专利名称：耐热性聚乳酸树脂挤出成型品的制造方法及其制品的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种聚乳酸树脂成型品的制造方法及其制品，特别 是涉及一种耐热性聚乳酸树脂挤出成型品的制造方法及其制品。
背景技术：
以石油为原料的高分子聚合物材料虽广泛被制造成日常生活用 品，但是此类高分子聚合物，例如，聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、 聚氯乙烯等，使用后很难再回收利用，并且由于其结构稳定，不易 在自然环境中分解，对环境造成极大的影响，因此对于高分子聚合 物的回收机理与可分解高分子聚合物的研究也越来越重要。
其中，聚乳酸(polylactic acid，简称为PLA，也称为聚丙交 酯)是目前研究应用相对较多的一种降解材料，它是以淀粉发酵或化 学合成得到的乳酸为基本原料制备得到的一种比较不会危害环境的 材料，除了生物可分解的特性外，聚乳酸还具有良好的机械特性、 加工方便，及容易取得材料等优点。其应用十分广泛，经过加工后 可制成各种民用与卫生医,疗用品，例如，快餐饭盒、无纺布、保健 织物、地垫、免拆型手术缝合线等。
但是， 一般聚乳酸树脂产品，由于聚乳酸的玻璃化点(glass transition,也称为玻璃化转变温度)约为60。C，所制成的产品以 货车运输时，由于货舱为密闭空间，白天受热后温度易持续上升高 达50'C以上，导致置于货舱中的产品会因不耐热而产生软化变形的 情形；或者，当该聚乳酸树脂产品在使用时不能与高温物品相接 触，例如，用聚乳酸餐盒盛饭菜时，刚煮好的饭菜温度多高于50°C
以上，与该餐盒接触时也容易导致餐盒变形而不耐使用，导致现有 聚乳酸树脂产品具有不利于长途运输储藏与使用范围较有限的缺 占。
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为了改善上述缺点，会在聚乳酸原料中再加入成核剂(nucleic agent)以增加聚合物的结晶度，和提高聚乳酸树脂产品的热变形温 度，通常添加有成核剂的聚乳酸树脂产品，其热变形温度可提高至 ll(TC-150°C，参见图1，在此以挤出成型品为例说明其制造方法， 其包含下列步骤
步骤101为挤出成型，是将含有聚乳酸的原料与成核剂的混合 物搅拌均匀后，送入挤出机料斗，以通过该挤出机并配合挤出模具 (die)连续挤出并一体成型为半成品。
步骤102为冷却并制备成型品，该半成品被挤出后，让其依次 通过冷却定型引取机构，并控制其降温速度，使该半成品在一定时 间内形成均匀且大量的结晶，直到该半成品的温度降至聚乳酸的玻 璃化转变点温度以下(通常是使该挤出半成品降温至50°C以下)为 止，则可制备该挤出成型品，再将冷却完成的挤出成型品取出。
步骤103为巻取裁切，以巻取裁切机将该成型品巻成筒状，并 在设定的长度作裁切。
虽然在聚乳酸原料中添加成核剂的过程，可制出具有较高热变 形温度且耐热性较好的聚乳酸树脂挤出成型品，但是实际仍存有下 列缺陷
(1) 当混合物挤出成型为挤出半成品后，必须让该挤出半成品缓 慢冷却，否则会造成结晶不良而影响最终产品的机械强度，由于该 挤出半成品是留在该冷却引取机构上待其温度缓慢降低至使聚乳酸 形成完美结晶，导致过程所需时间相对较长，进而使该现有的制造 方法相对具有过程效率较差的缺点。
(2) 由于半成品在冷却引取机构中必须缓慢且稳定地降温为成型
品后才能取出，除了过程效率与产品产量会受限外，所花费的时间 成本也较高，并使所制备的耐热性聚乳酸树脂挤出成型品的成本也 较高，而较不利于推广使用。
发明内容
本发明的目的是在提供一种过程效率较高，且仍能维持所制出 成型品的耐热性与机械强度的耐热性聚乳酸树脂挤出成型品的制造 方法及其制品。
于是，本发明耐热性聚乳酸树脂挤出成型品的制造方法包括以 下步骤
(1) 初步成型，是将包含有聚乳酸的原料与成核剂组分的混合物 搅拌均匀后，送入挤出成型机并配合挤出模具一体成型为半成品；
(2) 冷却，使该半成品快速冷却至预定温度以下；
(3) 再加热，将该半成品移到加热装置内，并使该半成品的温度 维持在10(TC-15(TC的范围内加热一预定时间，以制备初成型品；
(4) 冷却，使该初成型品冷却到聚乳酸原料的玻璃化转变温度以
下，以获得该耐热性挤出成型品。
本发明的有益效果在于即使半成品被快速降温而产生结晶度 不足的情形，仍能透过步骤(3)再加热的后处理程序，使该半成品通 过再结晶过程形成结晶度较高的稳定结构，此外，由于该半成品可 利用较快速的降温定型，并能立即被移到加热后处理程序，使挤出 机仍维持高效率的产出，而达到使本发明的制造方法具有能提高过 程效率，且仍能使该挤出成型品维持较好的耐热性与机械强度的特 性。
本发明的另一目的是在提供一种配合特定的后处理过程所制 备，且成本相对较低廉、结晶度较高，及机械强度较好的耐热性聚 乳酸树脂挤出成型品的制品。
本发明耐热性聚乳酸树脂挤出成型品的制品是将以上述的制造 方法所制备的耐热性挤出成型品再进一步加工而成，该制品包含呈 间隔设置的第一端面、第二端面，及连接在该第一端面与该第二端 面间的连接面。
该第一端面与第二端面的形状是根据实际应用需求，配合上述 制造方法的步骤(l)中的挤出模具的设计而成型出预定的形状，例 如，在将该挤出成型品制成呈百叶窗叶片形式的制品时，是配合上 述制造方法，先直接挤压出具有预定截面形状(是与最终制品的第 一、第二端面形状相对应)的半成品，并经过冷却、再加热与冷却等 处理过程，且根据预定长度裁切后，就能制备适合作为百叶窗叶片 的制品。
本发明的有益效果在于配合上述制造方法所制备的耐热性聚 乳酸树脂挤出成型品的制品，除了能够通过再加热处理减少整体过 程时间进一步降低生产成本外，还能提高该成型品的结晶度，而使 该制品具有较好的耐热性与机械强度等实用价值，加上该制品是以 聚乳酸为主要材料制成，当该制品废弃不用时，可以被自然环境分 解而不会造成环境的负担，使本发明该制品具有生产成本较低、有 较好的耐热性与机械强度，及较环保的特性与优点。
图1是说明现有的耐热性聚乳酸树脂挤出成型品的制造方法的 流程图2是说明本发明耐热性聚乳酸树脂挤出成型品的制造方法一 优选实施例的流程图3是侧视示意图，说明该优选实施例通过成型机、挤出模 具、第一冷却装置、加热装置、第二冷却装置，和巻取裁切机制备 耐热性挤出成型品的情形；
图4是立体示意图，说明本发明耐热性聚乳酸树脂挤出成型品 的制品一优选实施例设计为百叶窗叶片的形式。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细说明-
参见图2与图3 ，为本发明耐热性聚乳酸树脂挤出成型品的制 造方法一优选实施例，包括以下步骤-
步骤201为初步成型，是将包含有聚乳酸的原料与成核剂组分 的混合物搅拌均匀后，送入挤出成型机3并配合挤出模具31 —体成 型为半成品301。
其中，该成核剂可根据过程设计与产品规格选用有机成核剂和 无机成核剂，所述无机成核剂是选自粘土、云母(mica)、硅酸盐 类、碳酸钙(CaC03)、 二氧化硅(silica)、滑石(talc)，以及它们的 组合中的物质。并且该成核剂组分还经过微粒化或纳米化为小粒径 的粉粒以利于提高其与聚乳酸的成核效率。
其中，挤出模具31的形式不应该受到限制，混合物可通过挤出 模具31成型为呈薄片形式的半成品301，也可配合设计为特定形状 的挤出模具31进行异型挤出，或圆管状挤出，以挤压成型为呈预定 截面形状的半成品301，例如，该混合物能够配合该挤出模具31被 挤压为呈中空薄板形式的半成品301，或配合另一种设计形式的挤 出模具31被挤压为具有T形截面的半成品301。
在该优选实施例中，半成品301经挤出成型后，通过连续设置 的输送装置4依次输送到下一个处理过程。
步骤202为冷却，是通过第一冷却装置32使该半成品301快速 冷却至预定温度以下。
其中，该第一冷却装置32可采用水冷、气冷或冷却介质冷却等 方式使该半成品301降温， 一般是降温到5(TC以下，《旦是所使用的
降温方式不应受到限制，其主要目的是通过使该半成品301快速降 温，而能及早将该半成品301移动到下一个处理过程，使挤出机仍 维持高效率产出，以免整体制造速度受到拖延，使该成型机3与挤 出模具31的利用效率可大幅提高。
步骤203为再加热，是将该半成品301移到加热装置33内，并 控制使该半成品301的温度维持在100°C-15(TC的范围内对其加热 30秒-30分钟，以使该半成品301进一步再结晶为初成型品302。 其中，该输送装置4具有多个组沿该半成品301的输送方向间隔地 设置在该加热装置33内，并夹置在该半成品301上下二相反侧的滚 轮组41，以辅助输送该半成品301朝下一过程前进，并防止该半成 品301在该加热装置33内因受热升温而发生变形。
值得一提的是，在该较优选实施例中，虽然是以滚轮作为该输 送装置4的传输机构，但不应以此限制该输送装置4的传输形式， 也可以采用履带或其它形式的传输机构设计输送装置4的传输型 式，同样能够达到依次输送半成品301到下一个处理程序的使用目 的。
通过对该半成品301进行再加热作为一种后处理，使该半成品 301虽然可能因为快速降温而发生结晶度不足的情形，仍能通过再 加热处理而进行再结晶过程，进而形成结晶度较高的稳定结构，使 最终产品的耐热性与机械强度不致受影响。在该优选实施例中所使 用的加热装置33为烘箱，其加热方式则可根据实际使用需求设计成 电热加热、蒸汽加热或热媒油加热的方式。
步骤204为冷却，是通过第二冷却装置34使初成型品302冷却 到聚乳酸原料的玻璃化转变温度以下，以获得耐热性挤出成型品 303。
步骤205为巻取裁切，是利用巻取裁切机35将完成冷却的耐热 性挤出成型品303巻取成筒状，并在预定的长度作裁切，形成方便
搬运与管理的成捆包装形式。但是，当该耐热性挤出成型品303是 呈厚度较大且硬度较高的结构时，则无法以巻取方式收取，此时， 可直接在预定长度径行将该耐热性挤出成型品303裁切成片状、块 状或条状，再另行以适当方式包装。
值得说明的是，步骤201所制备的半成品优选是通过输送装置 4直接且依次地输送到该第一冷却装置32进行冷却，接着，再继续 输送到加热装置33进行再加热，和输送到该第二冷却装置34进行 冷却，而可以以连续的过程制备耐热性挤出成型品303，通过控制 该第一、第二冷却装置32、 34的冷却速度，及该加热装置33的加 热速度，再调整该输送装置4的传送速度，就能使该半成品301沿 预定路径顺利地移动与被处理为耐热性挤出成型品303。
值得一提的是，根据耐热性挤出成型品303的用途与使用方 式，可配合不同的挤出模具31以成型出具有预定的截面形状的半成 品301，再进一步经再加热与冷却等过程制成耐热性挤出成型品 303，由此增加挤出成型品303的应用范围。
在该优选实施例中，配合聚乳酸的玻璃化点约为60'C左右，优 选是使该初成型品302冷却到60'C以下，更优选则是使该初成型品 302冷却到5(TC以下。
值得说明的是，在步骤204中，该初成型品302的冷却方式也 可以选用水冷、气冷或冷却介质冷却来达到降温的效果，或者也可 以静置使其自然冷却，最终都能获得结晶度较高且耐热性好的聚乳 酸树脂挤出成型品303，由于在步骤203的再加热处理中，已足以 使该半成品301通过再结晶形成结晶度较高、结构稳定的初成型品 302，所以步骤204的冷却处理，不一定要如传统的方式一般，必须 静置使该初成型品302自然冷却到预定温度以下，但是就算是采用 缓慢的自然冷却降温方式，由于该半成品301在挤出成型并经步骤 202的快速冷却处理后，就可以直接移到他处进行再加热与冷却处
理，因此，并不会影响到步骤201与步骤202过程的顺畅度与速 度，同样能够提高产品的生产效率，进而降低生产成本。
通过以上的说明能够得知，本发明耐热性聚乳酸树脂挤出成型 品的制造方法能够获得下述的效果及优点，所以确实能达到本发明 的目的
一、 当混合物挤出成型为半成品301后，由于该半成品301可 通过后续的再加热形成结晶度较高的结构，因此能够先以快速冷却 的方式，让该半成品301降温到聚乳酸的玻璃化点温度以下，就能 将该半成品301移到下一个处理过程，使成型机3与挤出模具31仍 能维持高效率的产出，进而能够大幅减少过程时间，而达到本发明 的制造方法具有过程效率较高、可提高单位时间的产品产量，进而 能降低生产成本的优点。
二、 通过再加热处理，使半成品301在初步成型时由于快速冷 却所造成的结晶度不足问题可确实获得改善，并再形成结晶度较高 与结构稳定的初成型品302，且经冷却后，使最终制备的挤出成型 品303具有可耐高温(约11(TC-15(TC)的特性，而能够有效提高该 聚乳酸树脂成型品303的实用价值，且通过再加热的后处理过程， 可改善该半成品301停留于冷却引取机构时间过长的缺点，并能进 一步减少时间成本与生产成本，使本发明制造方法所制备的耐热性 聚乳酸树脂挤出成型品303不但具有稳定实用的耐热性与机械强 度，且由于制造成本较低，使其售价较容易为使用者接受，而有利 于相关产品的推广使用。
参见图4，为本发明耐热性聚乳酸树脂挤出成型品的制品5的 优选实施例，是通过上述的制造方法所制备的挤出成型品再进一步 加工而成，该制品5包含呈间隔设置的第一端面51、第二端面52， 及连接在该第一端面51与该第二端面52间的连接面53。
其中，该第一端面51与第二端面52的形状是因根据实际应用
需求，并配合上述制造方法的步骤201中的挤出模具的设计而成型 出预定的形状，例如，在将该挤出成型品应用在百叶窗叶片时，是 配合上述制作方法，先直接挤压出具有预定截面形状(是与最终制品 的第一、第二端面形状相对应)的半成品，经冷却、再加热与冷却过 程，并裁切成预定长度后，就能制备适合作为百叶窗叶片的制品 5。
在该优选实施例中，虽然是以百叶窗叶片为例说明该制品5， 但是不应以此限制该制品5的形式，通过不同设计的挤出模具，可 改变该挤出成型品的挤出形式，进而使所制出的制品5的第一、第 二端面51、 52呈现所要求的截面形状，以供不同的用途使用。
此外，也可分别在该第一、第二端面51、 52形成第一装设孔 511与第二装设孔521，以便于供该百叶窗叶片组结定位，在根据上 述的过程方法成型为该半成品的过程中，可以直接配合该挤出模具 的设计，在挤出时就直接成型出该第一、第二装设孔511、 521，但 是不应以此限制该第一、第二装设孔511、 521的设置方式，也可以 在制成该挤出成型品，并裁切为适当长度后，再另外设置该第一、 第二装设孔511、 521。
经由以上的说明能够得知，本发明耐热性聚乳酸树脂挤出成型 品的制品5能够获致下述的效果及优点，所以确实能够达到本发明 的目的-
一、 由于该制品5是以聚乳酸为基材制成，因此，当废弃或无 法使用时，可以很容易地被生物分解并被自然环境吸收消化，使该 制品相对具有使用上较环保的优点。
二、 由于该制品5是用再加热处理与冷却的挤出成型品进一步 加工制成，使该制品5虽然是由生物可分解的环保材料所制成，仍 能通过再加热进行再结晶而形成结晶度较高的稳定结构，加上使用 本发明的制造方法可有效提高过程效率，进而节省生产成本，使该制品除了具有较好的耐热性与机械强度外，制造成本也相对较低， 而具有可大量制造生产的实用价值与经济价值。
权利要求
1.一种耐热性聚乳酸树脂挤出成型品的制造方法，其特征在于该制造方法包括以下步骤(1)初步成型，将包含有聚乳酸的原料与成核剂组分的混合物搅拌均匀后，送入挤出成型机并配合挤出模具一体成型出半成品；(2)冷却，使所述半成品快速冷却至预定温度以下；(3)再加热，将所述半成品移到加热装置内，并在使所述半成品的温度维持在100℃-150℃的范围内进行加热，以制备初成型品；(4)冷却，使所述初成型品冷却到聚乳酸原料的玻璃化转变温度以下，以获得所述耐热性挤出成型品。
2. 如权利要求l所述的耐热性聚乳酸树脂挤出成型品的制造方法，其特征在于在步骤(3)中，使所述半成品的温度维持在10(TC-15(TC的范围内对其加热30秒-30分钟，以制备所述初成型品。
3. 如权利要求2所述的耐热性聚乳酸树脂挤出成型品的制造方法，其特征在于在步骤(l)中的所述成核剂组分选自无机成核剂和有机成核剂。
4. 如权利要求3所述的耐热性聚乳酸树脂挤出成型品的制造方法，其特征在于所述成核剂组分是无机成核剂，并且选自粘土、云母、硅酸盐类、碳酸钙、二氧化硅、滑石、以及它们的组合。
5. 如权利要求4所述的耐热性聚乳酸树脂挤出成型品的制造方 法，其特征在于所述成核剂组分是还经过微粒化或纳米化以制成小粒径的成分。
6. 如权利要求5所述的耐热性聚乳酸树脂挤出成型品的制造方 法，其特征在于在步骤(4)中，所述初成型品被冷却到5(TC以下。
7. 如权利要求6所述的耐热性聚乳酸树脂挤出成型品的制造方法，其特征在于在步骤(l)中，所述混合物被挤压为呈薄片形式的 半成品。
8. 如权利要求7所述的耐热性聚乳酸树脂挤出成型品的制造方法，其特征在于在步骤(l)所制备的半成品是沿输送装置直接且依 序地被输送到第一冷却装置进行冷却、输送到所述加热装置进行再 加热，及输送到第二冷却装置进行冷却而制备所述耐热性挤压成型品 o
9. 如权利要求8所述的耐热性聚乳酸树脂挤出成型品的制造方 法，其特征在于还包含在步骤(4)以后的步骤(5)，步骤(5)为巻取 裁切，将完成冷却的该耐热性挤出成型品巻取成筒状，并在预定的 长度作裁切。
10. 如权利要求6所述的耐热性聚乳酸树脂挤出成型品的制造方 法，其特征在于在步骤(l)中，所述混合物是配合具有特定形状的 挤出模具作异型挤出，并被挤压为呈预定截面形状的半成品。
11. 如权利要求10所述的耐热性聚乳酸树脂挤出成型品的制造方法，其特征在于在步骤(l)中，所述混合物是配合所述挤出模具被挤压为中空薄板形式或中空管状的半成品。
12. 如权利要求10所述的耐热性聚乳酸树脂挤出成型品的制造方法，其特征在于在步骤(l)中，所述混合物是配合所述挤出模具被挤压为具有T形截面的半成品。
13. 如权利要求10所述的耐热性聚乳酸树脂挤出成型品的制造方 法，其特征在于在步骤(l)所制备的半成品是沿输送装置直接且依次地被输送到第一冷却装置进行冷却、输送到所述加热装置进行再 加热，及输送到第二冷却装置进行冷却而制备所述耐热性挤出成型品o
14. 如权利要求13所述的耐热性聚乳酸树脂挤出成型品的制造方 法，其特征在于:还包含在步骤(4)以后的步骤(5)，步骤(5)为巻取裁切，将完成冷却的所述耐热性挤出成型品巻取成筒状，并在预定 的长度作裁切。
15. 如权利要求l所述的耐热性聚乳酸树脂挤出成型品的制造方法，其特征在于在所述步骤(3)中的加热装置是采用选自电热加 热、蒸汽加热，及热媒油加热中的方法进行再加热。
16. —种耐热性乳酸树脂挤出成型品的制品，其特征在于所述制品是将如权利要求1一15中任一项的制造方法所制备的耐热性挤出成型品再进一步加工而成，所述制品包含间隔设置的第一端面、第 二端面，及连接在所述第一端面与所述第二端面间的连接面。
17. 如权利要求16所述的耐热性聚乳酸树脂挤出成型品的制品，其特征在于所述制品是被制成百叶窗叶片的形式。
18. 如权利要求17所述的耐热性聚乳酸树脂挤出成型品的制品，其特征在于分别在所述第一、第二端面形成第一装设孔与第二装 设孔，以便于供所述百叶窗叶片组结定位。
19. 如权利要求18所述的耐热性聚乳酸树脂挤出成型品的制品，其特征在于所述第一、第二装设孔是在挤出时直接成型。
全文摘要
一种耐热性聚乳酸树脂挤出成型品的制造方法及其制品，包括以下步骤将含有聚乳酸的原料与成核剂组分的混合物送至挤出成型机以初步成型为半成品后，使所述半成品快速冷却，再将该半成品移到加热装置进行再加热以制备初成型品，加热完成后，将初成型品冷却到聚乳酸原料的玻璃化转变温度以下并取出，获得该耐热性成型品。通过再加热处理，使半成品能通过再结晶过程形成稳定的结构以提高产品的耐热性，及减少所述半成品停留于所述挤出成型机与冷却引取机构的时间，而能有效增加过程效率与减少生产成本。
文档编号B29C47/00GK101342782SQ20071012860
公开日2009年1月14日 申请日期2007年7月9日 优先权日2007年7月9日
发明者黄建铭 申请人:黄建铭