TWI805503B - 耐熱餐具的製造方法及耐熱餐具成型品 - Google Patents
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Abstract
本發明公開一種耐熱餐具的製造方法及耐熱餐具成型品。耐熱餐具的製造方法包含：提供一聚酯複合材料，其包含：50wt%至85wt%的聚乙烯對苯二甲酸乙二酯、0wt%至5wt%的有機成核劑、及10wt%至30wt%的無機成核劑；以及將所述聚酯複合材料以一射出成型加工方式注入一模具內、並控制所述模具的一模具溫度不小於110°C以及控制所述聚酯複合材料在所述模具中的一結晶度介於20%至40%間，以使得所述聚酯複合材料在所述模具中成型為一耐熱餐具成型品。所述耐熱餐具成型品具有不小於150°C的一熱變形溫度。
Description
本發明涉及一種餐具的製造方法，特別是涉及一種耐熱餐具的製造方法及耐熱餐具成型品。
美耐皿餐具是使用三聚氰胺-甲醛樹脂製成的餐具，但美耐皿餐具在40℃左右，就會釋放出有毒物質三聚氰胺（melamine），而有食用安全的問題，危害人體健康。
聚乙烯對苯二甲酸乙二酯（polyethylene terephthalate，PET）為無毒塑料，其使用時，溫度可達140℃，且已被廣泛使用於盛裝水或飲料的容器。台灣專利號TWI711668B提出一種低比重PET複合材料之用途。該複合材料採用聚乙烯對苯二甲酸乙二酯搭配聚對苯二甲酸丁二酯（polybutylene terephthalate，PBT）。該複合材料適用於以射出成型加工的方式製作出兼具美觀及食用安全的餐具。
惟，以該專利技術製作出來的餐具具有較低的熱變形溫度。該專利技術說明書表1實施例1~4顯示餐具的熱變形溫度皆小於100℃。若要提升餐具的熱變形溫度，該餐具需以再加工的方式才能使熱變形溫度大於100℃。再者，該專利技術使用的無機填料最多至10wt%，該餐具雖具有陶瓷光澤，但不具有陶瓷的厚實感。又，添加過多無機填料會使餐具的機械強度不足。
於是，本發明人有感上述缺陷可改善，乃特潛心研究並配合科學原理的運用，終於提出一種設計合理且有效改善上述缺陷的本發明。
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耐熱餐具的製造方法及耐熱餐具成型品，其能改善餐具的熱變形溫度不足的問題。
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，提供一種耐熱餐具的製造方法，其包括：提供一聚酯複合材料；其中，基於所述聚酯複合材料的總重為100wt%，所述聚酯複合材料包含：50wt%至85wt%的聚乙烯對苯二甲酸乙二酯（polyethylene terephthalate，PET）、0wt%至5wt%的有機成核劑、及10wt%至30wt%的無機成核劑；以及將所述聚酯複合材料以一射出成型加工方式注入一模具內、並控制所述模具的一模具溫度不小於110°C以及控制所述聚酯複合材料在所述模具中的一結晶度介於20%至40%間，以使得所述聚酯複合材料在所述模具中成型為一耐熱餐具成型品；並且，所述耐熱餐具成型品具有不小於150°C的一熱變形溫度。
優選地，所述聚酯複合材料中未包含有聚對苯二甲酸丁二酯（polybutylene terephthalate，PBT）。
優選地，所述有機成核劑是選自由：離子鍵聚合物（ionic polymer）、聚酯低聚物的鹼金屬鹽類（alkali metal salt of polyester oligomer）、長鏈線型飽和羧酸鈉鹽（long-chain linear saturated carboxylic acid sodium salt）、長鏈線型飽和羧酸鈣鹽（long-chain linear saturated carboxylic acid calcium salt）、長鏈線型飽和芳香族羧酸金屬鈉鹽（long-chain linear saturated aromatic carboxylic acid metal sodium salt）、及長鏈線型飽和芳香族羧酸金屬鎂鹽（long-chain linear saturated aromatic carboxylic acid metal magnesium salt），所組成的材料群組的至少其中之一。
優選地，所述無機成核劑是選自由：滑石粉（talc）、硫酸鋇（barium sulfate）、碳酸鈣（calcium carbonate）、及矽酸鈣（calcium silicate），所組成的材料群組的至少其中之一；其中，所述無機成核劑具有介於0.1微米至5微米的一平均粒徑。
優選地，所述聚酯複合材料是在所述模具中僅經過一次熱處理，即形成為具有不小於150°C的所述熱變形溫度的所述耐熱餐具成型品。
優選地，在所述聚酯複合材料在所述模具中成型為所述耐熱餐具成型品後，所述製造方法進一步包含：將所述耐熱餐具成型品自所述模具中取出；其中，所述耐熱餐具成型品的至少95wt%的複合材料未沾黏或殘留於所述模具上。
優選地，所述聚酯複合材料進一步包含：0.1wt%至0.5wt%的一抗氧化劑以及0.1wt%至1.0wt%的一加工助劑。
優選地，所述抗氧化劑是選自由：四(3,5-二叔丁基-4-羥基)苯丙酸季戊四醇酯（tetrakis (3,5-di-tert-butyl-4-hydroxy) pentaerythritol phenylpropionate）、三(2,4-二叔丁基)亞磷酸苯酯（tris (2,4-di-tert-butyl) phenyl phosphite）、及3-(3,5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸正十八烷醇酯（3-(3,5-di-tert-butyl- 4-hydroxyphenyl) octadecyl propionate），所組成的材料群組的至少其中之一。
優選地，所述加工助劑是選自由：乙烯雙硬脂醯胺（ethylene bis-stearylamide，EBS）、芥酸醯胺（erucamide）、聚乙烯蠟（polyethylene wax）、石蠟（paraffin wax）、硬脂酸（stearic acid）、硬脂酸鋅（zinc stearate）、硬脂酸鈣（calcium stearate）、及聚二甲基矽氧烷（polydimethylsiloxane），所組成的材料群組的至少其中之一。
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，提供一種耐熱餐具成型品，其由如上所述的耐熱餐具的製造方法所形成，其中，所述耐熱餐具成型品具有介於20%至40%之間的所述結晶度及不小於150°C的所述熱變形溫度。
本發明的有益效果在於，本發明耐熱餐具製造方法主要特點在於，提升無機成核劑的用量至10wt%至30wt%（優選15wt%至20wt%），其可以在全使用PET樹脂且在不使用PBT樹脂的條件下，利用高的模具溫度進行射出成型（如：使用不小於110°C的模具溫度）並且搭配控制聚酯複合材料的結晶度，以使最終成型的耐熱餐具成型品僅需要通過具有所述模具溫度的模具的一次熱處理，即可具有較高的熱變形溫度（如：不小於150°C）。
進一步地說，本發明實施例的耐熱餐具的製造方法相對於現有技術（台灣專利號TWI711668B）提升無機成核劑的用量可以輔助PET樹脂的結晶速率加快，從而取代現有技術中PBT配方的功用。再者，本發明實施例的耐熱餐具的製造方法能有利於所述聚酯複合材料適用在高的模具溫度下成型而不會沾黏在模具上。由於適度提升無機成核劑的用量可以適度降低PET樹脂的用量，從而解決PET樹脂沾黏或殘留於所述模具中的問題。也就是說，所述耐熱餐具成型品在上述模具溫度下成型後可以不會沾黏或殘留於所述模具中，其可以自模具中完整地取出。又，高的模具溫度將有利提升耐熱餐具成型品的結晶度。藉此，最終成型的耐熱餐具成型品能僅需要通過具有所述模具溫度的模具的一次熱處理即可具有較高的熱變形溫度（如：不小於150°C）及硬度。
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。
以下是通過特定的具體實施例來說明本發明所公開的實施方式，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。
[耐熱餐具的製造方法]
請參閱圖1所示，本發明實施例提供一種耐熱餐具的製造方法。所述耐熱餐具的製造方法包含有步驟S110、步驟S120、及步驟S130。
所述步驟S110包含：提供一聚酯複合材料（polyester composite material）。所述聚酯複合材料包含：聚乙烯對苯二甲酸乙二酯（polyethylene terephthalate，PET）、一有機成核劑（organic nucleating agent）、及一無機成核劑（inorganic nucleating agent）。
基於所述聚酯複合材料的總重為100wt%，所述聚乙烯對苯二甲酸乙二酯的含量範圍是介於50wt%至85wt%之間，所述有機成核劑的含量範圍是介於0wt%至5wt%之間，並且所述無機成核劑的含量範圍是介於10wt%至30wt%之間。在本發明的一優選實施例中，所述聚乙烯對苯二甲酸乙二酯的含量範圍是介於75wt%至85wt%之間，所述有機成核劑的含量範圍是介於0wt%至3wt%之間，並且所述無機成核劑的含量範圍是介於15wt%至20wt%之間，但本發明不受限於此。
在本發明的一優選實施例中，所述聚酯複合材料中未包含有聚對苯二甲酸丁二酯（polybutylene terephthalate，PBT），但本發明不受限於此。
在材料種類方面，所述聚乙烯對苯二甲酸乙二酯具有介於1.35 g/cm
3至1.40 g/cm
3的一相對密度（relative density）、介於245°C至260°C之間的一熔點（melting point）、及介於0.65 dL/g至1.01 dL/g之間的一特性黏度（intrinsic viscosity，IV）。
所述有機成核劑是選自由：離子鍵聚合物（ionic polymer）、聚酯低聚物的鹼金屬鹽類（alkali metal salt of polyester oligomer）、長鏈線型飽和羧酸鈉鹽（long-chain linear saturated carboxylic acid sodium salt）、長鏈線型飽和羧酸鈣鹽（long-chain linear saturated carboxylic acid calcium salt）、長鏈線型飽和芳香族羧酸金屬鈉鹽（long-chain linear saturated aromatic carboxylic acid metal sodium salt）、及長鏈線型飽和芳香族羧酸金屬鎂鹽（long-chain linear saturated aromatic carboxylic acid metal magnesium salt），所組成的材料群組的至少其中之一。
所述無機成核劑是選自由：滑石粉（talc）、硫酸鋇（barium sulfate）、碳酸鈣（calcium carbonate）、及矽酸鈣（calcium silicate），所組成的材料群組的至少其中之一。在本發明的一優選實施例中，所述無機成核劑具有介於0.1微米至5微米的一平均粒徑。在本發明的一特優選實施例中，所述無機成核劑具有介於1微米至3微米的所述平均粒徑，但本發明不受限於此。
在本發明的一優選實施例中，所述聚酯複合材料進一步包含：0.1wt%至0.5wt%的一抗氧化劑（antioxidant）以及0.1wt%至1.0wt%的一加工助劑（processing aids）。
所述抗氧化劑是選自由：四(3,5-二叔丁基-4-羥基)苯丙酸季戊四醇酯（tetrakis (3,5-di-tert-butyl-4-hydroxy) pentaerythritol phenylpropionate）、三(2,4-二叔丁基)亞磷酸苯酯（tris (2,4-di-tert-butyl) phenyl phosphite）、及3-(3,5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸正十八烷醇酯（3-(3,5-di-tert-butyl- 4-hydroxyphenyl) octadecyl propionate），所組成的材料群組的至少其中之一。
所述加工助劑是選自由：乙烯雙硬脂醯胺（ethylene bis-stearylamide，EBS）、芥酸醯胺（erucamide）、聚乙烯蠟（polyethylene wax）、石蠟（paraffin wax）、硬脂酸（stearic acid）、硬脂酸鋅（zinc stearate）、硬脂酸鈣（calcium stearate）、及聚二甲基矽氧烷（polydimethylsiloxane），所組成的材料群組的至少其中之一。
所述步驟S120包含：將所述聚酯複合材料以一射出成型（injection molding）加工方式注入一模具內、並控制所述模具的一模具溫度不小於110°C（優選介於110°C至140°C）以及控制所述聚酯複合材料在所述模具中的一結晶度介於20%至40%間（優選介於25%至40%），以使得所述聚酯複合材料在所述模具中成型為一耐熱餐具成型品。根據上述製造方法，所述耐熱餐具成型品能具有不小於150°C的一熱變形溫度（heat distortion temperature）。
在本發明的一優選實施例中，所述聚酯複合材料是先通過一雙螺桿押出機將不同材料進行混摻，而後押出及造粒。接著，呈粒狀的所述聚酯複合材料才進一步通過射出成型加工方式注入所述模具內，以形成為所述耐熱餐具成型品。
值得一提的是，所述聚酯複合材料是在所述模具中僅經過一次熱處理，即形成為具有不小於150°C的熱變形溫度的耐熱餐具成型品。也就是說，所述耐熱餐具成型品僅需要經過一次熱處理，並不需要經過二次熱處理，即可以具有理想的熱變形溫度。
所述步驟S130包含：將所述耐熱餐具成型品自所述模具中取出。值得一提的是，根據本發明實施例所提供的技術方案，所述耐熱餐具成型品的至少95wt%的複合材料未沾黏或殘留於所述模具上。也就是說，所述耐熱餐具成型品可以大致上完整地自所述模具中取出。
根據本發明上述實施例所提供的技術方案，本發明實施例具有以下的技術效果。
本發明實施例耐熱餐具的製造方法主要是通過聚酯複合材料的配方調整搭配控制模具溫度及聚酯複合材料的結晶度，以使得最終成型的耐熱餐具成型品具有較高的熱變形溫度。
在配方方面，聚酯複合材料主要是採用聚乙烯對苯二甲酸乙二酯（PET）做為耐熱餐具的基質材料，並且添加無機成核劑，另選擇性地添加有機成核劑。
更具體地說，本發明實施例耐熱餐具製造方法主要特點在於，提升無機成核劑的用量至10wt%至30wt%（優選15wt%至20wt%），其可以在全使用PET樹脂且在不使用PBT樹脂的條件下，利用高的模具溫度進行射出成型（如：使用不小於110°C的模具溫度）並且搭配控制聚酯複合材料的結晶度，以使最終成型的耐熱餐具成型品僅需要通過具有所述模具溫度的模具的一次熱處理，即可具有較高的熱變形溫度（如：不小於150°C）。
進一步地說，本發明實施例的耐熱餐具的製造方法相對於現有技術（台灣專利號TWI711668B）提升無機成核劑的用量可以輔助PET樹脂的結晶速率加快，從而取代現有技術中PBT配方的功用。再者，本發明實施例的耐熱餐具的製造方法能有利於所述聚酯複合材料適用在高的模具溫度下成型而不會沾黏在模具上。由於適度提升無機成核劑的用量可以適度降低PET樹脂的用量，從而解決PET樹脂沾黏或殘留於所述模具中的問題。也就是說，所述耐熱餐具成型品在上述模具溫度下成型後可以不會沾黏或殘留於所述模具中，其可以自模具中完整地取出。又，高的模具溫度將有利提升耐熱餐具成型品的結晶度。藉此，最終成型的耐熱餐具成型品能僅需要通過具有所述模具溫度的模具的一次熱處理即可具有較高的熱變形溫度（如：不小於150°C）及硬度。
本發明實施例的耐熱餐具的製造方法，控制所述聚酯複合材料在模具中的結晶度介於20%至40%間，才可以使得耐熱餐具成型品具有較佳的硬度及熱變形溫度。
需說明的是，在本文中提及的聚酯複合材料的結晶度（degree of crystallinity）是指聚合物中的結晶部分占全部聚合物的比例，用公式表示為：結晶度=結晶部分/(結晶部分+非結晶部分)。結晶度的分析方法可以利用差示掃描量熱法（Differential scanning calorimetry，DSC）。本發明實施例的DSC分析條件為：升溫→降溫；0℃→300℃，20℃/min；300℃→0℃，20℃/min。本發明實施例的聚酯複合材料在進行射出成型加工前以DSC測試需具有以下的結晶參數值：介於190℃至220℃的結晶峰溫度（crystal peak temperature）、介於30℃至42℃的過冷度ΔTc、介於190℃至220℃的结晶峰半高宽（half-peak breadth of Crystal temperature），以適用於在高的模具溫度下成型。
值得一提的是，在現有技術（台灣專利號TWI711668B）中，耐熱餐具的製造方法並未公開也不具教示可以公開“控制所述模具的一模具溫度不小於110°C”的技術內容，理由為將上述現有技術PET搭配PBT的配方在高於80°C以上的模具溫度條件下加熱，PET及PBT等樹脂材料會容易沾黏在模具中，以致於餐具在成形後無法輕易脫離模具。
在所述聚酯複合材料中，所述無機成核劑的含量範圍需落在10wt%至30wt%之間（優選15wt%至20wt%），其在輔助PET樹脂的結晶速率加快的表現上才可以有增益的效果。
若所述無機成核劑的含量低於上述含量範圍的下限值（如：低於10wt%），則所述無機成核劑無法有效地輔助加快PET樹脂的結晶速率，也無法使所述聚酯複合材料可以在全使用PET樹脂且在不使用PBT樹脂的條件下，利用高的模具溫度進行射出成型。若所述無機成核劑的含量高於上述含量範圍的上限值（如：高於30wt%），則所述耐熱餐具成型品的成型效果以及物性可能會由於無機材料的含量過高而受到影響。
再者，所述無機成核劑的粒徑範圍需落在0.1微米至5微米之間（優選介於1微米至3微米之間）。介於上述粒徑範圍的無機成核劑將有利於提升PET樹脂的結晶速率。
在所述聚酯複合材料中，所述有機成核劑的含量範圍需落在0wt%至5wt%之間（優選落在0wt%至3wt%之間）。也就是說，所述有機成核劑可以選擇性地添加或不添加，並且儘管有添加，其含量不超過5wt%。所述聚酯複合材料於模具中的結晶度可隨有機成核劑的含量的增加而增加，但有機成核劑的添加量超過5wt%以上，其對於聚酯複合材料的結晶度即不會有顯著地提升。
整體而言，本發明實施例的耐熱餐具的製造方法，在PET樹脂中導入10wt%至30wt%的無機成核劑（如：滑石粉、硫酸鋇、碳酸鈣、矽酸鈣），並且搭配結晶性的控制，所述耐熱餐具成型品的缺口衝擊強度、拉伸強度、彎曲強度等機械性能不衰退，並且有助於提升樹脂材料的加工流動性及射出成型性。通過射出加工條件的調整可使所述耐熱餐具成型品具有高的熱變形溫度，且所述耐熱餐具成型品可以應用於微波爐及高溫蒸煮的耐熱餐具。
本發明實施例的聚酯複合材料適用於採射出成型加工，一步加工方式，耐熱餐具成型品的熱變形溫度可大於150°C，該耐熱餐具成型品不需經過二次熱處理，大幅地縮短了加工的時間。另外，本發明實施例耐熱餐具成型品所採用的高分子材料可以全部為PET樹脂，因此其有助於日後的回收及再利用。
[實驗數據測試]
以下參照實施例1至2以及比較例1至3詳細說明本發明之內容。然而，以下實施例僅作為幫助了解本發明，本發明的保護範圍並不限於這些實施例。
實施例1：參照表1的聚酯複合材料配方製作餐具成型品，聚酯複合材料包含84.3wt%的PET、15wt%的滑石粉（無機成核劑）、0.15wt%的抗氧化劑（實施例1採用四(3,5-二叔丁基-4-羥基)苯丙酸季戊四醇酯/三(2,4-二叔丁基)亞磷酸苯酯=1/1）、0.4wt%的加工助劑（實施例1採用聚乙烯蠟）。聚酯複合材料未包含PBT及有機成核劑。調配的聚酯複合材料，經過雙螺桿押出機擠出、造粒及乾燥，接著，在射出成型的模具溫度控制在110℃，聚酯複合材料在模具中的結晶度控制在20%~40%，以射出成型加工製成餐具成型品。在室溫下，測試所製得的餐具的物性，測試結果如表1所示。
實施例2：參照表1的聚酯複合材料配方製作餐具成型品，聚酯複合材料包含78.3wt%的PET、15wt%的硫酸鋇（無機成核劑）、3wt%的滑石粉（無機成核劑）、1.15wt%的有機成核劑（實施例2採用離子鍵聚合物）、0.15wt%的抗氧化劑（實施例2採用四(3,5-二叔丁基-4-羥基)苯丙酸季戊四醇酯/三(2,4-二叔丁基)亞磷酸苯酯=1/1）、0.4wt%的加工助劑（實施例2採用聚乙烯蠟）、及2wt%的增韌劑（實施例2採用乙烯-丙烯酸甲酯-烯酸缩水酯的三元共聚物）。聚酯複合材料未包含PBT。調配的聚酯複合材料，經過雙螺桿押出機擠出、造粒及乾燥，接著，在射出成型的模具溫度控制在110℃，聚酯複合材料在模具中的結晶度控制在20%~40%，以射出成型加工製成餐具成型品。在室溫下，測試所製得的餐具的物性，測試結果如表1所示。
比較例1：參照表1的聚酯複合材料配方製作餐具成型品，聚酯複合材料包含83.6wt%的PET、10wt%的PBT、6wt%的硫酸鋇、0.4wt %的抗氧化劑（比較例1採用四(3,5-二叔丁基-4-羥基)苯丙酸季戊四醇酯/三(2,4-二叔丁基)亞磷酸苯酯=1/1）。調配的聚酯複合材料，經過雙螺桿押出機擠出、造粒及乾燥，接著，在射出成型的模具溫度控制在70℃，以射出成型加工製成餐具成型品。在室溫下，測試所製得的餐具的物性，測試結果如表1所示。
比較例2：參照表1的聚酯複合材料配方製作餐具成型品，聚酯複合材料包含81.3wt%的PET、10wt%的PBT、6wt%的滑石粉、1.5wt%的有機成核劑（比較例2採用離子鍵聚合物）、0.4wt%的抗氧化劑（比較例2採用四(3,5-二叔丁基-4-羥基)苯丙酸季戊四醇酯/三(2,4-二叔丁基)亞磷酸苯酯=1/1）、0.8wt%的加工助劑（比較例2採用聚乙烯蠟）。調配的聚酯複合材料，經過雙螺桿押出機擠出、造粒及乾燥，接著，在射出成型的模具溫度控制在70℃，以射出成型加工製成餐具成型品。在室溫下，測試所製得的餐具的物性，測試結果如表1所示。
比較例3：參照表1的聚酯複合材料配方製作餐具成型品，聚酯複合材料包含98.3wt%的PET、1.15wt%的有機成核劑（比較例3採用離子鍵聚合物）、0.15wt%的抗氧化劑（比較例3採用四(3,5-二叔丁基-4-羥基)苯丙酸季戊四醇酯/三(2,4-二叔丁基)亞磷酸苯酯=1/1）、0.4wt%的加工助劑（比較例3採用聚乙烯蠟）。調配的聚酯複合材料，經過雙螺桿押出機擠出、造粒及乾燥，接著，在射出成型的模具溫度控制在50℃，以射出成型加工製成餐具成型品。在室溫下，測試所製得的餐具的物性測試結果如表1所示。
餐具的物性測試，諸如：缺口衝擊強度 (KJ/m
2)、拉伸強度 (MPa)、彎曲強度 (MPa)、彎曲模數 (MPa)、熱變形溫度 (℃)、射出成型性、及表面光澤性，相關測試方法如下。
缺口(Izod)衝擊強度(kg-cm/cm)：依據ASTM D 256測試標準。試樣尺寸(mm)：(63.5±2)×(12.7±0.2)×(3.2±0.2)；缺口角度45±1°，半徑0.25±0.12mm，缺口深度10.16±0.05mm。
拉伸強度(MPa)：依據ASTM D 638測試標準進行檢驗。試樣尺寸(mm)：(165±2)×(19±0.2)×(3.2±0.2)，拉伸速度為50mm/min。
彎曲強度(MPa)：依據ASTM D 790測試標準進行檢驗。試樣類型試樣尺寸(mm)：(127±2)×(12.7±0.2)×(3.2±0.2)，彎曲速度為13mm/min。
彎曲模數(MPa)：依據ASTM D 790測試標準進行檢驗。試樣類型試樣尺寸(mm)：(127±2)×(12.7±0.2)×(3.2±0.2)，彎曲速度為13mm/min。
熱變形溫度：按ASTM D648標準進行檢驗。試樣尺寸(mm)：(127±2)×(12.7±0.2)×(3.2±0.2)；升溫速率為120℃/hr，壓力為1.82MPa(4.6kg/cm2)，設定形變量為0.254mm。
[表1]
| 聚酯複合材料配方及製程條件 | 組成 (wt%) | 實施例1 | 實施例2 | 比較例1 | 比較例2 | 比較例3 |
| PET | 84.3 | 78.3 | 83.6 | 81.3 | 98.3 | |
| PBT | - | - | 10 | 10 | - | |
| 無機成核劑 | 硫酸鋇 | - | 15 | 6 | - | - |
| 滑石粉 | 15 | 3 | - | 6 | - | |
| 有機成核劑 | - | 1.15 | - | 1.5 | 1.15 | |
| 抗氧化劑 | 0.15 | 0.15 | 0.4 | 0.4 | 0.15 | |
| 加工助劑 | 0.4 | 0.4 | - | 0.8 | 0.4 | |
| 增韌劑 | - | 2 | - | - | - | |
| 模具溫度(℃) | 110 | 110 | 70 | 70 | 50 | |
| DSC測試結晶度(%) | 33.28 | 36.35 | 14.35 | 18.78 | 14.29 | |
| 餐具成型品的物性 | 缺口衝擊強度(KJ/m 2) | 3.75 | 3.8 | 3.9 | 3.7 | 3.7 |
| 拉伸強度 (MPa) | 60.7 | 61.9 | 55.1 | 49.4 | 60.2 | |
| 彎曲強度 (MPa) | 87.4 | 88.3 | 87.2 | 86.6 | 85.5 | |
| 彎曲模數 (MPa) | 3,760 | 3,290 | 2,608 | 2,834 | 2,550 | |
| 熱變形溫度 (℃) | 180 | 203 | 79 | 92 | 78 | |
| 射出成型性 | 合格 | 合格 | 較差 | 合格 | 合格 | |
| 表面光澤性 | 合格 | 合格 | 較差 | 合格 | 合格 |
[測試結果討論]
實施例1及實施例2的聚酯複合材料配方採用了較高含量的無機成核劑（介於15wt%至20wt%）。實施例1及實施例2射出成型的模具溫度控制在110℃，以射出成型加工製成餐具成型品。實施例1及實施例2的餐具成型品，相對於比較例1至比較例3，具備優異的熱變形溫度（不低於150℃）及彎曲模數（不低於3,000）。再者，實施例1及實施例2的餐具成型品在缺口衝擊強度、拉伸強度 (MPa)、彎曲強度 (MPa)等物性的表現上，皆不亞於比較例1至比較例3。另外，實施例1及實施例2的餐具成型品在射出成型性及表面光澤性的品質檢驗上皆符合合格的標準。
由於比較例1至比較例3皆未採用高含量的無機成核劑（皆低於10 wt%），因此比較例1至比較例3射出成型的模具溫度並不能太高（不能高於80℃），否則製作出來的餐具成型品會沾黏在模具中，而不容易脫離。再者，比較例1至比較例3的餐具成型品在熱變形溫度及彎曲模數的表現上皆相對於實施例1及實施例2來得差。
[實施例的有益效果]
本發明實施例耐熱餐具製造方法主要特點在於，提升無機成核劑的用量至10wt%至30wt%（優選15wt%至20wt%），其可以在全使用PET樹脂且在不使用PBT樹脂的條件下，利用高的模具溫度進行射出成型（如：使用不小於110°C的模具溫度）並且搭配控制聚酯複合材料的結晶度，以使最終成型的耐熱餐具成型品僅需要通過具有所述模具溫度的模具的一次熱處理，即可具有較高的熱變形溫度（如：不小於150°C）。
進一步地說，本發明實施例的耐熱餐具的製造方法相對於現有技術（台灣專利號TWI711668B）提升無機成核劑的用量可以輔助PET樹脂的結晶速率加快，從而取代現有技術中PBT配方的功用。再者，本發明實施例的耐熱餐具的製造方法能有利於所述聚酯複合材料適用在高的模具溫度下成型而不會沾黏在模具上。由於適度提升無機成核劑的用量可以適度降低PET樹脂的用量，從而解決PET樹脂沾黏或殘留於所述模具中的問題。也就是說，所述耐熱餐具成型品在上述模具溫度下成型後可以不會沾黏或殘留於所述模具中，其可以自模具中完整地取出。又，高的模具溫度將有利提升耐熱餐具成型品的結晶度。藉此，最終成型的耐熱餐具成型品能僅需要通過具有所述模具溫度的模具的一次熱處理即可具有較高的熱變形溫度（如：不小於150°C）及硬度。
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。
圖1為本發明實施例的耐熱餐具的製造方法的流程示意圖。
Claims (10)
- 一種耐熱餐具的製造方法，其包括： 提供一聚酯複合材料；其中，基於所述聚酯複合材料的總重為100wt%，所述聚酯複合材料包含：50wt%至85wt%的聚乙烯對苯二甲酸乙二酯（polyethylene terephthalate，PET）、0wt%至5wt%的有機成核劑、及10wt%至30wt%的無機成核劑；以及 將所述聚酯複合材料以一射出成型加工方式注入一模具內、並控制所述模具的一模具溫度不小於110°C以及控制所述聚酯複合材料在所述模具中的一結晶度介於20%至30%間，以使得所述聚酯複合材料在所述模具中成型為一耐熱餐具成型品；並且，所述耐熱餐具成型品具有不小於150°C的一熱變形溫度。
- 如請求項1所述的耐熱餐具的製造方法，其中，所述聚酯複合材料中未包含有聚對苯二甲酸丁二酯（polybutylene terephthalate，PBT）。
- 如請求項1所述的耐熱餐具的製造方法，其中，所述有機成核劑是選自由：離子鍵聚合物（ionic polymer）、聚酯低聚物的鹼金屬鹽類（alkali metal salt of polyester oligomer）、長鏈線型飽和羧酸鈉鹽（long-chain linear saturated carboxylic acid sodium salt）、長鏈線型飽和羧酸鈣鹽（long-chain linear saturated carboxylic acid calcium salt）、長鏈線型飽和芳香族羧酸金屬鈉鹽（long-chain linear saturated aromatic carboxylic acid metal sodium salt）、及長鏈線型飽和芳香族羧酸金屬鎂鹽（long-chain linear saturated aromatic carboxylic acid metal magnesium salt），所組成的材料群組的至少其中之一。
- 如請求項1所述的耐熱餐具的製造方法，其中，所述無機成核劑是選自由：滑石粉（talc）、硫酸鋇（barium sulfate）、碳酸鈣（calcium carbonate）、及矽酸鈣（calcium silicate），所組成的材料群組的至少其中之一；其中，所述無機成核劑具有介於0.1微米至5微米的一平均粒徑。
- 如請求項1所述的耐熱餐具的製造方法，其中，所述聚酯複合材料是在所述模具中僅經過一次熱處理，即形成為具有不小於150°C的所述熱變形溫度的所述耐熱餐具成型品。
- 如請求項1所述的耐熱餐具的製造方法，其中，在所述聚酯複合材料在所述模具中成型為所述耐熱餐具成型品後，所述製造方法進一步包含：將所述耐熱餐具成型品自所述模具中取出；其中，所述耐熱餐具成型品的至少95wt%的複合材料未沾黏或殘留於所述模具上。
- 如請求項1所述的耐熱餐具的製造方法，其中，所述聚酯複合材料進一步包含：0.1wt%至0.5wt%的一抗氧化劑以及0.1wt%至1.0wt%的一加工助劑。
- 如請求項7所述的耐熱餐具的製造方法，其中，所述抗氧化劑是選自由：四(3,5-二叔丁基-4-羥基)苯丙酸季戊四醇酯（tetrakis (3,5-di-tert-butyl-4-hydroxy) pentaerythritol phenylpropionate）、三(2,4-二叔丁基)亞磷酸苯酯（tris (2,4-di-tert-butyl) phenyl phosphite）、及3-(3,5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸正十八烷醇酯（3-(3,5-di-tert-butyl- 4-hydroxyphenyl) octadecyl propionate），所組成的材料群組的至少其中之一。
- 如請求項7所述的耐熱餐具的製造方法，其中，所述加工助劑是選自由：乙烯雙硬脂醯胺（ethylene bis-stearylamide，EBS）、芥酸醯胺（erucamide）、聚乙烯蠟（polyethylene wax）、石蠟（paraffin wax）、硬脂酸（stearic acid）、硬脂酸鋅（zinc stearate）、硬脂酸鈣（calcium stearate）、及聚二甲基矽氧烷（polydimethylsiloxane），所組成的材料群組的至少其中之一。
- 一種耐熱餐具成型品，其由如請求項1至9中任一項所述的耐熱餐具的製造方法所形成，其中，所述耐熱餐具成型品具有介於20%至30%之間的所述結晶度及不小於150°C的所述熱變形溫度。
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