生物基高分子鞋材的製造方法
2023-05-20 17:36:26
專利名稱：生物基高分子鞋材的製造方法
技術領域：
本發明涉及一種鞋材的製造方法，特別是涉及一種有助於節能減碳的生物基高分子(bio-base polymer)鞋材的製造方法。
背景技術：
能源、環境、經濟，為二十一世紀人類社會發展所面臨的重要議題，其中環境 的影響層面更涉及包括人類在內的地球上所有物種。環境變遷最明顯直接的例子為全球 暖化，近年來由於新興國家急速發展與積極進行工業化，過度依賴石化原料的結果產生 大量的溫室氣體排放，也使溫室效應所引發的全球暖化問題愈趨嚴重。石化原料經過提煉再制，為主要燃料與塑材料料來源，這些產品經過燃燒或焚 化後在大氣中所釋放的大量二氧化碳被認為是造成地球暖化的主要元兇。為了減輕對環 境的負面影響、解決石化資源短缺，及大量廢棄物與溫室氣體排放造成生態環境惡化等 問題，各國都致力於發展生物基資源。以碳足跡的角度來看，生物基資源在其生命周期末端仍產生二氧化碳，但生物 基作物生長期間，會進行光合作用，以固定大氣中的二氧化碳併合成碳水化合物而形成 碳循環，與石化原料相比，其淨二氧化碳的排放量為零，因此以生物基資源取代石化原 料可有效減少二氧化碳的排放。乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(ethylene-vinyl acetate copolymer,簡稱為EVA)經過發
泡成型加工，具有質輕且柔軟舒適的特性，並能達到吸震反彈的效果，而成為運動鞋、 休閒鞋中大量被使用的材料。然而，EVA鞋材也是來自傳統石化原料，在其成品生命周 期尾端，同樣面臨無法分解與易造成環境負擔的問題。為了降低對傳統石化原料的依賴，以達到節能減碳及減少對環境造成衝擊的問 題，利用生物材料(biomaterial)，例如，澱粉，取代部分傳統石化原料製成生物基高分子 鞋材為目前業界開發努力的方向。因應鞋材需承受重力與磨損頻繁的使用特性，與其它 塑料製品相比，除了仍要保有質輕、柔軟舒適與吸震反彈等功能外，還要有較高的結構 強度，才能符合預定的耐用性。目前採用的方式是使用預定比例的生物基材料與EVA原 料混合作為鞋材原料，藉此減少EVA的使用量。其中，為了使生物材料與EVA原料達到 良好的結合，須通過採用高溫高壓的特殊製備過程或改性的生物材料達成。然而，採用 高溫高壓製備過程需耗費大量能源，反而造成能源成本增加。因此，利用改性的生物材 料使其能與EVA形成穩定結合是值得開發研究的方向。但是，即使開發出能與EVA形 成穩定結合的改性的生物材料，仍需配合特定配方與製備過程，以制出具有預定物性與 耐用性的成品，由此方能使所制出的生物基高分子鞋材不僅符合節能減碳的目的，還能 達到實用的效果。
發明內容
本發明的目的是在提供一種能夠增加生物材料用量的比例，以減少對傳統石化原料依賴度的生物基高分子鞋材的製造方法。本發明生物基高分子鞋材的製造方法，包括下列步驟⑴提供一混合物進行混煉以形成一鞋材配料，該混合物包含5 50重量份的改性的澱粉組分、95 50重量份的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)組分、5 30重量份的 填充劑組分、0 50重量份的聚烯烴組分、2.0 8.0重量份的發泡劑組分、0.5 3.0重 量份的發泡助劑組分、0.5 2.0重量份的潤滑劑組分和0.4 1.2重量份的架橋劑組分， 該改性的澱粉組分是由預定量的澱粉原料，經由水解、酯化形成酯化澱粉後，再經乾燥 處理而製成；( )將該鞋材配料製成發泡材料，該發泡材料是選自片狀或粒狀中之一的形式； 禾口(iii)取片狀的發泡材料經由油壓發泡成型，或取粒狀的發泡材料經由射出發泡 成型，以製成一種鞋材成品，且該鞋材成品為選自鞋墊、鞋中底和鞋大底中的形式。本發明的有益效果與主要效果在於通過水解、酯化等改性的處理的效果，使 改性的澱粉組分與EVA組分相混合時，除了經由水解而使其與EVA分子間的接觸面積增 加外，經由酯化處理在澱粉表面形成酯基的結果，也有利於其與EVA分子間的兼容性， 由此使該改性的澱粉組分能以較高的比例與EVA組分混煉和形成穩定的結合；且由於兼 容性好，以該改性的澱粉組分與EVA組分為主的混合物也能如傳統EVA原料一樣，進行 發泡成型加工，所制出的鞋材仍能維持質輕與柔軟舒適的特性，且其它物性也能符合鞋 材物性規格。因此，本發明的製造方法能有效減少EVA組分的用量以達到節能減碳的環 保目的，並能順利制出具有預定結構強度且能符合使用需求的鞋材。
圖1是本發明的生物基高分子鞋材的製造方法的第一優選實施例的流程圖；圖2是本發明的生物基高分子鞋材的製造方法的第二優選實施例的流程圖。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明進行詳細說明參閱圖1，為本發明生物基高分子鞋材的製造方法的第一優選實施例，其包含下 列步驟步驟101是提供一混合物，其通過一混合機在溫度100°C 130°C進行6 15分 鐘的熱熔與混煉，以形成一鞋材配料。其中該混合機可選用萬馬力、利拿等密閉式混合 機，也可使用雙螺杆押出機。該混合物包含5 50重量份的改性的澱粉組分、95 50 重量份的乙烯_醋酸乙烯酯共聚物(EVA)組分、5 30重量份的填充劑組分、0 50重 量份的聚烯烴組分、2.0 8.0重量份的發泡劑組分、0.5 3.0重量份的發泡助劑組分、 0.5 2.0重量份的潤滑劑組分和0.4 1.2重量份的架橋劑組分。其中，該混合物中的改 性的澱粉組分與乙烯-醋酸乙烯酯共聚物組分相加後的總重為100重量份。該改性的澱粉組分是由預定量的澱粉原料，經由水解、酯化形成酯化澱粉後， 再經乾燥處理而製成。其中，該澱粉原料是以濃度0.5 2.0N的無機酸溶液，自平均分 子量MO8的較大分子量的澱粉水解為平均分子量範圍在IO4 IO7的水解澱粉，再與酸酐或有機酸進行酯化反應以形成酯化澱粉後，最後經噴霧乾燥的方式，製成該改性的澱粉 組分。在此，是使用乙酸酐與水解澱粉進行酯化反應，以利用其分子中的羧酸基與澱粉 分子表面的部分醇基作用，形成酯基結構，達到酯化改性的澱粉的效果。優選地，經噴霧乾燥處理所形成的該改性的澱粉組分的粒徑是10 50 μ m，且 其含水率是2 8% (w/w) ο優選地，該填充劑組分選自碳酸鈣、滑石粉、碳酸鎂、高嶺土及它們的組合。 該架橋劑組分是過氧化二異丙苯(dicumyl peroxide，簡稱為DCP)。該潤滑劑組分是硬酯 酸。該發泡助劑組分是鋅氧粉。步驟102是將該鞋材配料製成片狀形式的發泡材料。即該鞋材配料經101步驟 混煉後，以一雙滾輪設備出片，以製得數片呈片狀的發泡材料。步驟102所製得的片狀發泡材料，可分別供步驟103或步驟104使用，以製成不 同形式的鞋材成品。步驟103是取片狀的發泡材料通過油壓發泡成型的方式製成該鞋材成品(鞋 墊)。當以油壓發泡成型的方式製成該鞋材成品時，是將該鞋材配料製成片狀的發泡材 料，再將數片的片狀發泡材料堆疊至一預定重量後，置入一個預熱的油壓臺模具內進行 發泡成型以先製成發泡板材。其中，所述片狀發泡材料在該油壓臺模具內的作用時間優 選為20 50分鐘，且該油壓臺模具的溫度設定為165°C 175°C，其壓力設定為160 200kg/cm2。所製得的發泡板材再經適當裁切後就能進一步製成鞋墊形式的鞋材成品。步驟104是取片狀的發泡材料通過油壓發泡成型的方式先製成發泡板材，以供 後續的製備過程步驟使用，其發泡板材的製法與步驟103相同，不再贅述。步驟105是對步驟104所製得的發泡板材進行第二次成型加工，配合所用模具 以進一步製成預定形狀的鞋材成品，根據此過程所製得的鞋材成品主要為鞋中底或鞋大 底。參閱圖2，為本發明生物基高分子鞋材的製造方法的第二優選實施例，其步驟 201與第一優選實施例的步驟101相同，故不再贅述。步驟202是將該鞋材配料製成粒狀的發泡材料。主要是將步驟201完成的配料 通過一造粒設備以造粒方式做成粒狀的發泡材料，以供後續射出發泡成型步驟使用。造 粒方式與現有一般塑料造粒方式相同，屬本領域人員公知技術，不再詳述。步驟202所製得的粒狀發泡材料，可分別供步驟203或204使用，以進一步製成 所要的鞋材成品。 步驟203是以射出發泡成型方式將步驟202所製得的粒狀發泡材料，直接製成 鞋中底或鞋大底形式的鞋材成品。主要是通過一射出發泡成型機將所述粒狀的發泡材料 直接射出至一成型模具內，成型為預定的鞋材成品。在此所制出的鞋材成品主要為鞋中 底或鞋大底。其中，該成型方法的作用時間為6 15分鐘，成型模具的模溫優選設定為 165°C 180°C，其壓力設定為160 200kg/cm2。步驟204則是以射出發泡成型方式將步驟202所製得的粒狀發泡材料先製成鞋中 底或鞋大底粗胚，再經後續步驟進一步製成鞋材成品。其射出成型的方式、作用時間、 成型模具的模溫與壓力設定與步驟203相同，在此不再贅述。步驟205是將步驟204所製得的鞋中底或鞋大底粗胚置入另一個成型模具中進行第二次成型加工，以進一步製成鞋中底或鞋大底形式的鞋材成品。該第二次成型加工為 模壓發泡成型，其模溫設定為150°C 170°C，模壓時間為20 50分鐘，和壓力設定為 100 160kg/cm2。值得說 明的是，在步驟101與步驟201中混合物包含0 50重量份的聚烯烴組 分，其作用主要是為了降低最終鞋材成品的比重，當聚烯烴的含量越高，最終發泡成品 的比重越低而具有質輕的特性，但相對地，也會導致鞋材成品的物性變差，為了使鞋材 成品維持符合實用規格的物性，其用量不宜太高。本發明將就以下的具體例來作進一步說明，但應了解該具體例僅為例示說明使 用，而不應被解釋為本發明實施的限制。以下分別以鞋墊、鞋中底與鞋大底為例，提供六個具體例，說明其製造過程， 並針對據此所制出的鞋墊、鞋中底與鞋大底成品進行物性測試，以說明所制出的鞋材成 品具有預定的結構強度，且能符合鞋材成品的物性要求。取改性的澱粉1000克、與EVA組分(含EVA 3000克與EVA回收料1000克)、
聚烯烴500克、滑石粉300克、發泡劑133克、架橋劑(DCP)25克，硬酯酸60克及鋅 氧粉40克配製為一混合物。上述材料預先拌合後置入小型利拿混合機內，啟動混合機 開始進行10至15分鐘的混煉作業，待溫度持續上升至110°C左右，且混煉已進行了 6 15分鐘時，可使該混合物完全熱熔並均勻混合為一鞋材配料，此時就可將該鞋材配料由 混合槽傾倒出來。將成團的配料置於雙滾輪上進行出片程序以形成片狀的發泡材料，稱 取已出好片的改性的澱粉-EVA發泡材料至預定重量(配合所使用油壓臺模具的容量)， 並將其置入已預熱的油壓臺模具中，先預熱至165°C左右，在溫度165士2°C及壓力160 200kg/cm2的條件下作用20 30分鐘(時間長短依模具厚度決定)，使該發泡材料中的鞋 材配料充分架橋與發泡後，開啟油壓臺，則模壓成型為改性的澱粉-EVA的發泡板材，再 經過適當裁切即可製成鞋墊。對所製得的鞋墊進行鞋材相關的物性測試，其結果如表-1 所示。表-1具體例一所製得的鞋墊物性測試結果
權利要求
1.一種生物基高分子鞋材的製造方法；其特徵在於所述製造方法包括下列步驟ω提供一混合物進行混煉以形成一鞋材配料，所述混合物包含5 50重量份的改性的澱粉組分、95 50重量份的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物組分、5 30重量份的填充劑組 分、0 50重量份的聚烯烴組分、2.0 8.0重量份的發泡劑組分、0.5 3.0重量份的發 泡助劑組分、0.5 2.0重量份的潤滑劑組分和0.4 1.2重量份的架橋劑組分，所述改性 的澱粉組分是由預定量的澱粉原料，經由水解、酯化形成酯化澱粉後，再經乾燥處理而 製成；(ii)將所述鞋材配料製成一發泡材料；和(iii)將所述發泡材料成型為一鞋材成品。
2.如權利要求1所述的生物基高分子鞋材的製造方法，其特徵在於在步驟(ii)中， 所述發泡材料是選自片狀或粒狀中之一的形式。
3.如權利要求1所述的生物基高分子鞋材的製造方法，其特徵在於在步驟(iii) 中，所述鞋材成品為選自鞋墊、鞋中底和鞋大底中的形式。
4.如權利要求1所述的生物基高分子鞋材的製造方法，其特徵在於在步驟(i)中， 所述混合物在溫度100°C 130°C進行6 15分鐘的熱熔與混煉。
5.如權利要求1所述的生物基高分子鞋材的製造方法，其特徵在於在步驟(i)中， 使用一混合機進行混煉，並且所述混合機選自密閉式混合機或雙螺杆押出機中之一。
6.如權利要求1所述的生物基高分子鞋材的製造方法，其特徵在於在步驟(i)中， 所述澱粉原料是以濃度0.5 2.0Ν的無機酸溶液水解為具有預定分子量範圍的水解澱粉 後，再將其與酸酐或有機酸進行酯化反應以形成酯化澱粉，所述酯化澱粉再經乾燥處理 製成所述改性的澱粉組分。
7.如權利要求6所述的生物基高分子鞋材的製造方法，其特徵在於所述澱粉原料 是平均分子量MO8的澱粉，先經水解形成平均分子量範圍為IO4 IO7的水解澱粉，再經 酯化為酯化澱粉後，進一步乾燥處理為所述改性的澱粉組分。
8.如權利要求7所述的生物基高分子鞋材的製造方法，其特徵在於所述水解澱粉 與乙酸酐進行酯化反應形成所述酯化澱粉後，再乾燥為所述改性的澱粉組分。
9.如權利要求7所述的生物基高分子鞋材的製造方法，其特徵在於所述酯化澱粉 以噴霧乾燥的方式製成所述改性的澱粉組分。
10.如權利要求9所述的生物基高分子鞋材的製造方法，其特徵在於所述改性的澱 粉組分的粒徑是10 50 μ m，並且其含水率是2 8%。
11.如權利要求1所述的生物基高分子鞋材的製造方法，其特徵在於在步驟(i) 中，所述填充劑組分選自碳酸鈣、滑石粉、碳酸鎂、高嶺土及它們的組合。
12.如權利要求1所述的生物基高分子鞋材的製造方法，其特徵在於在步驟(i) 中，所述混合物中的改性的澱粉組分與乙烯-醋酸乙烯酯共聚物組分的總重為100重量 份。
13.如權利要求1所述的生物基高分子鞋材的製造方法，其特徵在於所述架橋劑組 分是過氧化二異丙苯。
14.如權利要求1所述的生物基高分子鞋材的製造方法，其特徵在於所述潤滑劑組 分是硬酯酸。
15.如權利要求1所述的生物基高分子鞋材的製造方法，其特徵在於所述發泡助劑 組分是鋅氧粉。
16.如權利要求2所述的生物基高分子鞋材的製造方法，其特徵在於在步驟(ii) 中，所述發泡材料是片狀形式，所述鞋材配料通過雙滾輪設備出片而製成片狀的發泡材 料，並且在步驟(iii)中將數片的片狀發泡材料堆疊至預定重量後，置入預熱的油壓臺模 具內，進行發泡成型以先製成發泡板材，再進一步成型為所述鞋材成品。
17.如權利要求16所述的生物基高分子鞋材的製造方法，其特徵在於在步驟(iii) 中，所述油壓臺模具的溫度設定為165°C 175°C，和壓力設定為160 200kg/cm2。
18.如權利要求17所述的生物基高分子鞋材的製造方法，其特徵在於在步驟(iii) 中，將所述片狀發泡材料置於所述油壓臺模具內作用20 50分鐘以形成所述發泡板材。
19.如權利要求18所述的生物基高分子鞋材的製造方法，其特徵在於在步驟(iii) 中，所述發泡板材經裁切以製成鞋中底與鞋大底形式中之一的鞋材成品。
20.如權利要求18所述的生物基高分子鞋材的製造方法，其特徵在於在步驟(iii) 中，所述發泡板材再經由成型加工以製成鞋中底與鞋大底形式中之一的鞋材成品。
21.如權利要求2所述的生物基高分子鞋材的製造方法，其特徵在於在步驟(ii) 中，所述發泡材料是粒狀形式，所述鞋材配料經由一造粒設備製成粒狀的發泡材料，並 且在步驟(iii)中通過一臺射出發泡成型機，將所述發泡材料成型為鞋中底與鞋大底形式 中一種的鞋材成品。
22.如權利要求21所述的生物基高分子鞋材的製造方法，其特徵在於在步驟(iii) 中，所述射出發泡成型模具的模溫設定為165°C 180°C，作用時間為6 15分鐘，壓力 設定為 160 200kg/cm2。
23.如權利要求2所述的生物基高分子鞋材的製造方法，其特徵在於在步驟(ii) 中，所述發泡材料是粒狀形式，所述鞋材配料經由一造粒設備製成粒狀的發泡材料，並 且在步驟(iii)中通過一臺射出發泡成型機，將所述發泡材料成型為鞋中底粗胚和鞋大底 粗胚中的一種。
24.如權利要求23所述的生物基高分子鞋材的製造方法，其特徵在於在步驟(iii) 中，所述射出發泡成型模具的模溫設定為165°C 180°C，作用時間為6 15分鐘，壓力 設定為160 200kg/cm2，並且在成型出鞋中底粗胚和鞋大底粗胚中之一後，再經過第二 次成型加工以進一步製成鞋中底和鞋大底形式中之一的鞋材成品，所述第二次成型加工 為模壓發泡成型，其模溫設定為150°C 170°C，模壓時間為20 50分鐘，壓力設定為 100 160kg/cm2。
全文摘要
一種生物基高分子鞋材的製造方法，包括下列步驟提供一混合物進行混煉以形成一鞋材配料，該混合物包括預定比例相混合的改性的澱粉組分、EVA組分、填充劑組分、聚烯烴組分、發泡劑組分、發泡助劑組分、潤滑劑組分及架橋劑組分。將該鞋材配料製成一片狀或顆粒狀的發泡材料，取片狀的發泡材料經油壓發泡成型、或取粒狀的發泡材料經射出發泡成型以製成一鞋材成品。由此，應用改性的澱粉組分的特性以增加其與塑料原料的兼容性，就能在減少EVA組分用量的情形下制出鞋材成品，以降低對石化原料的依賴，除了能節能減碳外，仍能符合實用效果。
文檔編號C08K3/34GK102019705SQ20091017464
公開日2011年4月20日 申請日期2009年9月21日 優先權日2009年9月21日
發明者呂英明, 吳石乙, 朱世堅, 朱育欣, 李廷宇, 沈彥廷, 王明磊 申請人:寶建科技股份有限公司, 逢甲大學