聚乳酸复合物制造系统的制作方法

本实用新型是关于一种聚乳酸复合物的制造系统，特别是一种能够应用于批次或连续式生产的聚乳酸复合物制造系统。

背景技术：

聚乳酸(polylacticacid，pla)为乳酸的聚合物，是一种原料取自植物的塑胶，其具有良好的生物降解性、及生物相容性，因此几乎已成为生物塑胶(biomassplastic)的代名词；并且聚乳酸具有优良的生物组织相容性，已被广泛应用于医学材料，如缝线、组织再生支持材料、药物缓慢释放系统的基质材料等。而随着环保意识的抬头，塑胶废弃物问题的浮上台面，微生物分解性塑胶逐渐受到注目，聚乳酸也因此成为全球瞩目的焦点材料。

近年来，在产业界持续努力开发下，聚乳酸的功能、性能已大幅提升，也开启了多样化的商品应用。聚乳酸的优点是具高透明性、刚性、可塑性，但同时也具有缺点，耐久性、耐热性、耐冲击性、柔软性、气密性不足等缺点限制了其应用范围，再加上受限于生产成本高昂，因此随着聚乳酸应用领域的不断扩展，单纯的聚乳酸已经不能满足人们的需要。

综上所述，人们开始将聚乳酸与其他配方进行共聚改性获得聚乳酸复合物，以调整聚乳酸的特性；即通过调节乳酸和其他共聚单体的比例来改变聚乳酸的性能。例如，聚乳酸为疏水性物质，降解周期难控制，通过与其他单体共聚可改善材料的疏水性、结晶性等，聚合物的降解速率可根据共聚物的分子量、共聚单体种类及配比等加以控制。

然而，现有的聚乳酸改质复合物对于聚乳酸的耐冲击特性、断裂延伸率、结晶速度、耐热性仍未有令人满意的改善，因此各界都迫切希望能够开发出一种具有优异机械性质及热力学性质的聚乳酸复合物。

技术实现要素：

因此，本实用新型提供了一种相应于所述些制程的聚乳酸复合物制造系统，将聚乳酸经过缩聚、半烷氧化、立体化等复合式制程后，能够有效提升其机械性质及热力学性质并且适用于批次生产或连续生产。

换言之，本实用新型可以提供一种聚乳酸复合物制造系统，其至少包含缩聚单元、半氧烷化单元、立体化单元、中间反应单元、及最终反应单元，其中所述缩聚单元用于将聚乳酸及聚乙二醇进行共聚反应而获得预混聚乳酸；所述半氧烷化单元用于将硅倍半氧烷衍生物与聚乳酸进行反应而获得半氧烷聚乳酸；所述立体化单元用于制备立体复合聚乳酸(stereo-complexpla)；所述中间反应单元是设置于所述缩聚单元及所述半氧烷化单元的出料端，用以接收来自所述缩聚单元的预混聚乳酸、以及来自所述半氧烷化单元的所述半氧烷聚乳酸，并将两者进行混炼获得第一中间产物；所述最终反应单元设置所述中间反应单元及所述立体化单元的出料端，用以接收来自所述中间反应单元的第一中间产物，以及来自所述立体化单元的所述立体复合聚乳酸(stereo-complexpla)聚乳酸立体错合物，并且进行混炼获得所述聚乳酸复合物

根据本实用新型的一实施例，所述聚乳酸复合物制造系统进一步包含改质无机物反应单元，其设置于所述立体化单元及所述最终反应单元的进料端，用以提供改质无机物至所述立体化单元及所述最终反应单元之中。

根据本实用新型的一实施例，所述聚乳酸复合物制造系统进一步包含监控单元，所述监控单元与所述缩聚单元、半氧烷化单元、立体化单元、中间反应单元、最终反应单元、及所述改质无机物反应单元电性连接。

根据本实用新型的一实施例，所述改质无机物反应单元包含有密炼装置。

根据本实用新型的一实施例，所述缩聚单元包含有拌料装置、密炼装置、及蒸馏装置，且所述密炼装置的进料端设有计量机构。

根据本实用新型的一实施例，所述半氧烷化单元包含有至少一押出装置及拌料装置，且所述至少一押出装置的进料端设有计量机构。

根据本实用新型的一实施例，所述拌料装置中进一步设有干燥除湿机构。

根据本实用新型的一实施例，所述立体化单元包含有密炼装置及至少一押出装置，且所述至少一押出装置的进料端设有计量机构。

根据本实用新型的一实施例，所述中间反应单元包含有押出装置，且所述押出装置的进料端设有计量机构。

根据本实用新型的一实施例，所述最终反应单元包含有密炼装置、干燥装置、及押出装置，且所述押出装置的进料端设有计量机构。

附图说明

图1为本实用新型的聚乳酸复合物制造系统的系统架构图。

图2为本实用新型的一实施例中的缩聚单元的配置架构图。

图3为本实用新型的一实施例中的半氧烷化单元的配置架构图。

图4为本实用新型的另一实施例中的半氧烷化单元的配置架构图。

图5为本实用新型的一实施例中的中间反应单元的配置架构图。

图6为本实用新型的一实施例中的改质无机物反应单元的配置架构图。

图7为本实用新型的一实施例中的立体化单元的配置架构图。

图8为本实用新型的一实施例中的最终反应单元的配置架构图。

其中：10：缩聚单元；20：半氧烷化单元；30：中间反应单元；40：立体化单元；50：改质无机物反应单元；60：最终反应单元；101、202：拌料装置；102、501、401、601：密炼装置；103：蒸馏装置；201、203、301、402、403、603：押出装置；602：干燥装置。

具体实施方式

以下，针对本实用新型有关的聚乳酸复合物制造系统的构成及技术内容等，列举各种适用的实例并配合参照随文所附图式而加以详细地说明；然而，本实用新型当然不是限定于所列举的所述等的实施例、图式或详细说明内容而已。

再者，本领域技术人员应当明了：所列举的实施例与所附的图式仅用于提供参考与说明，并非用来对本实用新型加以限制；能够基于所述等记载而容易实施的修饰或变更而完成的实用新型，都视为不脱离本实用新型的精神与意旨的范围内，当然所述等实用新型亦均包括在本实用新型的申请专利范围内。

另外，为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式。有关本实用新型的详细说明及技术内容，配合图式说明如下，然而所附图式仅用于提供参考与说明，并非用来对本实用新型加以限制；而关于本实用新型的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考图式的各实施例的详细说明中，将可清楚呈现，以下实施例所提到的方向用语，例如：「上」、「下」、「左」、「右」、「前」、「后」等，仅是参考附加图示的方向。因此，使用的方向用语是用来说明，而并非用来限制本实用新型；再者，在下列各实施例中，相同或相似的元件将采用相同或相似的元件标号。

在本实用新型中所使用加工设备主要为「拌料装置」、「密炼装置」、「押出装置」三种，是依据原料特性及成品需求来设置于各单元之中。「拌料装置」是内部设有转动叶片的搅拌装置，适用于物理性混合、或是中低温(30～50℃)的混合制程。「密炼装置」即为密闭式炼胶机(密炼机)，主要用于橡胶的塑炼和混炼，其内部设有一对特定形状并相对回转的转子，在可调温度和压力的密闭状态下空隙性地对聚合物进行塑炼和混炼，属于批次式生产，主要由密炼室、转子、转子密封设备、加料压料设备、卸料设备、传动设备及机座等元件所构成。「押出装置」是一种连续式装置，利用螺杆在加热料管中转动，带动原料进行掺混并押出成型，一般来说可以是单螺杆押出机及双螺杆押出机，较佳为双螺杆押出机。

请先参阅图1，其为本实用新型的聚乳酸复合物制造系统的架构示意图，所述制造系统包含有缩聚单元10、半氧烷化单元20、中间反应单元30、立体化单元40、及改质无机物反应单元50、及最终反应单元60；所述缩聚单元10、半氧烷化单元20是设置在所述制造系统的最前端，而所述中间反应单元30设置在缩聚单元10及半氧烷化单元20的出料端，用以接收来自所述缩聚单元10及半氧烷化单元20的产物，所述最终反应单元60设置在所述中间反应单元30、立体化单元40、及改质无机物反应单元50的出料端，用以接收来自所述中间反应单元30、立体化单元40、及改质无机物反应单元50的产物。另外，各单元可独立设置或是以输送带进行连接。

接着，以图1并配合图2～7所示的各单元的架构示意图说明本实用新型的聚乳酸复合物制造系统的具体实施方式及制造流程。

请参阅图2，所述缩聚单元10包含有拌料装置101、密炼装置102、及蒸馏装置103，用于将聚乳酸与聚乙烯醇进行缩聚反应而获得聚乳酸/聚乙烯醇共聚物；另外，各装置可独立设置或是以输送带依序连接。将60～80％的聚乳酸及20％～40％的聚乙二醇投入拌料装置101的入料口中，以35～50℃的温度、24～36rpm的转速，持续搅拌4～6小时，获得混合物a(涂布pla)；接着，将60％～90％的混合物a(涂布pla)、10％～20％的聚乳酸、0.8％～1.5％的三烯丙基异氢尿酸酯、及0.2～0.5％的催化剂投入密炼机中以150～170℃的温度混合7～16小时，然后再将所得产物输送至蒸馏装置103进行缩聚反应5～8小时，获得混合物b(聚乳酸/聚乙烯醇共聚物)。

又，根据本实用新型的技术思想，所述密炼装置102的进料口进一步设有计量机构，用以将三烯丙基异氢尿酸酯及催化剂以特定进料速度投入所述密炼装置102之中。

接着，请参阅图3，所述半氧烷化单元20包含有两个押出装置201、203、及拌料装置202，用于将硅倍半氧烷衍生物与聚乳酸进行反应而获得半氧烷聚乳酸；另外，各装置可独立设置或是以输送带依序连接。在本实用新型中所使用的硅倍半氧烷衍生物(polyhedraloligomericsilsesquioxane)是一种由si-o交替键结形成的多面体结构化合物，其通式为(rsio3/2)n且具有如下式i所示的结构式：

其中r并未特别限定，可以是烯基、氨基、或芳香基，较佳为乙烯基，在本发明的实施例中所使用的硅倍半氧烷衍生物为八乙烯基八硅倍半氧烷。

将60％～80％的聚乳酸、20％～40％的聚乙二醇、及1～20％的有机酸投入押出装置201中，以190～220℃的温度进行混合，获得混合物c(破坏性pla)之后，再将10％～40％的硬脂酸及/或其盐类、及60％～90％的混合物c(破坏性pla)输送至拌料装置202中，以35～50℃的温度、24～36rpm的转速，持续搅拌4～6小时；所述拌料装置202的内部进一步设有干燥机构，能够在搅拌的同时进行干燥除湿使水分含量降至0.01ppm以下，获得混合物d(酸化破坏性pla)。然后，将45％～70％的混合物d(酸化破坏性pla)、20％～35％的八乙烯基八硅倍半氧烷、10～35％的聚乙二醇、及0.2％～0.5％的催化剂投入押出装置302中以200～220℃的温度混合，获得混合物e(半氧烷聚乳酸)。

又，根据本实用新型的技术思想，所述押出装置201、203的进料口进一步设有计量机构，用以将有机酸、聚乙二醇、及催化剂以特定进料速度分别投入所述押出装置201、203之中。

在本实施例中，所述半氧烷化单元20设有两个押出装置201、203，但并不以此为限。请参阅图4，其为在另一实施例中所述半氧烷化单元20的架构配置图；所述半氧烷化单元20设有一个押出装置201、及一个拌料装置202，先经由押出装置201获得混合物c(破坏性pla)，利用拌料装置202获得混合物d(酸化破坏性pla)，最后再将混合物d(酸化破坏性pla)输送至押出装置201完成半氧烷聚乳酸的制造。

接着，将60％～90％的的混合物b(聚乳酸/聚乙烯醇共聚物)及15％～35的混合物e(半氧烷聚乳酸)、5～25％的脂类、及0.2％～0.5％的催化剂投入中间反应单元30中。如图5所示，所述中间反应单元30中含有押出装置301，能够将混合物b(聚乳酸/聚乙烯醇共聚物)、混合物e(半氧烷聚乳酸)、脂类及催化剂在190～210℃的温度下进行混炼并押出成型，获得第一中间产物。

又，根据本实用新型的技术思想，所述押出装置301的进料口进一步设有计量机构，用以将脂类及催化剂以特定进料速度分别投入所述押出装置201、203之中。

请参阅图6，其为改质无机物反应单元50的架构配置图。所述改质无机物反应单元50含有密炼装置501，用于将磷酸盐类及硬酯酸及/或其盐类在175℃～210℃的温度下进行混合而获得改质无机物，且所述改质无机物可输送至立体化单元40及最终反应单元60做为后续制程的使用原料。

请参阅图7，所述立体化单元40包含有密炼装置401、及两个押出装置402、403，用以制备立体复合聚乳酸(stereo-complexpla)，并且各装置可独立设置或是以输送带依序连接。将60％～80％的聚乳酸、1％～12％的无机添加剂、8～19％的山梨酸及/或其盐类、及0.2～0.5％的催化剂投入密炼装置401中以175～200℃的温度混合5～12小时，获得混合物g(预结晶pla)；然后将所述混合物g(预结晶pla)输送至押出装置402中，与脂类、0.2％～0.5％的催化剂以及来自改质无机物反应单元50的改质无机物在以180～220℃的温度条件下进行混合，获得混合物f(结晶pla)。接着，在将混合物f(结晶pla)输送至押出装置403中，与四针状氧化锌晶须(tetra-needlelikeznowhiskers,t-znow)、聚乙二醇、及催化剂在200～220℃的温度下混合，而获得立体复合聚乳酸(stereo-complexpla)。

又，根据本实用新型的技术思想，所述密炼装置401、及两个押出装置402、403的进料口分别进一步设有计量机构，用以将山梨酸及/或其盐类、脂类、聚乙二醇、及催化剂以特定进料速度分别投入所述密炼装置401及两个押出装置402、403之中。

然后，请参阅图8，所述最终反应单元60是设置所述中间反应单元30及所述立体化单元40、及所述改质无机物反应单元50的出料端，用以制备最终产物。所述最终反应单元60包含有密炼装置601、干燥装置602、及押出装置602，并且各装置可独立设置或是以输送带依序连接。密炼装置601接收来自中间反应单元30的第一中间产物及来自所述立体化单元40的立体复合聚乳酸(stereo-complexpla)，在130～180℃的温度条件下混合13～18小时，接着将所得产物输送至干燥装置602中进行干燥，使其水分含量小于0.01ppm，进而获得混合物j(立体半氧烷pla晶须)。最后将混合物j(立体半氧烷pla晶须)输送至押出装置603，与有机酸、脂类、以及来自改质无机物反应单元50的改质无机物在以160～190℃的温度条件下进行混炼成型，获得改质后的聚乳酸聚合物。

又，根据本实用新型的技术思想，所述押出装置603的进料口进一步设有计量机构，用以将有机酸、脂类以特定进料速度分别投入押出装置603之中。

另外，在本实用新型的其他实施例中，所述聚乳酸复合物制造系统还可以进一步包含有监控单元(未图示)，所述监控单元与所述缩聚单元10、半氧烷化单元20、中间反应单元30、立体化单元40、所述改质无机物反应单元50、及最终反应单元60电性连接，用以侦测并控制各单元内的装置的环境参数，例如温度、湿度、转速等。而所述监控单元可以是一微处理器或一电脑。又，监控单元更包括一无线收发单元，可以经由无线网路与远端的一遥控器或可携式装置连接，在遥控器或可携式装置可安装操作介面，使用者可以在远端利用遥控器或可携式装置传送控制讯号给监控单元，并监视所述聚乳酸复合物制造系统的状态。

在如上所列举的实施例中已经举例而具体地说明本实用新型的内容了，然而本实用新型并非仅限定于此等实施方式而已。本领域技术人员应当明白：在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可再进行各种的更动与修饰；例如，将前述实施例中所例示的各技术内容加以组合或变更而成为新的实施方式也当然视为本实用新型所属内容。因此，本案所欲保护的范围也包括权利要求书及其所界定的范围。