TWI618745B - 生物可分解之聚乳酸複合材料及其應用 - Google Patents

Abstract

本發明為一種生物可分解之聚乳酸複合材料，其包含一聚乳酸50～90 wt%、一改質澱粉、一增韌劑0.1~40 wt%、一晶核劑0.1~5wt%及一耐熱改質劑0.1~50 wt%，其中：該改質澱粉由一修飾澱粉0.1~40 wt%及一聚酯油類0.5~35 wt%自然發酵而成；該生物可分解之聚乳酸複合材料耐熱溫度達120^o C；及藉由該修飾澱粉及該聚酯油類自然發酵而成的該改質澱粉，增加該修飾澱粉之韌性與結構強度。

Description

生物可分解之聚乳酸複合材料及其應用

一種生物可分解材料，特別是一種聚乳酸類生物可分解複合材料。

目前拋棄式食物餐具依然是以泛用塑膠為主，如聚乙烯(Polyethylene,PE)、聚丙烯(Polypropylene,PP)、聚苯乙烯(Polystyrene,PS)、美耐皿或是保麗龍等，此種泛用塑膠雖具有低成本之優勢，但其生物不可分解性則對地球環境產生大幅危害，燃燒產生的有毒物質更會影響後代子孫的健康。

由於石油能源末日將至，替代性的塑膠為一發展趨勢，其中，聚乳酸(Poly Lactic Acid,PLA)，號稱「生物塑膠」，利用生物原料來源的塑膠產品更是主流開發材料。但目前聚乳酸(PLA)雖具有生物可分解性的優勢，但耐熱性、機械強度不足，遇熱容易變形，難以取代一般石化泛用塑膠，若應用於拋棄式食物餐具更是限制重重。

為了解決既有聚乳酸(PLA)材料無法具有一定耐熱性或機械強度之種種缺點，本發明為一種生物可分解之聚乳酸複合材料，其包含一聚乳酸50~90wt%、一改質澱粉、一增韌劑0~40wt%、一晶核劑0~5wt%及一耐熱改質 劑0~50wt%，其中：該改質澱粉由一修飾澱粉0.1~40wt%及一聚酯油類0.5~35wt%自然發酵而成；該生物可分解之聚乳酸複合材料耐熱溫度達120℃；及藉由該修飾澱粉及該聚酯油類自然發酵而成的該改質澱粉，增加該修飾澱粉之韌性與結構強度。

其中，該修飾澱粉是醋酸澱粉、乙醯化己二酸澱粉、羥丙基澱粉、羥丙基磷酸二澱粉、辛烯基丁二酸酯澱粉或是乙醯化氧化澱粉；該聚酯油類包含棕櫚油、蓖麻油或椰子油；該增韌劑是多元醇聚酯樹脂、乙烯基樹脂、甲基丙烯酸縮水甘油酯樹脂、聚對苯二甲酸乙二酯、聚對苯二甲酸丁二酯、苯乙烯-馬來酸酐共聚樹脂、熱可塑性聚酯彈性體、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯彈性體或是尼龍12彈性體；該晶核劑是蒙旦酸鈣鹽、蒙旦酸鈉鹽或是滑石粉；以及該耐熱改質劑是苯乙烯-苯基馬來醯亞胺共聚物。

本發明進一步提供一種醫療用生物可吸收縫合線，其係以前述之生物可分解之聚乳酸複合材料所製成。

依據上述說明可知，本發明具有以下優點：

1.本發明因添加發酵後之改質澱粉，使得材料結構強度與韌性增強，提昇本發明之耐熱溫度達120℃，應用於食品餐具或是嬰兒奶瓶時，可耐高溫且不會釋放有毒物質，使用上安全無慮。

2.本發明回收燃燒時，主要添加物聚乳酸與澱粉皆為生物來源材料，燃燒不會產生有毒物質如戴奧辛，主要燃燒產物為水氣，不會造成空氣污染，燃燒後產生的煤瘩主要成份皆為有機物質，更可進一步當做植物、農作物的肥料。

3.既有泛用塑膠回收後無法分解以及燃燒產生污染環境物質等種種缺點，本發明之聚乳酸複合材料可取代既有泛用塑膠達到環境保護並減少碳足跡之功效。

圖1為本發明較佳實施例的製造流程圖。

一種生物可分解之聚乳酸複合材料的製造方法，其步驟包含有：

步驟1：利用一修飾澱粉及一聚酯油類產生一自然發酵反應形成一改質澱粉。其中，該自然發酵反應的反應溫度與反應時間係利用發酵反應之溫度上升判斷，自室溫開始混合該修飾澱粉及該聚酯油類，介於60℃~65℃之間時結束。該發酵反應之目的係為了增加該修飾澱粉之韌性與強度，於後續加工時可使本發明之複合材料之結構增強，韌性增加，以達到耐高溫之特性。

步驟2：將上述該改質澱粉與一聚乳酸共同熔融混練。熔融混練係利用一混練機於溫度170℃~270℃熔融混練。進一步地可於該混練機之側端開口添加一增韌劑、一晶核劑以及一耐熱改質劑於該改質澱粉及該聚乳酸中一同熔融混練。

上述於該混練劑側端開口入料之原因，是由於一般混練機之側端開口多半係設置於混練機之中段，因該混練機原入料端之溫度相對於混練機中段低或是原入料端混練溫度因入料的因素而持續改變，若該增韌劑、該晶核劑以及該耐熱改質劑於原入料端入料可能會因為溫度不足或不均而無法均勻混合，故由混練機中段溫度較高處(混練溫度達平衡處)將該增韌劑、該晶核劑以及該耐熱改質劑投入，可促進混練更加均勻，且因該增韌劑、該晶核劑以及該耐熱改質劑添加量相對該改質澱粉與該聚乳酸少，故自混練機中段處添加不會對混練溫度造成劇烈改變。

步驟3：將混練完成之該改質澱粉、該聚乳酸、該增韌劑、該晶 核劑以及該耐熱改質劑自混練機擠出於水中降溫並進一步除水去濕形成一聚乳酸複合材料母料。該增韌劑、該晶核劑及該耐熱改質劑進一步輔助本發明之聚乳酸複合材料增韌、耐熱以及結晶特性。

步驟4：將該聚乳酸複合材料母料進一步加工成形。一般聚乳酸材料耐熱溫度約60℃，若超過此溫度則產生形變。本發明因添加發酵後之改質澱粉，使得材料結構強度與韌性增強，可提昇耐熱溫度可達120℃。本發明除了可製造一般不需耐熱之物品，如文具、電子用品外殼、拋棄式醫療用具、醫療用生物可吸收縫合線或是嬰兒用品外，本發明可耐熱達120℃，更可應用於食品餐具或是嬰兒奶瓶等需要盛裝高溫食品之用具，本發明之聚乳酸複合材料可耐高溫且不會釋放有毒物質，使用上安全無慮。本發明回收燃燒時，主要添加物聚乳酸與澱粉皆為生物來源材料，燃燒不會產生有毒物質如戴奧辛，主要燃燒產物為水氣，不會造成空氣污染，燃燒後產生的煤瘩主要成份皆為有機物質，更可進一步當做植物、農作物的肥料。

上述之該修飾澱粉添加比例佔該聚乳酸複合材料約為0.1~40wt%，該聚酯油類添加比例佔該聚乳酸複合材料約0.5~35wt%，該修飾澱粉可以是醋酸澱粉(Starch acetate)、乙醯化己二酸澱粉(Acetylated distrach adipate)、羥丙基澱粉(Hydroxypropyl starch)、羥丙基磷酸二澱粉(Hydroxypropyl distarch phosphate)、辛烯基丁二酸酯澱粉(Starch sodium octenyl succinate)或是乙醯化氧化澱粉(Acetylated oxidized starch)，該聚酯油類包含棕櫚油、蓖麻油或椰子油。上述之該增韌劑添加比例佔該聚乳酸複合材料約為0~40wt%，該增韌劑可以是多元醇聚酯樹脂(Polyester polyol)、乙烯基樹脂(Vinyl ester resin)、甲基丙烯酸縮水甘油酯樹脂(Glycol methanlacrylate acrylic resin)、聚對苯二甲酸乙二酯(Polyethylene terephthalate)、聚對苯二甲酸丁二酯(Polybutylene terephthalate)、苯乙烯-馬來酸酐共聚樹脂(Styrene-Maleic Anhydride Copolymer Resin)、熱可塑性 聚酯彈性體(Theromplastic elastomer ester resin)、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯彈性體(Styrene ethylene/butylene styrene elastomer)或是尼龍12彈性體(Polyamide 12 elastomer)。該晶核劑添加比例佔該聚乳酸複合材料約為0~5wt%，該晶核劑可以是蒙旦酸鈣鹽(Calcium soap of montanic acids)、蒙旦酸鈉鹽(Sodium soap of montanic acids)或是滑石粉(Talc)。該耐熱改質劑添加比例佔該聚乳酸複合材料約為0~50wt%，該耐熱改質劑可以是苯乙烯-苯基馬來醯亞胺共聚物(Styrene-phenyl maleimide copolymer)。

本發明第一較佳實施例：

聚乳酸-----------------------65wt%

棕櫚油-----------------------0.5~30wt%

辛烯基丁二酸酯澱粉----------------------10wt%

熱可塑性聚酯彈性體----------------------15wt%

苯乙烯-苯基馬來醯亞胺共聚物-----------------------10wt%

蒙旦酸鈣鹽-----------------------0.5phr

均勻混合辛烯基丁二酸酯澱粉以及聚酯油類進行自然發酵反應，至自然發酵反應的反應溫度達60℃~65℃形成改質澱。將改質澱粉添加至混練機中與聚乳酸一同融熔混練，混練溫度約介於170℃~270℃，混練同時自混練機側端開口將熱可塑性聚酯彈性體、苯乙烯-苯基馬來醯亞胺共聚物以及蒙旦酸鈣鹽加入一起融熔混練。混練完成後將所有材料自混練機擠出至冷卻水中，加以除水去濕後形成聚乳酸複合材料母料，將該聚乳酸複合材料母料進一步造粒成形。

本發明第二較佳實施例：

聚乳酸--------------------65wt%

蓖麻油--------------------0.5~30wt%

乙醯化己二酸澱粉--------------------15wt%

尼龍12彈性體--------------------10wt%

苯乙烯-馬來酸酐共聚樹脂---------------------3wt%

苯乙烯-苯基馬來醯亞胺共聚物---------------------7wt%

蒙旦酸鈣鹽---------------------0.5phr

均勻混合乙醯化己二酸澱粉以及聚酯油類進行自然發酵反應，至自然發酵反應的反應溫度達60℃~65℃形成改質澱粉。將改質澱粉添加至混練機中與聚乳酸一同融熔混練，混練溫度約介於170℃~270℃，混練同時自混練機側段開口將尼龍12彈性體、苯乙烯-馬來酸酐共聚樹脂、苯乙烯-苯基馬來醯亞胺共聚物以及蒙旦酸鈣鹽加入一起融熔混練。混練完成後將所有材料自混練機擠出至冷卻水中，加以除水去濕後形成聚乳酸複合材料母料，將該聚乳酸複合材料母料進一步造粒成形。

藉由上述說明可知，本發明具有以下優點：

1.本發明因添加發酵後之改質澱粉，使得材料結構強度與韌性增強，提昇本發明之耐熱溫度達120℃，應用於食品餐具或是嬰兒奶瓶時，可耐高溫且不會釋放有毒物質，使用上安全無慮。

2.本發明回收燃燒時，主要添加物聚乳酸與澱粉皆為生物來源材料，燃燒不會產生有毒物質如戴奧辛，主要燃燒產物為水氣，不會造成空氣污染，燃燒後產生的煤瘩主要成份皆為有機物質，更可進一步當做植物、農作物的肥料。

3.既有泛用塑膠回收後無法分解以及燃燒產生污染環境物質等種種缺點，本發明之聚乳酸複合材料可取代既有泛用塑膠達到環境保護並減少碳足跡之功效。

Claims (3)

1. 一種生物可分解之聚乳酸複合材料，其包含一聚乳酸50~90wt%、一改質澱粉0.6~75wt%、一增韌劑40wt%以下、一晶核劑5wt%以下及一耐熱改質劑50wt%以下，其中：該改質澱粉由一修飾澱粉及一聚酯油類自然發酵而成，該修飾澱粉佔該聚乳酸複合材料0.1~40wt%及該聚酯油類佔該聚乳酸複合材料0.5~35wt%；該生物可分解之聚乳酸複合材料耐熱溫度達120℃；及藉由該修飾澱粉及該聚酯油類自然發酵而成的該改質澱粉，增加該修飾澱粉之韌性與結構強度。
2. 如申請專利範圍第1項之生物可分解之聚乳酸複合材料，其中：該修飾澱粉是醋酸澱粉、乙醯化己二酸澱粉、羥丙基澱粉、羥丙基磷酸二澱粉、辛烯基丁二酸酯澱粉或是乙醯化氧化澱粉；該聚酯油類包含棕櫚油、蓖麻油或椰子油；該增韌劑是多元醇聚酯樹脂、乙烯基樹脂、甲基丙烯酸縮水甘油酯樹脂、聚對苯二甲酸乙二酯、聚對苯二甲酸丁二酯、苯乙烯-馬來酸酐共聚樹脂、熱可塑性聚酯彈性體、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯彈性體或是尼龍12彈性體；該晶核劑是蒙旦酸鈣鹽、蒙旦酸鈉鹽或是滑石粉；以及該耐熱改質劑是苯乙烯-苯基馬來醯亞胺共聚物。
3. 一種醫療用生物可吸收縫合線，其係以專利申請範圍第1或2項所述之生物可分解之聚乳酸複合材料製成。