的各原料後，再藉由壓延成型來製備所需的板材形狀。
此時，在混煉各原料的過程中，利用加工時所產生的熱能，將包含在本發明生物降解性樹脂中的熱引發劑分解成自由基，而同時引發PLA樹脂與單體之間的交聯反應。
上述過程中，原料的混合及混煉程序，例如可以將液狀或粉末狀的原料使用高速混合器、擠壓器、混煉器(kneader)、二輥或三輥等來執行。並且，在原料的混合及混煉過程中，為了更有效的混合，將調配好的原料使用密煉機(banbury mixer)於120℃-200℃的溫度下進行混煉，再將混煉後的原料於120℃-200℃的溫度下使用二輥進行一次及二次混合的方式。 另外，亦可將所述混合及混煉程序以多步驟反覆執行。
另一方面，將上述混合的原料藉由壓延程序來製備板材狀之背面層110的方法也不受特別限制，例如可以使用逆L型四輥壓延機等常規的裝置來製備。
並且，於上述過程中，以壓延加工條件而言，考慮所使用之樹脂組合物的組成等，可以適當地進行選擇，例如可以在120℃-200℃的溫度範圍內進行壓延加工的程序。
基於實施例及比較例之板材的製備方法
以下，將分別提出本發明較佳實施例及比較例的製備方法。然而，這僅是用於說明本發明的較佳示例而提出的，故不能以任何的意思來解釋本發明局限於此。
以下，未記載於此的內容，只要是本技術領域中的普通技術人員皆可以充分進行技術性的類推，因此省略其說明。
實施例
將PLA樹脂100重量份、ATBC25重量份、丙烯酸酯類單體10重量份、二烷基過氧化物1重量份及硬脂酸5重量份置入於密煉機中，並以150℃的溫度進行混煉，且使基於熱引發的交聯反應有效地進行。
將該密煉機內混煉的原料藉由140℃的二輥進行一次及二次混合。
在130℃下對混合後的原料進行壓延加工，製備出厚度為0.4 mm的板材樣品，接續對該板材樣品進行層壓加工。
在此，該層壓加工是藉由用於加熱之蒸汽熱源的乾燥筒和壓紋設備來執行，通常與PVC板材的層壓加工相同，在具有120℃-150℃表面溫度的 乾燥筒條件下實施熱貼合，從而完成層壓結構。
比較例
相較於實施例的製備方法，該比較例除了未添加二烷基過氧化物以外，其他步驟皆以實施例相同之條件來製備板材樣品，並對該板材樣品進行層壓加工。
評價
對上述實施例和比較例之層壓加工性及物理性質(拉伸強度)的評價結果如下述表1所示。
上述評價結果得知，本發明使用經由熱引發交聯反應而得到改性的生物降解性樹脂的板材，於120℃-150℃溫度下的層壓過程中，具有優異的加工性，且本發明的板材於加工後也具有較佳的強度。
以上，參照附圖對本發明的實施例進行了說明，但是本發明並不局限 於上述實施例，而可以變形成互不相同的多種形態。並且，在本發明所屬技術領域的普通技術人員應該能夠理解，在不改變本發明的技術思想或必須特徵下，可以以其他具體實施方式實施。因此，應該理解以上所述的實施例在所有方面都是例示性的，而非限定性的。
110‧‧‧背面層
120‧‧‧印刷層
130‧‧‧透明層
140‧‧‧表面處理層
150‧‧‧玻璃纖維浸漬層
第1圖繪示本發明一實施例中使用聚乳酸樹脂之環保板材的剖視圖。
第2圖繪示本發明另一實施例中使用聚乳酸樹脂之環保板材的剖視圖。
110‧‧‧背面層
120‧‧‧印刷層
130‧‧‧透明層

Claims (8)

  1. 一種使用聚乳酸樹脂的環保板材，由一個以上的層堆疊所構成，其中：該環保板材的至少一層包含生物降解性樹脂，該生物降解性樹脂具有聚乳酸樹脂、熱引發劑及交聯單體；以及該生物降解性樹脂係經由熱引發交聯反應而得到改性，其中該環保板材包括一具有0.10公釐至1.0公釐之厚度的透明層、一具有0.01公釐至0.3公釐之厚度的印刷層、一具有1.0公釐至5.0公釐之厚度的背面層、一具有1.0公釐至5.0公釐之厚度的玻璃纖維浸漬層及一具有0.01公釐至0.1公釐之厚度的表面處理層；相對於100重量份的聚乳酸樹脂，該透明層、該印刷層和該背面層包含5重量份至1000重量份的碳酸鈣和0.5重量份至50重量份的二氧化鈦；形成於該背面層上之該印刷層的表面是藉由轉印印刷來形成花紋。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之使用聚乳酸樹脂的環保板材，其中該熱引發劑為選自偶氮類化合物或過氧化物類化合物中的至少一種。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之使用聚乳酸樹脂的環保板材，其中相對於100重量份的聚乳酸樹脂，該生物降解性樹脂含有0.1重量份-10重量份的熱引發劑。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之使用聚乳酸樹脂的環保板材，其中該交聯單體為選自丙烯酸酯類單體、甲基丙烯酸酯類單體中的至少一種。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之使用聚乳酸樹脂的環保板材，其中相對於100重量份的聚乳酸樹脂，該生物降解性樹脂含有0.1重量份-10重 量份的交聯單體。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之使用聚乳酸樹脂的環保板材，其中該生物降解性樹脂還包含無鄰苯二甲酸酯類的增塑劑。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之使用聚乳酸樹脂的環保板材，其中相對於100重量份的聚乳酸樹脂，該生物降解性樹脂含有5重量份-100重量份的無鄰苯二甲酸酯類之增塑劑。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之使用聚乳酸樹脂的環保板材，其中在該生物降解性樹脂中，相對於100重量份的聚乳酸樹脂，該生物降解性樹脂還包含0.1重量份-10重量份的潤滑劑。
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