專利名稱：聚乳酸的發(fā)泡方法與其發(fā)泡體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可分解聚合物的加工方法及發(fā)泡體，并且特別涉及一種生物可分解的聚乳酸的發(fā)泡方法及其發(fā)泡體。
背景技術(shù)：
人類生活中所接觸的塑料，大都是從原油中提煉制造出來的，在自然界中很難被分解。目前全球每年生產(chǎn)的塑料制品約二億公噸，其中一次性使用的材料約3000萬公噸，成為破壞生態(tài)環(huán)境的污染源。而且在原油來源逐漸短缺且塑料垃圾逐漸增加的情況下，勢必會造成大自然的浩劫，并進(jìn)而影響人類生存。目前已經(jīng)發(fā)展出一種以玉米為原料制造出的生物可分解的乳酸聚合物，稱做聚乳酸(polylactide；PLA)。聚乳酸可經(jīng)由水解反應(yīng)以及微生物分解作用而完全分解成二氧化碳與水，其在大氣環(huán)境下、在土壤或水中、在垃圾掩埋場中以及在堆肥中所需的分解時間分別為3-5年、2-3年、2-4月以及1-4周。因此聚乳酸在適當(dāng)處理過后，可完全分解讓大自然再重新加以利用，對大自然生態(tài)環(huán)境不會造成負(fù)擔(dān)。
目前生產(chǎn)聚乳酸的公司以美國Cargill Dow LLC為例，其所發(fā)展的聚乳酸制程一般為先將玉米等谷類碾碎后，從中間提取出淀粉來制造出未精化的葡萄糖。接著再利用發(fā)酵，將葡萄糖發(fā)酵成乳酸(lactic acid)，作為聚乳酸的單體。然后利用脫水反應(yīng)將二分子的乳酸轉(zhuǎn)變成一分子的減水乳酸，其為一種環(huán)狀二聚物。最后讓減水乳酸經(jīng)過真空凈化以及開環(huán)，使減水乳酸單體聚合成聚乳酸。雖然聚乳酸有上述的優(yōu)點，但因其制程的緣故，聚乳酸的價格十分昂貴，因此要如何利用發(fā)泡來降低使用成本從而利于擴(kuò)大使用，并進(jìn)而減輕塑料垃圾對大自然造成的負(fù)擔(dān)，成為目前迫切的需求。

發(fā)明內(nèi)容
為了降低以聚乳酸為原料的塑料制品的成本，本發(fā)明提供一種聚乳酸的發(fā)泡方法及其發(fā)泡體。
先將聚乳酸、脂肪族-芳香族聚酯的共聚物、成核劑、內(nèi)滑劑與外滑劑混合在一起，使其形成發(fā)泡前驅(qū)物。然后將發(fā)泡前驅(qū)物加入至壓出機中，再對發(fā)泡前驅(qū)物進(jìn)行壓出成型步驟，并同時加入發(fā)泡劑，以獲得聚乳酸的發(fā)泡體。
依據(jù)本發(fā)明一較佳實施例，上述的聚乳酸、脂肪族-芳香族聚酯的共聚物、成核劑、內(nèi)滑劑、外滑劑與發(fā)泡劑的重量等分?jǐn)?shù)分別約為60-95、1-40、0.2-3.0、0.2-3.0與1-12。上述的壓出成型步驟的較佳操作溫度與較佳操作壓力分別約為90-230℃與1000-3000磅/平方英尺(psi)。
上述的脂肪族-芳香族聚酯的共聚物可為有3個脂肪族單體合并在聚乙烯對苯二甲酸酯(PET)的分子結(jié)構(gòu)中的共聚合物。上述的成核劑可為滑石粉或碳酸鈣等等。上述的內(nèi)滑劑可為脂肪酸酯類與酰胺類，而外滑劑可為硬脂酸的鋅鹽、鎂鹽與鋇鹽。依據(jù)本發(fā)明的較佳實施例可選用屬于物理發(fā)泡機制的發(fā)泡劑，例如可為二氧化碳、丁烷、戊烷、己烷以及氟氯碳化合物等等。
由上述本發(fā)明較佳實施例可知，本發(fā)明提供一種聚乳酸的發(fā)泡方法，可以借由添加脂肪族-芳香族聚酯的共聚物以及加入適量的發(fā)泡劑來獲得不同比重的發(fā)泡體，以符合不同的需求。因聚乳酸的發(fā)泡成品無毒且可完全分解，因此可應(yīng)用范圍十分廣泛，例如免洗餐具、塑料餐盤、便當(dāng)盒、生鮮托盤、塑料花盆......等。此外，還可根據(jù)需求加入食品級且不含重金屬的色料，來形成彩色的聚乳酸發(fā)泡成品。
本發(fā)明利用發(fā)泡來降低聚乳酸的使用成本從而利于擴(kuò)大使用，并進(jìn)而減輕塑料垃圾對大自然造成的負(fù)擔(dān)。
具體實施例方式
開始大量使用生物可完全分解的聚合物來制造各種塑料成品，可說是未來的環(huán)保趨勢。而可被微生物完全分解成二氧化碳與水的聚乳酸的出現(xiàn)，則為此提供了實現(xiàn)的機會。但是聚乳酸的高價格，將會使其市場接受性遭受重大考驗，因此極需要發(fā)展出一種聚乳酸的發(fā)泡方法來降低塑料制品的原料成本，而且還可以降低成型品的重量。
本發(fā)明提出一種聚乳酸的發(fā)泡方法，將適當(dāng)比例的聚乳酸、脂肪族-芳香族聚酯的共聚物(aliphatic-aromatic polyester copolymers)、成核劑(nucleatingagents)、內(nèi)滑劑(lubricant)與外滑劑(slit agent)混合在一起，再將此混合物加入至傳統(tǒng)的壓出機(extruder)中。壓出機的操作溫度維持在約90-230℃以及操作壓力維持在約1000-3000磅/平方英尺(psi)下，加入適量的發(fā)泡劑(blowingagents)，自壓出機的出口即可獲得發(fā)泡成品。在壓出過程中，壓出機的前段溫度必須要高，較佳為大于160℃，而后段的溫度要低，以利于發(fā)泡體凝固成型。依據(jù)本發(fā)明一較佳實施例，聚乳酸、脂肪族-芳香族聚酯的共聚物、成核劑、內(nèi)滑劑、外滑劑與發(fā)泡劑的較佳重量等分?jǐn)?shù)(parts)約為60-95、1-40、0.2-3.0、0.2-3.0與1-12。
上述的脂肪族-芳香族聚酯的共聚物可為有3個脂肪族單體合并在聚乙烯對苯二甲酸酯(PET)的分子結(jié)構(gòu)中的共聚合物。脂肪族-芳香族聚酯的共聚物的功用在于增加聚乳酸的延展性與強度，因此添加量越大，發(fā)泡效果越好，也使得發(fā)泡體越軟。例如免洗餐具類的脂肪族-芳香族聚酯的共聚物的添加量較佳約為2-20重量等分?jǐn)?shù)。
可使用的成核劑有很多種，可為滑石粉或碳酸鈣等等。因為成核劑在發(fā)泡體內(nèi)的溫度較高，在發(fā)泡體自壓出機的出口出來讓壓力驟降至大氣壓力時，會使得成核劑成為發(fā)泡劑膨脹的中心點，讓發(fā)泡劑轉(zhuǎn)變的氣體能均勻的分布儲存在發(fā)泡體中。因此成核劑的種類、量的多寡與顆粒大小，都會影響發(fā)泡體的發(fā)泡均勻度與發(fā)泡體的大小。
可使用的內(nèi)滑劑例如有脂肪酸酯類(aliphatic acid ester)與酰胺類(如polyamide，e-amide，o-amide，bis-amide)化合物，其融點分別約為50-70℃以及130-145℃。外滑劑可為硬脂酸的鋅鹽、鎂鹽與鋇鹽。上述的內(nèi)滑劑可均勻的增加發(fā)泡體成型時的延展性，而外滑劑可減少在拉取發(fā)泡體薄片時與模具之間的表面摩擦力。
依據(jù)本發(fā)明的較佳實施例，較佳為使用物理發(fā)泡機制，因此可使用的發(fā)泡劑有二氧化碳、丁烷、戊烷、己烷以及氟氯碳化合物等等。發(fā)泡劑種類的選用是依所需成品而定，例如食品餐具類可使用丁烷或戊烷，以避免發(fā)泡體內(nèi)殘留太多的發(fā)泡劑。而發(fā)泡劑的添加量則視發(fā)泡體薄片的發(fā)泡密度而定，例如發(fā)泡劑添加量為1-12重量等分?jǐn)?shù)時，可得的發(fā)泡體的密度約為0.8-0.03g/mL。至于發(fā)泡體薄片的厚度與寬度則是利用模頭、引取機、裁邊機以及卷取機的配合與調(diào)整來決定的。
依據(jù)上述較佳實施例的聚乳酸的發(fā)泡方法，在下表舉出一些范例以供參考。

由上述本發(fā)明較佳實施例可知，本發(fā)明提供一種聚乳酸的發(fā)泡方法，可以借由添加脂肪族-芳香族聚酯的共聚物以及加入適量的發(fā)泡劑來獲得不同比重的發(fā)泡體，以符合不同的需求。因聚乳酸的發(fā)泡成品無毒且可完全分解，因此可應(yīng)用范圍十分廣泛，例如免洗餐具、塑料餐盤、便當(dāng)盒、生鮮托盤、塑料花盆......等。此外，還可根據(jù)需求加入食品級且不含重金屬的色料，從而形成彩色的聚乳酸發(fā)泡成品。
可以理解的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案和技術(shù)構(gòu)思作出其他各種相應(yīng)的改變和變形，而所有這些改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種聚乳酸的發(fā)泡方法，其特征在于，該發(fā)泡方法至少包含混合聚乳酸、脂肪族-芳香族聚酯的共聚物、成核劑、內(nèi)滑劑與外滑劑，使其形成一發(fā)泡前驅(qū)物；將該發(fā)泡前驅(qū)物加入至一壓出機中；以及對該發(fā)泡前驅(qū)物進(jìn)行壓出成型步驟，并同時加入發(fā)泡劑，以獲得聚乳酸的發(fā)泡體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚乳酸的發(fā)泡方法，其特征在于，該聚乳酸、該脂肪族-芳香族聚酯的共聚物、該成核劑、該內(nèi)滑劑、該外滑劑與該發(fā)泡劑的重量等分?jǐn)?shù)分別為60-95、1-40、0.2-3.0、0.2-3.0與1-12。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚乳酸的發(fā)泡方法，其特征在于，該壓出成型步驟的操作溫度為90-230℃。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚乳酸的發(fā)泡方法，其特征在于，該壓出成型步驟的操作壓力為1000-3000磅/平方英尺。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚乳酸的發(fā)泡方法，其特征在于，該脂肪族-芳香族聚酯的共聚物包含3個脂肪族單體合并在聚乙烯對苯二甲酸酯的分子結(jié)構(gòu)中的共聚合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚乳酸的發(fā)泡方法，其特征在于，該成核劑包含滑石粉或碳酸鈣。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚乳酸的發(fā)泡方法，其特征在于，該內(nèi)滑劑包含脂肪酸酯類或酰胺類。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚乳酸的發(fā)泡方法，其特征在于，該外滑劑包含硬脂酸的鋅鹽、鎂鹽或鋇鹽。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚乳酸的發(fā)泡方法，其特征在于，該發(fā)泡劑包含以物理機制進(jìn)行發(fā)泡的物理發(fā)泡劑。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的聚乳酸的發(fā)泡方法，其特征在于，該物理發(fā)泡劑包含二氧化碳、丁烷、戊烷、己烷或氟氯碳化合物。
11.一種聚乳酸的發(fā)泡體，其特征在于，該聚乳酸發(fā)泡體是利用下列步驟所獲得的混合聚乳酸、脂肪族-芳香族聚酯的共聚物、成核劑、內(nèi)滑劑與外滑劑，使其形成一發(fā)泡前驅(qū)物；將該發(fā)泡前驅(qū)物加入至一壓出機中；以及對該發(fā)泡前驅(qū)物進(jìn)行壓出成型步驟，并同時加入發(fā)泡劑，以獲得聚乳酸的發(fā)泡體。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的聚乳酸的發(fā)泡體，其特征在于，該該聚乳酸、該脂肪族-芳香族聚酯的共聚物、該成核劑、該內(nèi)滑劑、該外滑劑與該發(fā)泡劑的重量等分?jǐn)?shù)分別為60-95、1-40、0.2-3.0、0.2-3.0與1-12。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的聚乳酸的發(fā)泡體，其特征在于，該壓出成型步驟的溫度為90-230℃。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的聚乳酸的發(fā)泡體，其特征在于，該壓出成型步驟的壓力為1000-3000磅/平方英尺。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的聚乳酸的發(fā)泡體，其特征在于，該脂肪族-芳香族聚酯的共聚物包含3個脂肪族單體合并在聚乙烯對苯二甲酸酯的分子結(jié)構(gòu)中的共聚合物。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的聚乳酸的發(fā)泡體，其特征在于，聚乳酸發(fā)泡體的脂肪族-芳香族聚酯的共聚物的添加量為2-20重量等分?jǐn)?shù)。
17.根據(jù)權(quán)利要求11所述的聚乳酸的發(fā)泡體，其特征在于，該成核劑包含滑石粉或碳酸鈣。
18.根據(jù)權(quán)利要求11所述的聚乳酸的發(fā)泡體，其特征在于，該內(nèi)滑劑包含脂肪酸酯類或酰胺類。
19.根據(jù)權(quán)利要求11所述的聚乳酸的發(fā)泡體，其特征在于，該外滑劑包含硬脂酸的鋅鹽、鎂鹽或鋇鹽。
20.根據(jù)權(quán)利要求11所述的聚乳酸的發(fā)泡體，其特征在于，該發(fā)泡劑包含以物理機制進(jìn)行發(fā)泡的物理發(fā)泡劑。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的聚乳酸的發(fā)泡體，其特征在于，該物理發(fā)泡劑包含二氧化碳、丁烷、戊烷、己烷或氟氯碳化合物。
22.根據(jù)權(quán)利要求11所述的聚乳酸的發(fā)泡體，其特征在于，當(dāng)發(fā)泡劑添加量為1-12重量等分?jǐn)?shù)時，所得的發(fā)泡體的密度為0.8-0.03g/mL。
全文摘要
一種聚乳酸的發(fā)泡方法，其將適當(dāng)比例的聚乳酸、脂肪族－芳香族聚酯的共聚物、成核劑、內(nèi)滑劑與外滑劑混合在一起，再將此混合物加入至傳統(tǒng)的壓出機中。在適當(dāng)?shù)臏囟扰c壓力下，加入適量的發(fā)泡劑，自壓出機的出口可獲得發(fā)泡成品。本發(fā)明還提供用上述方法獲得的發(fā)泡體。該種發(fā)泡方法及發(fā)泡體可廣泛應(yīng)用于免洗餐具、塑料餐盤、便當(dāng)盒、生鮮托盤、塑料花盆等。
文檔編號C08J9/00GK1600814SQ03160150
公開日2005年3月30日 申請日期2003年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月24日
發(fā)明者謝金夆 申請人:賴文正, 謝金夆