耐熱性聚乳酸複合物的製作方法

2023-05-26 21:01:41

耐熱性聚乳酸複合物的製作方法
【專利摘要】通過使用滑石，任選的與丙烯酸類抗衝改性劑組合克服了聚乳酸（PLA）應用中缺乏良好熱穩定性的明顯不足。所述複合物的熱撓曲溫度取得了100℃的閾值。
【專利說明】耐熱性聚乳酸複合物
[0001]優先權要求
[0002]本申請要求於2011年8月25日提交的美國臨時專利申請登記第61/527，478號(代理人案卷號12011018)的優先權，該文通過參考結合於此。
發明領域
[0003]本發明涉及新穎的包含聚乳酸的複合物，該複合物具有增加的耐熱性以改善該複合物在使用過程中的結構完整性。
[0004]發明背景
[0005]塑料製品已經代替玻璃、金屬和木材製品，因為塑料可以進行工程設計而不會破碎、生鏽或腐爛。塑料製品的耐久性也造成處置難題。而且，許多塑料樹脂由石化產品製得，而石化產品有長期供應和成本方面的問題。
[0006]因此，人們在努力尋找生物衍生的可持續的熱塑性樹脂資源，優選的是能降解或堆肥從而解決處置難題的熱塑性樹脂資源。
[0007]已經開發了聚乳酸(也稱為聚丙交酯或PLA)作為來自生物可持續源的熱塑性樹月旨，它可以代替源自石化產品的樹脂。

【發明內容】

[0008]雖然聚乳酸可能是正被開發的三種最常見的生物衍生樹脂中的一種，但是與其意圖代替的化石衍生樹脂相比，聚乳酸具有明顯的缺點，即它具有較差的熱撓曲溫度。
[0009]依據ASTM D648協議，熱撓曲溫度(HDT)是樣品在撓曲載荷下的撓曲的量度。撓曲載荷可以是兩組設定中的任一種。在本發明中，使用66磅/平方英寸(psi)或455千帕斯卡(kPa)進行熱撓曲的比較測量。
[0010]聚乳酸的問題在於它在455kPa載荷下的熱撓曲溫度為約55°C或131° F。換言之，在亞利桑那州夏季白天的汽車內部，PLA不夠堅固，因此不能用作模製為乘客車廂部件的熱塑性樹脂，不能用作放置在座位上的手提式電子器件的外殼，或者不能用作放置在汽車內部地面上含有易腐食品的食品雜貨袋的一片包裝。
[0011]PLA的問題是它不具有足夠的耐熱性，因此實際上不被考慮作為目前在許多普通塑料製品中使用的化石衍生的熱塑性樹脂的代替品。
[0012]本領域所需的是耐熱性聚乳酸複合物，從而這樣的複合物可取代熱塑性樹脂由石化來源製成的耐熱性熱塑性複合物，可通過進入泥土採礦或鑽井來獲得石化來源。
[0013]在一些終端應用中，PLA的另一個問題是它不夠韌，即不耐衝擊。即使是耐熱的，脆性熱塑性複合物也不適於商業應用。 [0014]本發明通過將PLA與特定量的滑石和可選的抗衝改性劑複合解決了這個問題，從而所述PLA複合物具有足夠的耐熱性和衝擊韌性以允許所述PLA複合物取代常規的熱塑性複合物。
[0015]本領域長期以來都需要解決上述耐熱性問題。PLA的主要製造商天然工作公司(Naturefforks, LLC)在網站(www.natureworksllc.com)公開的出版文獻中報導了通過向PLA中加入多達50重量％的丙烯腈一丁二烯一苯乙烯(ABS)，生成50-50PLA-ABS摻混物，其比純PLA聚合物樹脂的HDT僅僅改善了 2V。向PLA加入多達80重量％的ABS確實可以使HDT提高30°C，但是該混合物實際上已經是PLA改性的ABS聚合物了。
[0016]此外，本領域長期以來都需要解決所述耐熱性問題，在一些工業中的普遍特徵是PLA複合物在66psi下應該最好具有至少65°C的HDT，成為來自生物可持續源的可實際工業應用的熱塑性複合物。長期以來，本發明還發現合適的成分組合以實現和超越在66psi下100°C的目標。
[0017]本領域需要一種方法來提高PLA的實際HDT值，同時又能保持所得複合物原則上主要是PLA複合物。
[0018]在本發明中，PLA應該保持為〃主要組分〃，意味著PLA以佔所述複合物至少約30重量％ (30%)存在。
[0019]令人意外的是，已發現PLA、2_9重量百分數之間的滑石、和可選的丙烯酸類抗衝改性劑的組合可將PLA複合物的HDT增加到大於100°C。
[0020]本發明的一個方面是耐熱性、阻燃性聚乳酸複合物，其包括:(a)聚乳酸；(b)聚碳酸酯；(c)佔所述複合物約2-9重量百分數之間的滑石；以及可選的(d)丙烯酸類抗衝改性劑。
[0021]本發明的另一方面是由上面剛剛描述的複合物形成的塑料製品。
[0022]將結合表現出乎意料的技術效果的實施方式和實施例進一步解釋本發明複合物的特徵和優點。
[0023]發明實施方式
[0024]PLA
[0025]PLA是眾所周知的具有以下結構式I所示的單體重複基團的生物聚合物:
[0026]
【權利要求】
1.一種耐熱性聚乳酸複合物，其包括: (a)聚乳酸； (b)聚碳酸酯； (c)佔所述複合物從約2到9重量百分數量的滑石；以及任選的 (d)丙烯酸類抗衝改性劑。
2.如權利要求1所述的複合物，其特徵在於，所述複合物還任選的包括阻燃劑和滴料抑制劑。
3.如權利要求1或權利要求2所述的複合物，其特徵在於，所述滑石佔所述複合物的2-7重量百分數。
4.如權利要求3所述的複合物，其特徵在於，所述滑石佔所述複合物的4-7重量百分數。
5.如權利要求4所述的複合物，其特徵在於，所述丙烯酸類抗衝改性劑以佔所述複合物從約I到約15重量百分數的量存在。
6.如權利要求1-5任一項所述的複合物，其特徵在於，如果該共混的複合物在成形為塑料製品之前基本乾燥，則該共混的複合物在成形為塑料製品後依據ASTM D648標準在66磅/平方英寸下測量的熱撓曲溫度至少為100°C。
7.如權利要求1-6任一項所述的複合物，其特徵在於，所述聚乳酸包含聚-D-丙交酯，聚-L-丙交酯或兩者的組合，其中聚乳酸以約40至約50重量百分數範圍的量存在於所述複合物中。
8.如權利要求1-7任一項所述的複合物，其特徵在於，所述聚碳酸酯以約30至約55重量百分數存在於所述複合物中。
9.如權利要求5所述的複合物，其特徵在於，所述抗衝改性劑是核/殼丙烯酸類聚合物。
10.如權利要求1-9任一項所述的複合物，其特徵在於，所述複合物還包括選自下組的任選的添加劑:粘合促進劑；殺生物劑；抗霧化劑；抗靜電劑；粘合劑、起泡劑和發泡劑；分散劑；引發劑；潤滑劑；顏料、著色劑和染料；增塑劑；加工助劑；脫模劑；滑爽劑和抗粘連劑；穩定劑；硬脂酸鹽/酯；紫外光吸收劑；粘度調節劑；蠟；以及它們的組合。
11.一種塑料製品，其由權利要求1-10中任一項所述的複合物成形。
12.如權利要求11所述的製品，其特徵在於，所述製品是模塑或擠出的，其中，成形所述製品來用於運輸、器具、電子、建築和建造、包裝或消費者市場。
13.一種由如權利要求11或12中所述的製品，其中，所述製品的熱撓曲溫度比單獨由聚乳酸製備的塑料製品的熱撓曲溫度增加至少45°C，兩者都是依據ASTM D648方案在66磅/平方英寸下測量的。
14.一種製備如權利要求1-10中任一項所述的複合物的方法，所述方法包括以下步驟 (a)收集成分，包括聚乳酸、聚碳酸酯、滑石和任選的抗衝改性劑， (b)將它們熔融混合成為複合物，該複合物用於之後的成形，用於運輸、電器、電子、建築和建造、包裝或消費者市場的塑料製品。
15.如權利要求15所述的製備複合物的方法，其特徵在於，所述方法還包括以下步驟 (c)乾燥所述複合物，直到水分含量小於0.2%以及(d)將所 述複合物成形為塑料製品，所述塑料製品用於運輸、器具、電子、建築和建造、包裝或消費者市場。
【文檔編號】C08J5/00GK103764759SQ201280041115
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2012年8月23日 優先權日:2011年8月25日
【發明者】劉靜 申請人:普立萬公司