具延展性的生物可分解塑膠及其製造方法

2023-05-02 05:15:01 1

具延展性的生物可分解塑膠及其製造方法
【專利摘要】本發明揭露一種具延展性的生物可分解塑膠及其製造方法，其是利用於聚乳酸中添加聚酯化合物、多元醇化合物及脂肪族聚酯化合物，以增加所製作的生物可分解塑膠的延展性。
【專利說明】具延展性的生物可分解塑膠及其製造方法

【技術領域】
[0001] 本發明是有關於一種塑膠材料，且特別是有關於一種生物可分解塑膠材料。

【背景技術】
[0002] 近年來，隨著工商產業日新月異的腳步，塑膠製品的需求逐年增加，無論是交通運 輸，或物品的儲存保護，塑膠製品儼然已成為工業或日常生活不可或缺的物品。
[0003] 長久以來，傳統塑膠製品是使用石化產品作為主要原料。但傳統塑膠製品不易分 解，使用後任意棄置會對生態造成極大的負擔。
[0004] 常見的廢棄物的處理方式是焚化處理，但若使用焚化處理來焚燒傳統塑膠製品廢 棄物，焚化後易產生有毒氣體，而對環境造成二次傷害。此外，石化原料的來源逐漸短缺，使 得傳統塑膠製品成本日益增加，開發替代且環保的塑膠製品已成為刻不容緩的議題。
[0005] 由於環保意識高漲與石化原料短缺，目前開發出生物可分解塑膠製品，以逐漸取 代傳統塑膠。一般常見的生物可分解塑膠原料是聚乳酸。當生物可分解塑膠棄置於自然環 境中時，所含的聚乳酸會被環境中的微生物代謝分解，而焚化生物可分解塑膠亦僅會產生 水和二氧化碳，因此不會對環境造成衝擊。
[0006] 然而，目前生物可分解塑膠製品仍有技術上的瓶頸，而無法完全取代習知的石化 產品所製備的塑膠製品。例如生物可分解塑膠製品過於硬且脆，而使得延展性不佳，進而影 響其使用範圍。
[0007] 為了解決上述問題，目前業界嘗試於生物可分解塑膠中添加彈性橡膠或耦合劑， 以增加生物可分解塑膠製品的延展性。但所添加的彈性橡膠與聚乳酸的兼容性較差，而耦 合劑則會延長生物可分解塑膠的反應時間，而使得反應溫度不易控制，進而使得高分子鏈 容易裂解。
[0008] 有鑑於此，亟需提出一種具延展性的生物可分解塑膠及其製造方法，藉以改善習 知塑膠製品的種種問題。


【發明內容】

[0009] 因此，本發明之一態樣就是在提供一種具延展性的生物可分解塑膠及其製造方 法，其是利用在聚乳酸中添加聚酯化合物、多元醇化合物及脂肪族聚酯化合物，以增加所制 作的生物可分解塑膠的延展性。
[0010] 本發明的另一態樣是在提供一種具延展性的生物可分解塑膠，其是利用上述的制 造方法來製備。
[0011] 根據本發明的上述態樣，提出一種具延展性的生物可分解塑膠及其製造方法。在 一實施例中，此製造方法是先提供一生物可分解塑膠組成物，其中此生物可分解塑膠組成 物包含聚乳酸、聚酯化合物、多元醇化合物及脂肪族聚酯化合物，基於聚乳酸的含量為100 重量份，聚酯化合物的使用量為1重量份至30重量份，多元醇化合物的使用量為0. 1重量 份至10重量份，而脂肪族聚酯化合物的使用量為1重量份至20重量份。然後，對生物可分 解塑膠組成物進行混煉造粒步驟，以形成具延展性的生物可分解塑膠。
[0012] 依據本發明之一實施例，上述聚乳酸的光學純度不小於95%。
[0013] 依據本發明的另一實施例，上述聚乳酸包含聚左旋乳酸及聚右旋乳酸。
[0014] 依據本發明的又一實施例，上述的聚右旋乳酸與聚左旋乳酸形成一立體異構物。 [0015] 依據本發明的再一實施例，上述的聚酯化合物可包含但不限於聚己內酯、聚對苯 二甲酸己二酸丁二醇共聚酯、聚丁烯對苯二甲酸酯、聚羥基脂肪酸酯、聚醯胺酯、聚對苯二 甲酸乙二酯或上述化合物的任意組合。
[0016] 依據本發明的又另一實施例，上述的多元醇化合物可包含但不限於不飽和多元 醇、飽和多元醇、環氧多元醇、聚醚多元醇、聚酯多元醇、天然多元醇、多元醇糖或上述化合 物的任意組合。
[0017] 依據本發明的再另一實施例，上述的脂肪族聚酯化合物可包含但不限於檸檬酸三 丁酯、三醋酸甘油酯、三羥甲基丙烷三辛酸酯、聚己二酸丙二醇酯、聚乙醇酸、戊二酸飽和脂 肪酸酯、3-戊二醇脂肪酸酯或上述化合物的任意組合。
[0018] 依據本發明的更另一實施例，上述的混煉造粒步驟的溫度為150°C至180°C。
[0019] 根據本發明的另一態樣，提供一種具延展性的生物可分解塑膠。在一實施例中，此 具延展性的生物可分解塑膠的斷裂延伸（elongationatbreak)率為250%至600%。
[0020] 應用本發明具延展性的生物可分解塑膠及其製造方法，其是利用於聚乳酸中添加 聚酯化合物、多元醇化合物及脂肪族聚酯化合物，以增加所得的生物可分解塑膠的延展性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021] 圖1是繪示依照本發明之一實施例的具延展性的生物可分解塑膠的製造方法的 流程圖。
[0022] 100 方法 110提供生物可分解塑膠組成物 120進行混煉造粒步驟 130形成具延展性的生物可分解塑膠。

【具體實施方式】
[0023] 承前所述，本發明提供一種具延展性的生物可分解塑膠及其製造方法，其是在聚 乳酸中添加聚酯化合物、多元醇化合物及脂肪族聚酯化合物，以增加所得的生物可分解塑 膠的延展性。
[0024] 請參照圖1，其是繪示依照本發明之一實施例的具延展性的生物可分解塑膠的制 造方法的流程圖。在一實施例中，此製造方法100是先進行提供生物可分解塑膠組成物的 步驟110,其中生物可分解塑膠組成物包含聚乳酸、聚酯化合物、多元醇化合物及脂肪族聚 酯化合物，且前述的生物可分解塑膠組成物不含耦合劑及/或界面活性劑。在一實施例中， 上述的生物可分解塑膠組成物不需耦合劑即可進行反應，且不會增加生物可分解塑膠組成 物的反應時間，進而不造成聚乳酸的分子鏈於高溫環境中裂解。再者，本發明的生物可分解 塑膠組成物不需使用界面活性劑即可增加各組成物之間的兼容性。
[0025] 在一實施例中，前述的生物可分解塑膠組成物可一次添加，或分步驟添加，以增加 生物可分解塑膠組成物的均勻性。
[0026] 上述的聚乳酸包含聚左旋乳酸及聚右旋乳酸。在一實施例中，聚左旋乳酸及聚右 旋乳酸可形成為一立體異構物（Sterocomplex-PLA;Sc-PLA)。在一實施例中，聚左旋乳酸 與聚右旋乳酸的光學純度不小於95%。若聚乳酸的光學純度小於95%時，不良光學純度會降 低所製作的生物可分解塑膠的延展性等的物性，並降低生物可分解塑膠的結晶速率。
[0027] 前述的聚酯化合物可包含但不限於聚己內酯、聚對苯二甲酸己二酸丁二醇共聚 酯、聚丁烯對苯二甲酸酯、聚羥基脂肪酸酯、聚醯胺酯、聚對苯二甲酸乙二酯、其他適當的聚 酯化合物或上述化合物的任意混合。
[0028] 聚酯化合物可增加生物可分解塑膠組成物的韌性，而增加生物可分解塑膠組成物 的延展性。基於聚乳酸的使用量為100重量份，聚酯化合物的使用量為1重量份至30重量 份。若聚酯化合物的使用量少於1重量份時，聚酯化合物對於生物可分解塑膠的韌性的提 升效果不佳。若聚酯化合物的使用量大於30重量份時，雖可製得延展性良好的生物可分解 塑膠，但生物可分解塑膠的其他機械性質不佳，而影響其應用範圍。
[0029] 多元醇化合物可包含但不限於不飽和多元醇、飽和多元醇、環氧多元醇、聚醚多元 醇、聚酯多元醇、天然多元醇、多元醇糖，其他適當的多元醇化合物或上述化合物的任意組 合。多元醇化合物的具體例，如：丙二醇、丙三醇、丁二醇、聚乙二醇或己六醇等化合物。
[0030] 當生物可分解塑膠組成物同時使用前述的聚酯化合物及多元醇化合物時，所製作 的生物可分解塑膠具有較佳的韌性。基於聚乳酸的使用量為100重量份，多元醇化合物的 使用量為0. 1重量份至10重量份。若多元醇化合物的使用量小於0. 1重量份時，過少的多 元醇化合物會降低生物可分解塑膠的韌性。若多元醇化合物的使用量大於10重量份時，雖 然過多的多元醇化合物可製得延展性良好的生物可分解塑膠，但生物可分解塑膠的其他機 械性質不佳，而影響其應用範圍。
[0031] 前述的脂肪族聚酯化合物可包含但不限於檸檬酸三丁酯、三醋酸甘油酯、三羥甲 基丙烷三辛酸酯、聚己二酸丙二醇酯、聚乙醇酸、戊二酸飽和脂肪酸酯、3-戊二醇脂肪酸酯、 其他適當的脂肪族聚酯化合物或上述化合物的任意組合。
[0032] 脂肪族聚酯化合物可增加前述的聚乳酸與聚酯化合物的兼容性，而增加聚乳酸與 聚酯化合物的反應性，進而提升所製作的生物可分解塑膠的功效。基於聚乳酸的使用量為 100重量份，脂肪族聚酯化合物的使用量為1重量份至20重量份。若脂肪族聚酯化合物的使 用量少於1重量份時，過少的脂肪族聚酯化合物不易增加聚乳酸與聚酯化合物的兼容性， 而降低聚乳酸與聚酯化合物的反應性。若脂肪族聚酯化合物的使用量大於20重量份時， 由於脂肪族聚酯化合物為液態，過多的脂肪族聚酯化合物不易與其他粉態的組成物均勻混 合，而降低生物可分解塑膠組成物的兼容性。
[0033] 進行上述的步驟110後，對前述的生物可分解塑膠組成物進行混煉造粒步驟，以 形成具延展性的生物可分解塑膠，如步驟120及130所示。上述的混煉造粒步驟的溫度可 為 150°C至 180°C。
[0034] 在一實施例中，進行上述的混煉造粒步驟之後，此製造方法100可選擇性地依序 進行乾燥步驟及射出成型步驟。乾燥步驟系將前述的生物可分解塑膠放置於90°C的環境 中，以使生物可分解塑膠的含水率低於或等於250ppm，而可避免生物可分解塑膠中的聚乳 酸裂解。在一實施例中，乾燥步驟的時間大於或等於4小時。
[0035] 前述的射出成型步驟是將所製得的生物可分解塑膠加至混煉機中，以製得具有特 定外型的生物可分解塑膠製品，其中生物可分解塑膠製品的特定外型會根據所使用的模具 來決定。在一實施例中，射出成型步驟的加工溫度可為150°C至180°C。在另一實施例中， 射出成型步驟的加工溫度可為165°C至170°C。在一實施例中，射出成型步驟的模具溫度可 為 100°C至 120°C。
[0036] 在一實施例中，利用前述本發明的製造方法所製作的生物可分解塑膠的斷裂延伸 率為250%至600%。
[0037] 值得一提的是，本發明所得的具延展性的生物可分解塑膠，其是通過在聚乳酸中 添加聚酯化合物、多元醇化合物及脂肪族聚酯化合物，以增加所製得的生物可分解塑膠的 延展性。
[0038] 以下列舉數個實施例，藉此更詳盡闡述本發明的具延展性的生物可分解塑膠及其 製造方法，然其並非用以限定本發明，因此本發明的保護範圍當視後附的權利要求書所界 定為準。
[0039] 製備生物可分解塑膠 實施例1 首先，將100重量份的聚乳酸、1重量份的聚酯化合物、1重量份的多元醇化合物及1重 量份的脂肪族聚酯化合物加至攪拌桶中攪拌均勻，以形成生物可分解塑膠組成物。
[0040] 接著，將此生物可分解塑膠組成物加至雙螺杆押出機中（亞靖機械制），以進行混 煉造粒製程，其中雙螺杆押出機的螺杆直徑為30毫米，螺杆長度與直徑比為24至32,壓縮 比為2. 5至1，螺杆轉速為200rpm，並於150°C至180°C之溫度下來進行混煉造粒步驟，即可 製得生物可分解塑膠。所得的生物可分解塑膠的斷裂延伸率以下列的評價方式進行評價， 其結果如表1所示，其中斷裂延伸率的檢測方法容後再述。
[0041] 實施例2至5及比較例1 實施例2至5及比較例1系使用與實施例1的製作方法相同的製備方法，不同處在於 實施例2至5及比較例1系改變生物可分解塑膠中原料的種類及使用量，其配方及評價結 果如表1所示，此處不另贅述。
[0042] 評價方式 斷裂延伸率 生物可分解塑膠的斷裂延伸率系將上述實施例1至5及比較例1所製得的生物可分解 塑膠放置於90°C的環境下，進行乾燥步驟，以使生物可分解塑膠的含水率不大於250ppm。 經過4小時後，以加工溫度為150°C至185°C，且模具溫度為100°C至120°C的條件對乾燥的 生物可分解塑膠進行射出成型步驟，而可製得生物可分解塑膠製品。
[0043] 接著，依據美國材料試驗協會（AmericanSocietyforTestingandMaterials; ASTM)的D-638法來量測上述生物可分解塑膠製品的斷裂延伸率。
[0044] 由表1的結果可知，本發明通過在聚乳酸中添加聚酯化合物、多元醇化合物及脂 肪族聚酯化合物，以增加生物可分解塑膠中的各組成的兼容性，而可增加均勻性。再者，利 用本發明的生物可分解塑膠的製造方法可製得具有優異延展性的生物可分解塑膠。
[0045] 雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，在本發明所屬技術 領域中任何具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作各種的更動與潤飾， 因此本發明的保護範圍當視後附的權利要求書所界定者為準。
[0046] 表 1 .

【權利要求】
1. 具延展性的生物可分解塑膠的製造方法，其特徵在於，包含： 提供一生物可分解塑膠組成物，其中該生物可分解塑膠組成物包含聚乳酸、聚酯化合 物、多元醇及脂肪族聚酯化合物，基於該聚乳酸的含量為100重量份，該聚酯化合物的使用 量為1重量份至30重量份，該多元醇的使用量為0. 1重量份至10重量份，該脂肪族聚酯化 合物的使用量為1重量份至20重量份；以及 對該生物可分解塑膠組成物進行一混煉造粒步驟，以形成一具延展性的生物可分解塑 膠。
2. 根據權利要求1所述的具延展性的生物可分解塑膠的製造方法，其特徵在於：其中 該聚乳酸之一光學純度不小於95%。
3. 根據權利要求1所述的具延展性的生物可分解塑膠的製造方法，其特徵在於：其中 該聚乳酸包含聚左旋乳酸及聚右旋乳酸。
4. 根據權利要求3所述的具延展性的生物可分解塑膠的製造方法，其特徵在於：其中 該聚右旋乳酸與該聚左旋乳酸形成一立體異構物。
5. 根據權利要求1所述的具延展性的生物可分解塑膠的製造方法，其特徵在於：其 中該聚酯化合物系選自於由聚己內酯、聚對苯二甲酸己二酸丁二醇共聚酯、聚丁烯對苯二 甲酸酯、聚羥基脂肪酸酯、聚醯胺酯、聚對苯二甲酸乙二酯及上述的任意組合所組成之一族 群。
6. 根據權利要求1所述的具延展性的生物可分解塑膠的製造方法，其特徵在於：其中 該多元醇系選自於不飽和多元醇、飽和多元醇、環氧多元醇、聚醚多元醇、聚酯多元醇、多元 醇糖及上述的任意組合所組成之一族群。
7. 根據權利要求1所述的具延展性的生物可分解塑膠的製造方法，其特徵在於：其中 該脂肪族聚酯化合物是選自於檸檬酸三丁酯、三醋酸甘油酯、三羥甲基丙烷三辛酸酯、聚己 二酸丙二醇酯、聚乙醇酸、戊二酸飽和脂肪酸酯、3-戊二醇脂肪酸酯及上述的任意組合所組 成之一族群。
8. 根據權利要求1所述的具延展性的生物可分解塑膠的製造方法，其特徵在於：其中 該混煉造粒步驟的溫度在150°C至180°C。
9. 一種具延展性的生物可分解塑膠，其特徵在於：其是利用如權利要求1至8項中任 一項所述的具延展性的生物可分解塑膠的製造方法所製備，其中該具延展性的生物可分解 塑膠的一斷裂延伸率為250%至600%。
【文檔編號】C08L71/00GK104341751SQ201310326606
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2013年7月31日 優先權日:2013年7月31日
【發明者】王凱弘, 吳中仁, 張簡邦宏 申請人:允友成(宿遷)複合新材料有限公司