耐冲击生物可分解塑胶及其制造方法
【专利摘要】本发明揭露一种耐冲击生物可分解塑胶及其制造方法，其是利用在聚乳酸中添加聚酯化合物、脂肪族酸酯化合物、烷基氧化物以及无机添加剂，以增加所得的生物可分解塑胶的耐冲击性。
【专利说明】耐冲击生物可分解塑胶及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明是有关于一种塑胶材料，且特别是有关于一种生物可分解塑胶材料。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着工商产业日新月异的脚步，塑胶制品的需求逐年增加，无论是交通运 输，或物品的储存保护，塑胶制品俨然已成为工业或日常生活不可或缺的物品。
[0003] 长久以来，传统塑胶制品是使用石化产品作为主要原料。但传统塑胶制品不易分 解，使用后任意弃置对于生态造成极大的负担。
[0004] 常见的废弃物处理方式之一是焚化处理，若使用焚化处理传统塑胶制品废弃物， 焚化后易产生有毒气体，再度对环境造成伤害。此外，石化产品的来源逐渐短缺，使得传统 塑胶制品成本日益增加，开发替代且环保的塑胶制品已成为刻不容缓的议题。
[0005] 由于环保意识高涨与石化产品原料来源短缺，目前开发出生物可分解塑胶制品， 以逐渐取代传统塑胶。一般常见的生物可分解塑胶原料是聚乳酸。当生物可分解塑胶弃置 于自然环境中时，所含的聚乳酸会被环境中的微生物代谢分解。若生物可分解塑胶直接焚 化后，仅会产生水和二氧化碳，因此不会对环境造成冲击。
[0006] 然而，目前生物可分解塑胶制品仍有技术上的瓶颈，而无法完全取代习知的石化 产品所制备的塑胶制品。例如生物可分解塑胶制品的耐冲击性不佳，以致不耐长途运输、久 存，而无法提供物品足够的保护。
[0007] 为了解决上述问题，目前业界尝试于生物可分解的塑胶中添加石化产品，以增加 生物可分解塑胶制品的耐冲击性。纵然仅添加少量的石化产品，仍可能导致生物可分解的 塑胶制品无法完全分解的风险，或经由焚化后又产生有毒气体，可能再度对环境造成伤害。
[0008] 有鉴于此，亟需提出一种耐冲击生物可分解塑胶及其制造方法，借以改善习知塑 胶制品的种种问题。
【发明内容】
[0009] 因此，本发明之一态样就是在提供一种耐冲击生物可分解塑胶及其制造方法，其 是利用于聚乳酸中添加聚酯化合物、脂肪族酸酯化合物、烷基氧化物以及无机添加剂，以增 加所得的生物可分解塑胶的耐冲击性。
[0010] 根据本发明的上述态样，提出一种耐冲击生物可分解塑胶及其制造方法。在一实 施例中，首先，提供一生物可分解塑胶组成物，其中生物可分解塑胶组成物包含聚乳酸、聚 酯化合物、多元醇、脂肪族酸酯化合物、烷基氧化物以及无机添加剂，基于聚乳酸的含量为 100重量份，聚酯化合物的含量为1重量份至30重量份，多元醇的含量为0. 1重量份至10 重量份，脂肪族酸酯化合物的含量为1重量份至20重量份，烷基氧化物的含量为0. 1重量 份至1重量份，无机添加剂的含量为1重量份至25重量份。
[0011] 接着，将生物可分解塑胶组成物进行混炼造粒步骤，以形成耐冲击的生物可分解 塑胶。
[0012] 依据本发明的另一实施例，上述该耐冲击生物可分解塑胶的平均含水率不大于 250ppm〇
[0013] 依据本发明的另一实施例，上述聚乳酸的光学纯度系不小于95%。
[0014] 依据本发明的又一实施例，上述聚乳酸是聚左旋乳酸。
[0015] 依据本发明的再一实施例，上述聚乳酸包含聚左旋乳酸与聚右旋乳酸。
[0016] 依据本发明的再一实施例，上述聚右旋乳酸与聚左旋乳酸组成一异构物。
[0017] 依据本发明的再一实施例，上述多元醇可包含但不限于不饱和多元醇、饱和多元 醇、环氧多元醇、聚醚多元醇、聚酯多元醇、天然多元醇、多元醇糖及其任意组合。
[0018] 依据本发明的再一实施例，上述烷基氧化物可包含但不限于烷基过氧化物、不饱 和环氧基化合物、饱和环氧基化合物、不饱和酰胺化合物、饱和酰胺化合物及其任意组合。
[0019] 依据本发明的再一实施例，上述无机添加剂可包含但不限于陶瓷、黏土、云母、碳 酸钙、滑石、二氧化硅及其任意组合。
[0020] 依据本发明的再一实施例，上述脂肪族酸酯化合物可包含但不限于柠檬酸三丁 酯、三醋酸甘油酯、三羟甲基丙烷三辛酸酯、聚己二酸丙二醇酯、聚乙醇酸、戊二酸饱和脂肪 酸酯、3-戊二醇脂肪酸酯及其任意组合。
[0021] 应用本发明耐冲击生物可分解塑胶及其制造方法，其是利用在聚乳酸中添加聚酯 化合物、脂肪族酸酯化合物、烷基氧化物以及无机添加剂，以增加所得的生物可分解塑胶的 耐冲击性。
【专利附图】
【附图说明】
[0022] 图1是绘示依照本发明之一实施例的耐冲击生物可分解塑胶的制造方法的流程 图。
[0023] 100 方法 110提供生物可分解塑胶组成物 120进行混炼造粒步骤 130形成耐冲击生物可分解塑胶。
【具体实施方式】
[0024] 承前所述，本发明提供一种耐冲击生物可分解塑胶及其制造方法，其是在聚乳酸 中添加聚酯化合物、脂肪族酸酯化合物、烷基氧化物以及无机添加剂，以增加所得的生物可 分解塑胶的耐冲击性。以下配合图1说明本发明一实施例的耐冲击生物可分解塑胶的制造 方法。
[0025] 耐冲击生物可分解塑胶的制造方法 如图1所示，其是绘示依照本发明之一实施例的耐冲击的生物可分解塑胶的制造方法 的流程示意图。
[0026] 提供生物可分解塑胶组成物 首先，如步骤110所示，提供生物可分解塑胶组成物，其中生物可分解塑胶组成物包含 聚乳酸、聚酯化合物、多元醇、脂肪族酸酯化合物、烷基氧化物以及无机添加剂，且生物可分 解塑胶组成物不含分散剂及/或界面活性剂。
[0027] 在一实施例中，上述生物可分解塑胶组成物不需分散剂即可使组成物的原料分布 均匀，亦不需要通过界面活性剂增加组成物原料之间的兼容性。
[0028] 在一实施例中，上述生物可分解塑胶组成物可一次添加，或分步骤添加，以增加生 物可分解塑胶组成物的均匀性。
[0029] 在一实施例中，基于该聚乳酸的含量为100重量份，该聚酯化合物的含量为1重量 份至30重量份，该多元醇的含量为0. 1重量份至10重量份，该脂肪族酸酯化合物的含量为 1重量份至20重量份，该烷基氧化物的含量为0. 1重量份至1重量份，该无机添加剂的含量 为1重量份至25重量份。
[0030] 在一实施例中，上述聚乳酸可为聚左旋乳酸，或聚左旋乳酸与聚右旋乳酸所形成 的立体异构物（Sterocomplex-PLA，Sc-PLA)。在一例示中，上述聚左旋乳酸与聚右旋乳酸的 光学纯度系不小于95%，倘若上述聚左旋乳酸或聚右旋乳酸的光学纯度小于95%，则会降低 耐冲击生物可分解塑胶的耐冲击性与耐热性等物性，且会降低后续制程步骤中结晶速率。
[0031] 上述聚酯化合物可包含但不限于聚己内酯、聚对苯二甲酸己二酸丁二醇共聚酯、 聚丁烯对苯二甲酸酯、聚羟基脂肪酸酯、聚酰胺酯、聚对苯二甲酸乙二酯、其他适当的聚酯 化合物或上述材料的任意混合。
[0032] 在一实施例中，上述生物可分解塑胶中包含1重量份至30重量份的聚酯化合物， 以增加生物可分解塑胶的耐冲击性、耐热性与延展性。在此说明的是，倘若上述聚酯化合物 小于1重量份，则会降低生物可分解塑胶的耐冲击性。若上述聚酯化合物大于30重量份， 则会降低生物可分解塑胶的耐热性。
[0033] 在一实施例中，上述多元醇可包含但不限于不饱和多元醇、饱和多元醇、环氧多元 醇、聚醚多元醇、聚酯多元醇、天然多元醇、多元醇糖及其任意组合。多元醇的具体例，如：丙 二醇、丙三醇、丁二醇、聚乙二醇或己六醇等多元醇化合物。
[0034] 在一实施例中，上述生物可分解塑胶中包含0. 1重量份至10重量份的多元醇，可 与聚酯化合物作用以增加生物可分解塑胶的延展性。在此说明的是，倘若上述多元醇小于 〇. 1重量份，则会降低生物可分解塑胶的韧性。若上述多元醇大于10重量份，则会使生物可 分解塑胶的耐热性趋减。
[0035] 在一实施例中，上述脂肪族酸酯化合物可包含但不限于柠檬酸三丁酯、三醋酸甘 油酯、三羟甲基丙烷三辛酸酯、聚己二酸丙二醇酯、聚乙醇酸、戊二酸饱和脂肪酸酯、3-戊二 醇脂肪酸酯、其他适当的脂肪族酸酯化合物或上述化合物的任意组合。
[0036] 在一实施例中，上述生物可分解塑胶中包含1重量份至20重量份的脂肪族酸酯化 合物，以增加聚乳酸与聚酯化合物之间的兼容性，故不需要添加分散剂或界面活性剂，且脂 肪族酸酯化合物可增加生物可分解塑胶的韧性与耐冲击性。在此说明的是，倘若上述脂肪 族酸酯化合物小于1重量份，则会降低聚乳酸与聚酯化合物之间的兼容性。若上述脂肪族 酸酯化合物大于20重量份，因脂肪族酸酯化合物为液态，则会使脂肪族酸酯化合物无法与 其他粉态的组成物均匀混合。
[0037] 在一实施例中，上述烷基氧化物可包含但不限于烷基过氧化物、不饱和环氧基化 合物、饱和环氧基化合物、不饱和酰胺化合物、饱和酰胺化合物及其任意组合。烷基氧化物 的具体例，如：叔丁基过氧化物、叔戊基过氧化物、2, 5-二甲基-2, 5双（过氧化物）己烷、 过氧化二叔丁基、过氧化二叔戊基、2, 5-二甲基-2, 5-双（叔丁基过氧化）己烷、2, 5-二甲 基-2, 5-双（叔丁基过氧化）-3-己炔、其他适当的烷基化合物或上述化合物的任意混合。
[0038] 在一实施例中，上述生物可分解塑胶中包含0. 1重量份至1重量份的烷基氧化物， 以增加生物可分解塑胶的耐热性与耐冲击性。在此说明的是，倘若上述烷基氧化物小于〇. 1 重量份，则会降低生物可分解塑胶的耐热性与耐冲击性。若上述烷基氧化物大于1重量份， 则会使生物可分解塑胶的熔融指数下降，增加生物可分解塑胶的熔融强度，而使生物可分 解塑胶在后续制程，不易通过射出成型步骤制备大型物件。
[0039] 在一实施例中，上述无机添加剂可包含但不限于滑石粉、碳酸钙、碳酸镁、碳酸钡、 玻纤、奈米黏土、石英、其他适当的无机添加物或上述材料的任意混合。
[0040] 在一实施例中，上述生物可分解塑胶中包含1重量份至25重量份的无机添加剂， 以增加生物可分解塑胶的耐冲击性与降低射出成型步骤所需的时间。在此说明的是，倘若 上述无机添加剂小于1重量份，则会降低生物可分解塑胶的耐冲击性。若上述无机添加剂 大于25重量份，则会使生物可分解塑胶太过刚硬而容易脆裂。
[0041] 进行混炼造粒步骤 接着，如步骤120及130所示，将生物可分解塑胶组成物进行混炼造粒步骤，以形成耐 冲击生物可分解塑胶。在一实施例中，上述混炼造粒步骤的温度在150°C至180°C之间。
[0042] 在一实施例中，上述混炼造粒步骤更包含干燥步骤。在一例示中，上述干燥步骤的 温度是90°C。在另一例示中，上述干燥步骤的时间为不小于4小时，使生物可分解塑胶颗粒 的平均含水率系不大于250ppm，以避免生物可分解塑胶颗粒发生裂解。
[0043] 在一实施例中，进行混炼造粒步骤之后，此方法可进行一射出成型步骤，以形成具 有特定形状的生物可分解塑胶，其中前述的特定形状是根据射出成型的模具来决定。在一 实施例中，上述射出成型步骤的加工温度为150°C至180°C之间。在另一实施例中，上述射 出成型步骤的加工温度在165°C至170°C之间。在又一实施例中，上述射出成型步骤的模具 温度在l〇〇°C至120°C之间。
[0044] 在一实施例中，上述的耐冲击生物可分解塑胶之一耐冲击强度系大于90J/m。端 视客户需求或不同产品而异，在其他例示中，前述的生物可分解塑胶的耐冲击强度亦可为 90 至 1500J/m、90 至 350J/m、350 至 1100J/m、1000 至 1500J/m、1100 至 1500J/m。
[0045] 值得一提的是，本发明所得的耐冲击生物可分解塑胶，其是利用在聚乳酸中添加 聚酯化合物、脂肪族酸酯化合物、烷基氧化物以及无机添加剂，以增加所得的生物可分解塑 胶的耐冲击性。
[0046] 以下列举数个实施例，藉此更详尽阐述本发明的耐冲击生物可分解塑胶及其制造 方法，然其并非用以限定本发明，因此本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定 者为准。
[0047] 实施例1 首先，将100重量份的聚乳酸、1重量份的聚酯化合物、0. 1重量份的多元醇、1重量份的 脂肪族酸酯化合物、0. 1重量份的烷基氧化物及1重量份的无机添加剂加至搅拌桶中搅拌 均匀，以形成生物可分解塑胶组成物。
[0048] 接着，将此生物可分解塑胶组成物加至双螺杆押出机中（亚靖机械制），以进行制 粒制程，其中双螺杆押出机的螺杆直径为30毫米，螺杆长度与直径比为24至32,压缩比为 2. 5至1，螺杆转速为200rpm，150°C至180°C之间的温度进行混炼造粒步骤。然后，将生物 可分解塑胶颗粒以90°C、至少4小时以上进行干燥步骤，以形成生物可分解塑胶，使生物可 分解塑胶颗粒的平均含水率系不大于250ppm。
[0049] 将生物可分解塑胶熔融液体进行造粒步骤，以形成生物可分解塑胶颗粒。
[0050] 随后，将生物可分解塑胶颗粒以150°C至185°C之间的加工温度，100°C至120°C之 间的模具温度进行射出成型步骤，以获得耐冲击生物可分解塑胶。
[0051] 实施例2-5 实施例2-5同实施例1的制作方法，不同处在于实施例2-5生物可分解塑胶组成物的 组成成分使用量不同，其成分使用量如表1所示。
[0052] 比较例 比较例的制作方法同于实施例1，不同处在于比较例的生物可分解塑胶组成物的组成 成分使用量不同，其成分使用量如后面表1所示。
[0053] 评估方式 实施例1-5与比较例的耐冲击生物可分解塑胶进行耐冲击强度测试。
[0054] 上述各实施例及比较例的颗粒状的生物可分解塑胶组成物的耐冲击强度是依据 美国材料试验协会（AmericanSocietyforTestingandMaterials;ASTM)的D-256法来 量测。简言之，耐冲击强度测试是将具有切口的试片单边固定于钟摆式冲击测试仪。接着， 利用悬臂梁的方式，让摆锤落下撞击试片的切口。然后，计算钟摆式冲击测试仪所消耗的能 量。
[0055] 表1列出实施例与比较例的生物可分解塑胶的耐冲击强度的结果。其中「〇」表 示耐冲击强度为大于90J/m，「X」表示耐冲击强度为小于90J/m。上述耐冲击强度测试 结果可知，实施例1-5的耐冲击强度均大于90J/m，且实施例1-5的耐冲击强度均显著较佳 于比较例。
[0056] 综言之，由上述耐冲击强度测试结果可知，相较于比较例，本发明的实施例具有较 佳的耐冲击强度。
[0057] 惟在此需补充的是，本发明所属【技术领域】中任何具有通常知识者应可轻易理解， 本发明的生物可分解塑胶仅为例示说明，在其他实施例中亦可使用其他生物可分解材料 等。此为本发明所属【技术领域】中任何具有通常知识者所熟知，不另赘述。
[0058] 综言之，本发明所得的耐冲击生物可分解塑胶，其是利用在聚乳酸中添加聚酯化 合物、脂肪族酸酯化合物、烷基氧化物以及无机添加剂，以增加所得的生物可分解塑胶的耐 冲击性。
[0059] 虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何在此【技术领域】 中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发 明的保护范围当视后附的权利要求书范围所界定者为准。
【权利要求】
1. 一种耐冲击生物可分解塑胶的制造方法，其特征在于，包含： 提供一生物可分解塑胶组成物，其中该生物可分解塑胶组成物包含聚乳酸、聚酯化合 物、多元醇、脂肪族酸酯化合物、烷基氧化物以及无机添加剂，基于该聚乳酸的含量为100 重量份，该聚酯化合物的含量为1重量份至30重量份，该多元醇的含量为0. 1重量份至10 重量份，该脂肪族酸酯化合物的含量为1重量份至20重量份，该烷基氧化物之含量为0. 1 重量份至1重量份，该无机添加剂的含量为1重量份至25重量份； 对该生物可分解塑胶组成物进行一混炼造粒步骤，以形成一耐冲击生物可分解塑胶。
2. 如权利要求1所述的耐冲击生物可分解塑胶的制造方法，其特征在于：其中该耐冲 击生物可分解塑胶的平均含水率不大于250ppm。
3. 如权利要求1所述的耐冲击生物可分解塑胶的制造方法，其特征在于：其中该聚乳 酸的光学纯度不小于95%。
4. 如权利要求1所述的耐冲击生物可分解塑胶组成物，其特征在于：其中该聚乳酸是 聚左旋乳酸。
5. 如权利要求4所述的耐冲击生物可分解塑胶组成物，其特征在于：其中该聚乳酸更 包含聚右旋乳酸。
6. 如权利要求5所述的耐冲击生物可分解塑胶组成物，其特征在于：其中该聚右旋乳 酸与该聚左旋乳酸组成一异构物。
7. 如权利要求1所述的耐冲击生物可分解塑胶组成物，其特征在于：其中该多元醇是 选自于不饱和多元醇、饱和多元醇、环氧多元醇、聚醚多元醇、聚酯多元醇、天然多元醇、多 元醇糖以及上述的任意组合所组成之一族群。
8. 如权利要求1所述的耐冲击生物可分解塑胶组成物，其特征在于：其中该烷基氧化 物是选自于烷基过氧化物、不饱和环氧基化合物、饱和环氧基化合物、不饱和酰胺化合物、 饱和酰胺化合物以及上述的任意组合所组成之一族群。
9. 如权利要求1所述的耐冲击生物可分解塑胶组成物，其特征在于：其中该无机添加 剂是选自于陶瓷、黏土、云母、碳酸钙、滑石、二氧化硅以及上述的任意组合所组成之一族 群。
10. 如权利要求1所述的耐冲击生物可分解塑胶组成物，其特征在于：其中该脂肪族酸 酯化合物是选自于柠檬酸三丁酯、三醋酸甘油酯、三羟甲基丙烷三辛酸酯、聚己二酸丙二醇 酯、聚乙醇酸、戊二酸饱和脂肪酸酯、3-戊二醇脂肪酸酯以及上述的任意组合所组成之一族 群。
【文档编号】C08L67/04GK104277437SQ201310270536
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2013年7月1日 优先权日:2013年7月1日
【发明者】王凯弘, 吴中仁, 张简邦宏 申请人:允友成(宿迁)复合新材料有限公司