TW202102585A

TW202102585A - 複合式塑膠合金製程方法

Info

Publication number: TW202102585A
Application number: TW108123339A
Authority: TW
Inventors: 林正雄
Original assignee: 林正雄
Priority date: 2019-07-02
Filing date: 2019-07-02
Publication date: 2021-01-16

Abstract

一種複合式塑膠合金製程方法，包含一混合步驟，將聚乙烯(PE)、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)及一相容劑注入一高速混合機中混合10～30分鐘成一混料，該相容劑使聚乙烯及聚對苯二甲酸乙二酯之分子互相纏繞；及一加工步驟，將混料注入一長徑比單螺桿或雙螺桿擠出機進行熔融共混，熔融溫度控制在170℃～290℃，螺杆轉速為120～400轉/分鐘，混料通過長徑比單螺桿或雙螺桿擠出機後，再經過擠出、模頭切或拉條、冷卻、風乾、切粒、乾燥後即得一種聚乙烯、聚對苯二甲酸乙二酯共混的複合式塑膠合金材料。本複合式塑膠合金材料可直接加工、射出或押出以用於製作各式日用品如：椅子、櫃子、塑膠板、發泡板等，或是進一步混和纖維材料製作成複合式塑膠合金纖維材料來製作纖維板材或塑木等物品。

Description

複合式塑膠合金製程方法

本發明係有關於一種製造塑膠合金的方法配方，特別是一種以相容劑使PE與PET彼此互相纏繞，增強塑膠合金之強度與硬度的複合式塑膠合金製程方法。

塑膠合金是利用物理共混或化學接枝的方法而獲得的高性能新材料，可廣泛用於汽車、電子、精密儀器、辦公設備、包裝材料、建築材料等領域。它能改善或提高現有塑膠的性能並降低成本，已成為塑膠工業中最為活躍的品種之一，增長十分迅速。

聚乙烯(PE)是種用途廣泛的塑膠，有多種形式包括高密度聚乙烯(HDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)、線性低密度聚乙烯(LLDPE)，以及近年開發的茂金屬催化合成的聚乙烯(mPE)。由於其品種多、價格低廉，具有良好的韌性、加工性能、流變性能、耐水性等而用於製作各類薄膜製品、塑膠製件。但PE也存在力學強度、耐熱性、氣密性差等問題。

聚對苯二甲酸乙二酯(PET)主要應用於合成纖維、雙軸拉伸薄膜、中空容器。由於PET價格低廉，具有優良的耐磨性、耐熱性、耐化學藥品性、電絕緣性、成型尺寸穩定性和機械強度高等特性，因此，PET在20世紀60年代作為一種工程塑膠被廣泛應用。工程塑料用PET綜合性能優異而價格低廉，與其他通用工程塑膠相比極具競爭性。PET分子主鏈上存在剛性基團，故其耐熱性很高同時由於分子鏈的高度對稱性，其電絕緣性能也非常優異。但是PET也存在結晶速度慢、成型加工困難、模具溫度需求高、成型週期長、衝擊強度差、吸水性大等缺點，這大大限制了它的應用範圍。

由於PE與PET有許多性質可以互補，若將PE及PET混合製作成塑膠合金既可以改善PE及PET的性能，也能提供塑膠回收物新的用途。但是，PE屬非極性聚合物，PET屬於極性聚合物，所以兩者相容性差，因此，要提高PE/PET合金的性能必須提高兩者的相容性，習知方法中主要是使用馬來酸酐(MAH)、甲基丙烯酸縮水甘油酯(GMA)等官能單體的聚丙烯接枝物，利用這些官能單體與PET末端羥基或羧基的反應來達到增加PE與PET之相容性的效果，如下列例子：

在中國大陸專利案CN103709675案中，以苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯共聚物(SEBS)、苯乙烯-乙烯-丙烯共聚物(S-EP)、三元乙丙橡膠(EPDM)、聚乙烯接枝馬來酸酐(PE-g-MAH)、聚乙烯接枝甲基丙烯酸縮水甘油酯(PE-g-GMA)之其中之一加入PE及PET塑膠合金材料中。

在中國大陸專利案CN105733073A案中，則是使用乙烯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸縮水甘油酯共聚物(PTW)來增加PE與PET之相容性。

在中國大陸專利案CN105733098案中，使用一接枝藥劑PP-g-(DAP-co-GMA)，其由聚丙烯(PP)、甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)、鄰苯二甲酸二烯丙酯(DAP)混和製作後再加入PE及PET塑膠合金材料中。

在中國大陸專利案CN107418164案中，選擇的是MAH接枝相容劑如MAH接枝POE、MAH接枝PE和MAH接枝EVA等與GMA接枝相容劑如GMA接枝POE、GMA接枝PE和GMA接枝EVA等加入PE與PET之塑膠合金材料中。

國內亦有關於塑膠合金的相關成果如中華民國專利申請號107104898中，揭露混合使用聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)及多元醇親水性改質聚酯(m-PET)作為一塑膠合金材料，亦是將PET進行改質成m-PET後再與PE及PP混和成塑膠合金材料。

但是上述接枝物及改質方法，往往存在接枝率低、PE降解嚴重等缺陷，進而影響其效果。需有更好的辦法幫助聚乙烯(PE)與聚對苯二甲酸乙二酯(PET)共同混合作為一塑膠合金材料。

有鑑於此，本發明人乃潛心研思、設計組製，期能提供一種可簡單結合聚乙烯(PE)與聚對苯二甲酸乙二酯(PET)的方法，即為本發明所欲研創之發明動機者。

本發明之主要目的，在於提供一種複合式塑膠合金材料之製程方法，以聚乙烯(PE)及聚對苯二甲酸乙二酯(PET)混和製作成塑膠合金，輔以一相容劑使聚乙烯與聚對苯二甲酸乙二酯的分子鏈彼此纏繞成一塑膠合金材料，無需使用化學接枝單體，並可直接加工、射出或押出以製作成各式塑膠用品。

於是，本發明複合式塑膠合金製程方法，包含一混合步驟，將聚乙烯(PE)、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)及一相容劑注入一高速混合機中混合10～30分鐘成一混料，相容劑使聚乙烯及聚對苯二甲酸乙二酯之分子互相纏繞；及一加工步驟，將混料注入一長徑比單螺桿或雙螺桿擠出機進行熔融共混，熔融溫度控制在170℃～290℃，螺杆轉速為120～400轉/分鐘，混料通過長徑比單螺桿或雙螺桿擠出機後，再經過擠出、模頭切或拉條、冷卻、風乾、切粒、乾燥後即得一種聚乙烯、聚對苯二甲酸乙二酯共混的複合式塑膠合金材料。本複合式塑膠合金材料可直接加工、射出或押出以製作各式射出成型的日用品如：椅子、櫃子、塑膠板等，或是發泡押出製作成發泡板。

用在射出成形時，本複合式塑膠合金材料之優選混和比例為聚乙烯(PE)的重量百分比小於聚對苯二甲酸乙二酯(PET)的重量百分比。

本發明亦可進一步將本複合式塑膠合金材料與纖維材料製作成複合式塑膠合金纖維材料，其包含複合式塑膠合金材料與一加工料，加工料包含一粉碎後的布料及一結合劑，結合劑選自疏水性高分子改質的澱粉或親水性改質的聚烯烴，布料包含聚酯或棉的其中至少一種，其步驟包含將一粉碎後的布料與及一結合劑混合並升溫至結合劑的熔點，使結合劑熔融並包覆粉碎後的布料形成一加工料，其中，結合劑選自疏水性高分子改質的澱粉或親水性改質的聚烯烴，布料包含聚酯或棉的其中至少一種；及一加工步驟，將加工料與複合式塑膠合金材料混練得到一複合式塑膠合金纖維材料，複合式塑膠合金纖維材料可用來製作板材或塑木等成品。

以複合式塑膠合金纖維材料組成的重量百分比為100wt%計，布料的含量為20-60wt%，且複合式塑膠合金材料的含量為40-80wt%。複合式塑膠合金纖維材料之優選混和比例為聚乙烯(PE)的重量百分比大於聚對苯二甲酸乙二酯(PET)的重量百分比。

塑木之加工步驟可進一步將一外層材料與複合式塑膠合金纖維塑木利用共擠出方式進行押出而形成一複合式塑膠合金纖維塑木之芯材及一包覆芯材之外層，外層材料包含親水性改質的聚烯烴或一含有親水性改質聚酯的高分子摻混物，外層由外層材料構成。

為了能夠更進一步瞭解本發明之特徵、特點和技術內容，請參閱以下有關本發明之詳細說明。

請參閱第一圖，由上述圖式說明本發明之複合式塑膠合金製程方法，包含一混合步驟1，將聚乙烯(PE)、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)及一相容劑注入一高速混合機中混合10～30分鐘成一混料；及一加工步驟2，將混料注入一長徑比單螺桿或雙螺桿擠出機進行熔融共混，熔融溫度控制在170℃～290℃，螺杆轉速為120～400轉/分鐘，相容劑使聚乙烯及聚對苯二甲酸乙二酯之分子互相纏繞，呈現近似馬尾辮的狀態，混料通過長徑比單螺桿或雙螺桿擠出機後，再經過擠出、模頭切或拉條、冷卻、風乾、切粒、乾燥後即得一種聚乙烯、聚對苯二甲酸乙二酯共混的複合式塑膠合金材料。

本發明可使用回收的塑料作為材料，下列揭露一具體實施步驟：(1)破碎：將乾燥的PE/PET(重量百分比50/50)不織布邊角廢料、或PET無紡布(重量百分比50)加PE膜材回收料(重量百分比50)，或純PET瓶的瓶片加純HDPE牛奶瓶瓶片(重量百分比50/50)粉碎成適當尺寸之一破碎料；(2)一次混合：按重量份計，將上述PE/PET(50/50重量百分比)之破碎料90份、相容劑料3-10份，色粉，潤滑劑，抗氧化，抗紫外線，或是阻燃材料等混合成一破碎料預混料；

(3)塑化造粒：用自動強迫加料器將上述破碎料預混料加入擠出機料斗中，利用擠出機在170-260℃、螺杆轉速30-150r/min的條件下進行塑化後經擠出機擠出成條狀，將條狀擠出物經水冷定型後採用切粒機切粒，或是用模頭水冷切粒，得到可射出改質或發泡押出的造粒料；(4)射出使用或發泡射出: 此造粒料可添加滑劑或色母，混合後，投入射出機料桶，由240-275℃高壓高速射出至模具內，模具溫度設定20度，等候一到兩分鐘脫模即可，或是添加發泡劑混合後，由單螺桿或雙螺桿機器後加工以150-220℃，押出成發泡異型板材，隨模具設計，可做薄約5mm板材或厚達40mm塑木地板，發泡後板材比重為0.75左右。

本複合式塑膠合金材料可直接加工、射出或押出以製作各式塑膠生活用品中如：椅子、交通錐、置物架、塑膠板材等等，也可用在發泡押出製作出如第二圖中的發泡板材3A，其包含複數氣孔4A；使用在以射出成型與發泡押出方式生產的塑膠生活用品時，聚乙烯(PE)的重量百分比小於聚對苯二甲酸乙二酯(PET)的重量百分比之比例較佳。

在第三圖中，本發明之複合式塑膠合金材料可以與纖維材料混和製作成複合式塑膠合金纖維材料，其包含複合式塑膠合金材料與一加工料，加工料包含一粉碎後的布料及一結合劑，結合劑選自疏水性高分子改質的澱粉或親水性改質的聚烯烴，布料包含聚酯或棉的其中至少一種，其製作步驟包含：一混合步驟1A，將一粉碎後的布料與及一結合劑混合並升溫至結合劑的熔點，使結合劑熔融並包覆粉碎後的布料形成一加工料，其中，結合劑選自疏水性高分子改質的澱粉或親水性改質的聚烯烴，布料包含聚酯或棉的其中至少一種；及一加工步驟2A，將加工料與前述之複合式塑膠合金材料混練得到一複合式塑膠合金纖維材料，再將複合式塑膠合金纖維材料押出一複合式塑膠合金纖維塑木之成品，其成品可為一複合式塑膠合金纖維塑木板材，再加工成各式用品。布料可被結合劑及複合式塑膠合金材料包覆而增加複合式塑膠合金纖維材料之強度。

因為棉無法直接進入混煉機中直接與高分子混煉，因此，在混和步驟1A中先將粉碎後的布料與具有預定結構特性的結合劑先進行預加工，將粉碎後的布料與結合劑置入摩擦加熱旋轉桶中，藉由摩擦加熱旋轉桶的轉動逐漸升溫至約150~180℃，並同時抽氣，令相容劑包覆布料中的棉，形成一可進入混煉機台加工的加工料後，再將加工料與複合式塑膠合金材料進行混煉後壓出，而可得到複合式塑膠合金纖維材料。藉由結合劑的作用可減少棉與聚酯之間因為異質材料不相容造成的界面分離問題，因此可讓複合式塑膠合金纖維材料的棉可被複合式塑膠合金材料包覆，不會有相分離的問題。

此外，因為棉的含水量較高，因此，在棉與高分子混練的過程中棉所含的水氣會被包覆於高分子混煉物內，而容易造成後續製品的品質及耐用性不佳的缺點。而本發明則是利用在棉與相容劑預混的過程中產生的熱讓棉的水氣逸出並抽氣移除，因此，還可有效減少預混後形成之加工料的含水率，而提升製品的耐用性及物性。布料可來自廢棄回收布料，包含聚酯及棉，且聚酯與棉的重量百分比介於10：90~90:10。

下列揭露一複合式塑膠合金纖維材料之具體實施步驟：(1)破碎：將乾燥的PE/PET(重量百分比15/85)不織布邊角廢料、或PET無紡布(重量百分比10-20)加HDPE膜材回收料(重量百分比80-90)，或純PET瓶的瓶片(重量百分比10-20)或純HDPE牛奶瓶瓶片(重量百分比80-90) 粉碎成適當尺寸之一破碎料；(2)一次混合：按重量份計，將上述PE/PET(15/85比例)破碎料90份、相容劑料5份，色粉1份，潤滑劑零點5份，抗氧化零點5份，抗紫外線零點5份，或是阻燃材料等混合成一破碎料預混料；

(3)塑化造粒：用自動強迫加料器將上述破碎料預混料加入擠出機料斗中，利用擠出機在170-260℃、螺杆轉速30-150r/min的條件下進行塑化後經擠出機擠出成條狀，將條狀擠出物經水冷定型後採用切粒機切粒，或是用模頭水冷切粒，得到可射出改質或發泡押出的造粒料；(4)二次混合：根據生產品質要求，按重量份計稱取配方：PE/PET(15/85比例)造粒料60份、PET布料破碎料40份，將上述各組分加入混合機中，在常溫下混合10min後形成纖維混合料；

(5)塑化擠出：用自動加料器將上述纖維混合料加入擠出機料斗中，利用擠出機在80-190℃、螺杆轉速30-120r/min的條件下進行混合塑化後經擠出機擠出，形成擠出料，用模頭切切粒，得到複合式塑膠合金纖維材料之粒料，此時的PET布料纖維均勻分散於粒料內，被PE/PET塑膠合金完整包覆。此添加布料的塑膠合金例子可後加工由單螺桿或雙螺桿機器押出成異型板材，例如塑木地板，板材比重為1.15左右。

在第四圖中，本發明之複合式塑膠合金纖維材料可作為一塑木產品之芯材3B，芯材3B包含有布料之纖維，並進一步加上一外層4B，外層4B包覆芯材3B，且外層4B的構成材料包含親水性改質的聚烯烴或一含有親水性改質聚酯的高分子摻混物。藉由外層4B之組成的選擇，可讓芯材3B與外層4B間可有極佳的結合性，而可增加塑木產品的整體強度及耐用性。如此一來本發明之複合式塑膠合金纖維材料所製作之塑木產品，可用於戶外或室內之裝潢建材，例如，可用於室內的仿木地磚、仿木裝飾貼片或是戶外的造景、欄杆、階梯等，並無特別限制。

在製作塑木產品時，可將加工料置入螺桿機中，並利用側邊入料方式令複合式塑膠合金材料進入螺桿機一同進行混煉，形成一芯材3B之材料。接著，再準備含有親水性改質的聚烯烴或含有親水性改質聚酯的高分子摻混物的外層4B之材料，將外層4B之材料與芯材3B之材料在150~160℃以共擠出方式進行押出，即可得到如第四圖所示的塑木產品。其中，芯材3是由複合式塑膠合金纖維材料構成，外層4則是由外層材料所構成。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例，當不能用以限定本發明可實施之範圍，凡習於本業之人士所明顯可作的變化與修飾，皆應視為不悖離本發明之實質內容。

1:混和步驟 2:加工步驟 1A:混和步驟 2A:加工步驟 3A:發泡板材 4A:氣孔 3B:芯材 4B:外層

第一圖為本發明之流程圖(一)。第二圖為本發明所製作之發泡板之示意圖。第三圖為本發明之流程圖(二)。第四圖為本發明所製作之塑木之示意圖。

無

1:混和步驟

2:加工步驟

Claims

一種複合式塑膠合金製程方法，包含：一混合步驟，將聚乙烯(PE)、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)及一相容劑注入一高速混合機中混合10～30分鐘成一混料；及一加工步驟，將該混料注入一長徑比單螺桿或雙螺桿擠出機進行熔融共混，熔融溫度控制在170℃～290℃，螺杆轉速為120～400轉/分鐘，該相容劑使聚乙烯及聚對苯二甲酸乙二酯之分子互相纏繞，該混料通過長徑比單螺桿或雙螺桿擠出機後，再經過擠出、模頭切或拉條、冷卻、風乾、切粒、乾燥後即得一種聚乙烯、聚對苯二甲酸乙二酯共混的複合式塑膠合金材料。
如申請專利範圍第1項之複合式塑膠合金製程方法，其中聚乙烯(PE)的重量百分比小於聚對苯二甲酸乙二酯(PET)的重量百分比。
一種複合式塑膠合金纖維塑木，其包含請求項第1項之複合式塑膠合金材料與一加工料，該加工料包含一粉碎後的布料及一結合劑，該結合劑選自疏水性高分子改質的澱粉或親水性改質的聚烯烴，該布料包含聚酯或棉的其中至少一種。
如申請專利範圍第3項之複合式塑膠合金纖維塑木，其中該複合式塑膠合金材料所包含聚乙烯(PE)的重量百分比大於聚對苯二甲酸乙二酯(PET)的重量百分比。
如申請專利範圍第3項所述之複合式塑膠合金纖維塑木，進一步包含一外層，該外層包覆該複合式塑膠合金纖維塑木，該外層之材料包含親水性改質的聚烯烴或一含有親水性改質聚酯的高分子摻混物。