TWI779234B - 環保型聚酯模塑組合物及塑膠板材的製作方法 - Google Patents

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Abstract

本發明公開一種環保型聚酯模塑組合物及塑膠板材的製作方法，環保型聚酯模塑組合物包括50至100重量份的不飽和聚酯樹脂、50至250重量份的填充劑、50至200重量份的玻璃纖維以及0.5至10重量份的起始劑，其中起始劑包含高溫起始劑以及中低溫起始劑，其質量比例為0.5-4:1。使用此環保型聚酯模塑組合物製成的塑膠板材，能有效降低所含揮發性有機化合物的逸散速率。

Description

環保型聚酯模塑組合物及塑膠板材的製作方法
本發明涉及一種模塑組合物，特別是涉及一種環保型聚酯模塑組合物，以及使用其的塑膠板材的製作方法。
在森林資源日益枯竭的今日，加上許多國為了保護生態環境而禁止砍伐林木與禁止原木出口，導致原木製品(原木傢俱)的價格居高不下。仿木塑膠製品因為不易腐爛、無傳統木材因風化腐蝕產生異味的缺點且無蛀蟲的問題，近年來已大量取代木材而被使用。仿木塑膠製品顧名思義是指質感、外觀乃至機械性能都接近原木的塑膠製品，常見的應用包括建築材料、裝飾材料和傢俱。
現有技術中有以片狀模塑料(sheet molding compound,SMC)製成的仿木塑膠製品，這類仿木塑膠製品通常需要在不飽和樹脂系統中加入苯乙烯作為架橋劑，以在模壓成型的過程中引發自由基連鎖反應。然而，存在於空氣中的雜質會與自由基結合而中止連鎖反應，以致於苯乙烯很難完全反應掉，而且殘留於塑膠製品中的苯乙烯很容易逸散出來，對人體健康造成危害。
為了降低苯乙烯的逸散，常見的方法有：添加表膜形成劑以降低苯乙烯的揮發；以及添加高沸點交聯劑(如乙烯基甲苯)來替代苯乙烯。然而，苯乙烯相較其他高沸點交聯劑對於不飽和樹脂系統有更好的適用性；此外，表膜形成劑與高沸點交聯劑的添加會增加製造成本，不符合經濟效益。
本發明所要解決的技術問題在於，針對現有技術的不足提供一種環保型聚酯模塑組合物，以及使用此環保型聚酯模塑組合物的塑膠板材的製作方法。
為了解決上述的技術問題，本發明所採用的其中一技術方案是，提供一種環保型聚酯模塑組合物，其包括50至100重量份的不飽和聚酯樹脂、50至250重量份的填充劑、50至200重量份的玻璃纖維以及0.5至10重量份的起始劑。所述起始劑包含高溫起始劑以及中低溫起始劑，其質量比例為0.5-4：1，其中所述高溫起始劑選自過氧化二異丙苯基、過氧化苯甲酸三級丁酯、過氧化苯甲酸叔戊酯以及2,5-二甲基-2,5,-雙-(過氧叔丁基)己烷中的至少一種，且所述中低溫起始劑選自二苯甲醯過氧化物以及1,1-雙(叔丁基過氧化物)-3,3,5-三甲基環己烷中的至少一種。
在本發明的一實施例中，所述高溫起始劑與所述中低溫起始劑的質量比例為1.6：1。
在本發明的一實施例中，所述高溫起始劑為過氧化苯甲酸三級丁酯，且所述中低溫起始劑為1,1-雙(叔丁基過氧化物)-3,3,5-三甲基環己烷。
在本發明的一實施例中，所述不飽和聚酯樹脂具有如下式所示的結構：S-G-U-G-S-G-U-G-U-G-S；S表示飽和酸；G表示二元醇；U表示不飽和酸。
在本發明的一實施例中，所述不飽和聚酯樹脂具有介於3,000至15,000之間的分子量。
在本發明的一實施例中，所述填充劑為無機填料，其選自滑石粉，雲母粉、矽酸鈣、碳酸鈣、硫酸鋇、三氧化二鋁及玻璃纖維中的至少一 種。
如申請專利範圍第1項所述的環保型聚酯模塑組合物，其中所述玻璃纖維的長度為0.5公分至5公分。
在本發明的一實施例中，所述環保型聚酯模塑組合物還包括20至70重量份的添加劑，其選自聚合抑制劑、低收縮劑、增黏劑、脫模劑及色料中的至少一種。
為了解決上述的技術問題，本發明所採用的另外一技術方案是，提供一種塑膠板材的製作方法，其包括將一具有前述組成成分和用量配比的環保型聚酯模塑組合物充分混合，以形成一纖維強化樹脂材料；以及將所述纖維強化樹脂材料模壓成型為一塑膠板材，模壓溫度為130℃至150℃；其中，所述塑膠板材的苯乙烯逸散速率為45μg/m2×hr。
在本發明的一實施例中，所述塑膠板材的製作方法還包括對所述塑膠板材進行外觀修整及塗膠。
本發明的其中一有益效果在於，本發明的環保型聚酯模塑組合物，其能通過“起始劑包含高溫起始劑以及中低溫起始劑，其質量比例為0.5-4：1，其中高溫起始劑選自過氧化二異丙苯基、過氧化苯甲酸三級丁酯、過氧化苯甲酸叔戊酯以及2,5-二甲基-2,5,-雙-(過氧叔丁基)己烷中的至少一種，且中低溫起始劑選自二苯甲醯過氧化物以及1,1-雙(叔丁基過氧化物)-3,3,5-三甲基環己烷中的至少一種”的技術方案，以有效降低所含揮發性有機化合物的逸散速率，特別是苯乙烯的逸散速率符合美國加州第65號法案所要求的標準(低於27微克/天)。
為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與圖式，然而所提供的圖式僅用於提供參考與說明，並非用來對本發明加以限制。
100:連續式生產設備
101:混合裝置
102:塗佈裝置
103:裁切裝置
104:壓合裝置
105:收料裝置
106:成型裝置
107:傳送裝置
200:纖維強化樹脂材料
200’:塑膠板材
201:上承載膜
202:下承載膜
圖1為一種用於使用本發明的環保型聚酯模塑組合物來製作塑膠板材的連續式生產設備的功能方塊圖。
圖2為根據本發明的環保型聚酯模塑組合物的塑膠板材的製作過程示意圖。
圖3為根據本發明的環保型聚酯模塑組合物的塑膠板材的結構示意圖。
以下是通過特定的具體實施例來說明本發明所公開有關“環保型聚酯模塑組合物及塑膠板材的製作方法”的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所公開的內容瞭解本發明的優點與效果。本發明可通過其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節也可基於不同觀點與應用，在不悖離本發明的構思下進行各種修改與變更。另外，本發明的附圖僅為簡單示意說明，並非依實際尺寸的描繪，事先聲明。以下的實施方式將進一步詳細說明本發明的相關技術內容，但所公開的內容並非用以限制本發明的保護範圍。
應當可以理解的是，雖然本文中可能會使用到“第一”、“第二”、“第三”等術語來描述各種元件或者信號，但這些元件或者信號不應受這些術語的限制。這些術語主要是用以區分一元件與另一元件，或者一信號與另一信號。另外，本文中所使用的術語“或”，應視實際情況可能包括相關聯的列出項目中的任一個或者多個的組合。
SMC仿木產品(如仿木門)經塗裝處理後可具有木質材料的質感和外觀，而可用來替代原木產品以節約森林資源。因此，本發明提供一種可作為SMC材料的環保型聚酯模塑組合物，使用其製成的仿木產品，能有效降 低所含揮發性有機化合物的逸散速率，特別是苯乙烯的逸散速率符合美國加州第65號法案所要求的標準(低於27微克/天)。本發明的環保型聚酯模塑組合物，其主要包括：50至100重量份(PHR)的不飽和聚酯樹脂(unsaturated polyester)、50至250重量份的填充劑、50至200重量份的玻璃纖維及0.5至10重量份的起始劑。
進一步而言，不飽和聚酯樹脂作為模塑組合物的基礎成分，其可為飽和酸、不飽和酸與二元醇反應聚合而成。飽和酸可舉出鄰苯二甲酸酐(ortho-phthalic anhydride)、間苯二甲酸(isophthalic acid)、對苯二甲酸(terephthalic acid)及己二酸(adipic acid)；不飽和酸可舉出馬來酸酐(maleic anhydride)及富馬酸(fumaric acid)；二元醇可舉出丙二醇、二丙二醇、乙二醇、二乙二醇、新戊二醇及雙酚A(bisphenol A)。
在本實施例中，不飽和聚酯樹脂的含量可為60重量份、70重量份、80重量份或90重量份。不飽和聚酯樹脂具有如下式所示的結構：S-G-U-G-S-G-U-G-U-G-S；S表示飽和酸；G表示二元醇；U表示不飽和酸。不飽和聚酯樹脂具有介於3,000至15,000之間的分子量。使用時，可於不飽和聚酯樹脂中加入甲基丙烯酸甲酯或苯乙烯單體，其可作為溶劑，以及在架橋反應時作為架橋劑，使不飽和聚酯樹脂形成三維結構的熱固性材料。
填充劑的添加有助於提高塑膠成型品的結構強度與降低成本，填充劑為無機填料，其可選自滑石粉，雲母粉、矽酸鈣、碳酸鈣、硫酸鋇、三氧化二鋁及玻璃纖維中的至少一種；若考慮到塑膠成型品的耐濕性，填充劑可選用碳酸鈣。在本實施例中，填充劑以顆粒的形式存在，且具有介於1微米至10微米之間的平均粒徑；填充劑的含量可為60重量份、70重量份、80重量份、90重量份、100重量份、110重量份、120重量份、130重量份、140重量份、150重量份、160重量份、170重量份、180重量份、190重量份、200重量 份、210重量份、220重量份、230重量份或240重量份。
玻璃纖維的添加有助於改善塑膠成型品的機械性能，另外也可提供塑膠成型品應用所需的特性，例如耐化學性、耐熱性、耐濕性、良好的隔熱和隔音效果、良好的電絕緣性等。在本實施例中，玻璃纖維的尺寸為0.5公分至5公分；玻璃纖維的含量可為60重量份、70重量份、80重量份、90重量份、100重量份、110重量份、120重量份、130重量份、140重量份、150重量份、160重量份、170重量份、180重量份、190重量份或200重量份。
起始劑的添加有助於增加架橋反應速率，使本發明的環保型聚酯模塑組合物迅速成型。值得注意的是，起始劑包含高溫起始劑及中低溫起始劑，其質量比例為0.5-4：1，優選質量比例為1.6：1；高溫起始劑選自過氧化二異丙苯基、過氧化苯甲酸三級丁酯、過氧化苯甲酸叔戊酯以及2,5-二甲基-2,5,-雙-(過氧叔丁基)己烷中的至少一種，且中低溫起始劑選自二苯甲醯過氧化物以及1,1-雙(叔丁基過氧化物)-3,3,5-三甲基環己烷中的至少一種。藉此，能有效降低塑膠成型品所含揮發性有機化合物的逸散速率，特別是苯乙烯逸散速率為45μg/m2×hr，可滿足美國及歐盟法規環保的要求。在一些實施例中，高溫起始劑與中低溫起始劑的質量比例為2：1或2.5：1。
本發明的環保型聚酯模塑組合物，視需要可包含至少一種添加劑，其含量可為20重量份至70重量份，且可選自聚合抑制劑、低收縮劑、增黏劑、脫模劑及色料中的至少一種。進一步而言，聚合抑制劑的含量可為0至5重量份，聚合抑制劑可防止不飽和聚酯樹脂發生預先架橋。低收縮劑的含量可為10重量份至50重量份，低收縮劑可防止模塑組合物於成型時發生收縮形變；低收縮劑可為熱可塑性塑膠如壓克力、聚乙烯或聚苯乙烯。增黏劑的含量可為1重量份至10重量份，增黏劑可使模塑組合物達到適合加工(如模壓)的黏性；增黏劑可為金屬的氧化物或氫氧化物，如氧化鎂、氧化鈣、氫氧化鎂 或氫氧化鈣。脫模劑的含量可為1重量份至10重量份，脫模劑可使塑膠成型品容易從模具上完全脫離；脫模劑可為硬脂酸鹽如硬脂酸鈣或硬脂酸鋅。色料可使塑膠成型品具有所需的顏色；色料可為有機或無機色料，具體可舉出：二氧化鈦、氧化鋅、碳黑、鎘黃(cadmium yellow)、鉻黃(chrome yellow)、鈦黃、聯苯胺黃G、聯苯胺黃10G、鎘紅等。然而，這些細節只是本實施例所提供可行的實施方式，而並非用以限定本發明。
參閱圖1至圖3所示，本發明的環保型聚酯模塑組合物可通過一連續式生產設備100以製成一塑膠板材200’，連續式生產設備100主要包括混合裝置101、塗佈裝置102、裁切裝置103、壓合裝置104、收料裝置105及成型裝置106，而被加工物可通過傳送裝置107傳送於這些裝置之間。
進一步而言，模塑組合物中除玻璃纖維之外的必要成分，可在混合裝置101中按照預定的用量比例充分混合。所得到的混合配料可通過塗佈裝置102塗佈於承載膜(如耐龍膜或聚乙烯膜)上，在本實施例中是以上承載膜201與下承載膜202分別攜帶至少一部分的混合配料，如圖2所示；且裁切裝置103可將玻璃纖維裁切成所需要的尺寸後，再以適當的方式(如撒佈)均勻提供於混合配料。然後，上、下承載膜201、202連同其所攜帶的混合配料和玻璃纖維可通過壓合裝置104，以在適當壓力(如20psi)的壓合作用下使玻璃纖維完全含浸於混合配料中，形成纖維強化樹脂材料200，厚度約為1.5-2.5mm。收料裝置105可以預定速率(如4-20M/min)引取纖維強化樹脂材料200並收捲成卷料，或者，可將纖維強化樹脂材料200置於儲料桶(圖中未顯示)中。最後，可通過成型裝置106將適量的纖維強化樹脂材料200成型為一塑膠板材200’。
值得注意的是，成型裝置106是對纖維強化樹脂材料200進行模壓成型，而在預定的高溫起始劑與中低溫起始劑的存在下，模壓溫度須控制在130℃至150℃之間。此外，根據實際需要，可對塑膠板材200’進行後加工， 如外觀修整、塗膠、組裝等，以完成仿木產品的製作。以仿木門產品為例，可在模壓成型的塑膠板材200’上結合木條或塑膠發泡材，並在內部填充PU泡棉以表現出厚實感；此外，模具上可具有木質紋路，而模壓成型的塑膠板材200’經塗裝後，可以表現出原木的紋理和深淺立體的真實色澤。
基於前述的內容，本發明還提供一種塑膠板材的製作方法，其先將一具有前述組成成分和用量配比的環保型聚酯模塑組合物充分混合，以形成一纖維強化樹脂材料200，再將纖維強化樹脂材料200模壓成型為一塑膠板材200’，模壓溫度為130℃至150℃。值得注意的是，測試結果顯示塑膠板材200’的苯乙烯逸散速率為45μg/m2×hr。
[實驗例1]
環保型聚酯模塑組合物包括60重量份的不飽和聚酯樹脂、150重量份的碳酸鈣作為填充劑、60重量份的玻璃纖維、0.5至10重量份的起始劑以及60重量份的添加劑。實驗例中高溫起始劑選用過氧化苯甲酸三級丁酯，中低溫起始劑選用1,1-雙(叔丁基過氧化物)-3,3,5-三甲基環己烷，其質量比例為2：1；模壓溫度為135℃至145℃。依ASTM D5116標準方法，並以氣相層析質譜進行檢測，得到苯乙烯的逸散速率為1320μg/m2×hr，推估苯乙烯的人體日平均吸收劑量(Lifetime Average Daily Dose,LADD)為700-800微克/天。添加劑可選自聚合抑制劑、低收縮劑、增黏劑、脫膜劑及色料中的至少一種。
[實驗例2]
環保型聚酯模塑組合物的成分和用量比例同實驗例1，差別在於高溫起始劑選用過氧化苯甲酸三級丁酯，中低溫起始劑選用1,1-雙(叔丁基過氧化物)-3,3,5-三甲基環己烷，其質量比例為2.5：1；模壓溫度為135℃至145℃。依ASTM D5116標準方法，並以氣相層析質譜進行檢測，得到苯乙烯的逸散速率為228μg/m2×hr，推估苯乙烯的LADD為134.1微克/天。
[實驗例3]
環保型聚酯模塑組合物的成分和用量比例同實驗例1，差別在於高溫起始劑選用過氧化苯甲酸三級丁酯，中低溫起始劑選用1,1-雙(叔丁基過氧化物)-3,3,5-三甲基環己烷，其質量比例為1.6：1；模壓溫度為137℃至145℃。依ASTM D5116標準方法，並以氣相層析質譜進行檢測，得到苯乙烯的逸散速率為30μg/m2×hr，推估苯乙烯的LADD為15-25微克/天。
[實驗例4]
環保型聚酯模塑組合物的成分和用量比例同實驗例1，差別在於高溫起始劑選用過氧化苯甲酸三級丁酯，中低溫起始劑選用1,1-雙(叔丁基過氧化物)-3,3,5-三甲基環己烷，其質量比例為1.6：1；模壓溫度為137℃至145℃，且模壓時間增加30%。依ASTM D5116標準方法，並以氣相層析質譜進行檢測，得到苯乙烯的逸散速率為12μg/m2×hr，推估苯乙烯的LADD為10-15微克/天。
[實施例的有益效果]
本發明的其中一有益效果在於，本發明的環保型聚酯模塑組合物，其能通過“起始劑包含高溫起始劑以及中低溫起始劑，其質量比例為0.5-4：1，其中高溫起始劑選自過氧化二異丙苯基、過氧化苯甲酸三級丁酯、過氧化苯甲酸叔戊酯以及2,5-二甲基-2,5,-雙-(過氧叔丁基)己烷中的至少一種，且中低溫起始劑選自二苯甲醯過氧化物以及1,1-雙(叔丁基過氧化物)-3,3,5-三甲基環己烷中的至少一種”的技術方案，以有效降低所含揮發性有機化合物的逸散速率，特別是苯乙烯的逸散速率符合美國加州第65號法案所要求的標準(低於27微克/天)。
更進一步地說，本發明的塑膠板材的製作方法，其將可作為SMC材料的環保型聚酯模塑組合物模壓成型，不同於現有的纖維強化塑膠材料常 用的人工積層法工藝，兩者的差異如表1所示。又使用本發明的環保型聚酯模塑組合物製成的塑膠板材，其質感、外觀和機械性能(如機械強度高、變形率低等)都接近原木，且廢料可以回收再利用，兼具環保和經濟效益。
Figure 108133172-A0305-02-0012-1
以上所公開的內容僅為本發明的優選可行實施例，並非因此侷限本發明的申請專利範圍，所以凡是運用本發明說明書及圖式內容所做的等效技術變化，均包含於本發明的申請專利範圍內。
200’:塑膠板材

Claims (6)

  1. 一種環保型聚酯模塑組合物，其包括：50至100重量份的不飽和聚酯樹脂；50至250重量份的填充劑，所述填充劑選自滑石粉、雲母粉、矽酸鈣、碳酸鈣、硫酸鋇及三氧化二鋁的至少一種；50至200重量份的玻璃纖維，所述玻璃纖維的長度為0.5微米至5微米；以及0.5至10重量份的起始劑，所述起始劑包含高溫起始劑以及中低溫起始劑，其質量比例為1.6：1，其中所述高溫起始劑為過氧化苯甲酸三級丁酯，且所述中低溫起始劑為1,1-雙(叔丁基過氧化物)-3,3,5-三甲基環己烷；其中所述環保型聚酯模塑組合物配合的模壓溫度為130℃至150℃。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的環保型聚酯模塑組合物，其中所述不飽和聚酯樹脂具有如下式所示的結構：S-G-U-G-S-G-U-G-U-G-S；S表示飽和酸；G表示二元醇；U表示不飽和酸。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的環保型聚酯模塑組合物，其中所述不飽和聚酯樹脂具有介於3,000至15,000之間的分子量。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的環保型聚酯模塑組合物，其還包括20至70重量份的添加劑，其選自聚合抑制劑、低收縮劑、增黏劑、脫模劑及色料中的至少一種。
  5. 一種塑膠板材的製作方法，其包括： 將一如申請專利範圍第1項所述的環保型聚酯模塑組合物充分混合，以形成一纖維強化樹脂材料；以及將所述纖維強化樹脂材料模壓成型為一塑膠板材，模壓溫度為130℃至150℃；其中，所述塑膠板材的苯乙烯逸散速率為45μg/m2×hr。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的塑膠板材的製作方法，其還包括對所述塑膠板材進行外觀修整及塗膠。
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