TWI415894B

TWI415894B - Functional resin composition

Info

Publication number: TWI415894B
Application number: TW98111008A
Authority: TW
Original assignee: Supla Material Technology Co Ltd
Priority date: 2009-04-02
Filing date: 2009-04-02
Publication date: 2013-11-21
Also published as: TW201037034A

Description

功能性樹脂組成物

本發明是有關於一種功能性樹脂組成物，特別是指一種具有耐燃性之功能性樹脂組成物。

一般由石化原料製備而得的高分子材料因為具備極佳的機械性質而被廣泛的使用於許多日常生活產品(如建築材料、包裝材料、家用品、機械零件等等)中，但是高分子材料遇火卻很容易燃燒而引發火災，而且在燃燒過程中會釋放出大量濃煙和有毒氣體，而造成空氣的污染，且，由於大多數的高分子材料因為無法被分解，因此使用完後之廢棄物往往也會對環境再次造成傷害。因此，目前業界皆希望不僅可改善高分子材料易燃的缺點，且可同時解決高分子材料因為無法被分解所造成的環境污染問題。

為了解決上述高分子材料相關問題的方式，目前多是在具有生物可分解性的高分子材料中添加難燃劑，以得到難燃並具有生物可分解性之高分子材料。

然而，一般常用之難燃劑大多含有鹵素，在電器及電子設備廢棄物處理法草案(Waste Electrical and Electronic Equipment，WEEE)中，有關電子電器設備中之有害物質的使用，則依據危害物質禁用指令(Restriction of Hazardous Substance，RoHS)來規範，其中，含鹵素之難燃劑已於2006年7月31日起被禁止使用，因此目前業界常用，且不含鹵素之難燃劑大多為含磷之磷系難燃劑、氫氧化鋁、氫氧化鎂，或由其組合而成之混合物，然而上述添加至高分子材料中的難燃劑因為與高分子材料間相容性之問題，因此在長時間的使用下難燃劑會遷移至高分子材料的表面，造成難燃劑的損耗及高分子材料的表面霧化情形產生，不僅影響高分子材料的表面特性，也容易造成高分子材料在長時間使用時耐燃性降低的問題。

另外，一般的生物可分解性高分子材料，例如：聚乳酸(Polylactic acids，PLAs)、聚羥基羧酸酯系聚合物(Polyhydroxyalkanoates，PHAs)，雖然在自然環境中可被微生物分解而可避免一般由石化原料製得之高分子材料的污染問題，然而這些生物可分解性樹脂本身的性質卻也限制了產品的發展。以聚乳酸為例，一般聚乳酸的玻璃轉化溫度約為60℃左右，熔點可達160~170℃，但是因為聚乳酸的結晶速率非常緩慢，因此以聚乳酸製得的產品在溫度超過約55℃時，即會發生變形現象；另一方面，聚乳酸其抗張強度雖可達650~680Kg/cm² ，然而其伸長率卻僅有4~5%，從上述之性能表現可看出聚乳酸不耐熱及不耐衝擊的特性，然而在許多產品的應用上，不僅需具有耐燃之特性，耐熱性及耐衝擊性都是產品的基本性能要求。

因此，在現今環保意識的抬頭下，如何尋求一種耐燃持久性佳、於燃燒時不會產生有毒氣體，且不會造成環境負擔，並同時兼具耐熱性及耐衝擊性，以取代現今由石化原料製得之高分子材料的環保材料，則一直是相關領域之數研究者積極開發的方向之一。

因此，本發明之目的，即在提供一種同時兼具耐燃持久性及生物可分解性能之功能性樹脂組成物。

於是，本發明一種功能性樹脂組成物，包含一分子量介於35,000~250,000之間，且重量百分比是介於75wt%~90wt%之間的聚乳酸樹脂樹脂、一選自含磷化合物，且重量百分比是介於6wt%~12wt%之間的防火劑、一具有如下式(I)所示之化學結構，重量百分比介於2wt%-8wt%之間，且X是選自生物可分解性高分子的相容劑、一重量百分比是介於2wt%~5wt%之間的黏度調整劑，及一包含至少一過氧化物的接枝劑，該接枝劑是外添加，且添加比例是上述各組成份之重量百分比總和的0.5wt%~3wt%之間。

本發明之功效在於：藉由添加一如式(I)所示之化學結構的相容劑，將防火劑與聚乳酸樹脂彼此連接，並再藉由接枝劑令該聚乳酸樹脂與相容劑相結合，不僅可提昇防火劑與聚乳酸樹脂的相容性，而增加功能性樹脂之耐燃持久性，且式(I)所示之生物可分解性高分子可同時提升該功能性樹脂整體之機械性質，而可得到一具有生物可分解性，且難燃持久性及耐衝擊性均佳之之功能性樹脂組成物。

本發明的功能性樹脂組成物是包含一聚乳酸樹脂、一防火劑、一相容劑、一黏度調整劑，及一接枝劑。

該聚乳酸樹脂的分子量範圍介於35,000~250,000之間，且重量百分比是介於75wt%~90wt%之間。

當聚乳酸樹脂分子量太低時，會因為熔點過低及機械性質不佳，而無法成形或是無法得到一具有適當強度之成品，而當聚乳酸樹脂分子量太高時，會因熔點過高導致加工性能不佳，因此，較佳地，該聚乳酸樹脂的分子量是介於120,000~210,000之間。

該防火劑選自含磷化合物，且重量百分比是介於6wt%~12wt%之間，在本發明之實施例中所使用的防火劑是選自磷酸三苯酯或磷氮化合物。

該相容劑具有如式(I)所示之化學結構，為馬來酸酐(MAH)分子與高分子鏈段(X)之接枝物，且該相容劑的重量百分比介於2wt%-8wt%之間。

上述該相容劑是藉由式(I)結構中之馬來酸酐分子將聚乳酸樹脂與防火劑進行連接，以增加防火劑與聚乳酸樹脂之相容性，並同時讓式(I)結構中之高分子鏈段提昇該相容劑與聚乳酸樹脂的相容性，而可降低防火劑的添加量，且該高分子鏈段X可同時用以提昇功能性樹脂之機械性質，較佳地，該高分子鏈段X是選自與聚乳酸樹脂相容性佳之生物可分解性之高分子，如：聚乳酸樹脂(Polylactic acids，PLAs)、熱塑性聚氨酯(Thermalplastic polyurethane，TPU)醚類或酯類，在本發明之實施例中所使用的相容劑是馬來酸酐與熱塑性聚氨酯的接枝化合物(MAG-g-TPU)。

該黏度調整劑的重量百分比是介於2wt%~5wt%之間，可供適度調整該功能性樹脂組成物之黏度，以提昇加工性，在本發明之實施例中所使用的黏度調整劑是選自氧化鎂‧氧化矽之化合物(3MgO‧4SiO2‧H2O)。

該接枝劑包含至少一過氧化物，是採用外添加，且添加比例是上述各組成份之重量百分比總和的0.5wt%~3wt%之間，用以將該聚乳酸樹脂及相容劑進行連結。

較佳地，該接枝劑是選自過氧化二苯甲醯及過氧化雙苯異丙基之組合，在本發明之實施例中所使用的接枝劑是選自過氧化二苯甲醯及過氧化雙苯異丙基之組合，且其組合比例為3:1。

藉由過氧化二苯甲醯於約70℃時即可裂解反應特性，並同時配合加入具備高溫架橋反應的過氧化雙苯異丙基(熱裂解溫度約為105~120℃)，可使該功能性樹脂組成物於高溫加工過程中將聚乳酸樹脂及相容劑的接枝率提升，不僅可降低接枝劑的殘留量，也可提昇接枝效率。

經由添加一如上述式(I)所示之化學結構的相容劑及接枝劑，不僅可將防火劑、聚乳酸樹脂及相容劑彼此連接，提昇防火劑、相容劑與聚乳酸樹脂樹脂的相容性，降低防火劑因長時間使用遷移至高分子材料表面的問題，而且可增加功能性樹脂之耐燃持久性，並可藉由式(I)結構中之高分子鏈段同時提昇功能性樹脂之機械性質，而可得到一具有生物可分解性，且難燃持久性及機械性質均佳的之功能性樹脂組成物。

本發明該功能性樹脂組成物，可直接摻混或運用其他習知方式進行製備，而製得具有上述各組份之功能性樹脂。

於本發明之實施例中，是先秤取適量比例之各功能性樹脂組成物，接著分別將各功能性樹脂組成物於塔式混合機在約25~30℃下混合30分鐘後，再於160~180℃下利用雙螺桿押出機進行押出製得呈粒狀之功能性樹脂。

＜實施例＞

本發明之功能性樹脂組成物可適用於建築材料、包裝材料、家用品、機械零件等，本發明將就以下實施例加以說明，但應瞭解的是，該等實施例僅為說明之用，而不應被解釋為本發明實施之限制。

＜化學品＞

1.聚乳酸樹脂：分子量為210,000，由偉盟公司製造，品名為2100。

2.防火劑：磷酸三苯酯(以下簡稱TPP，品名：TPPS)、磷氮化合物(以下簡稱PN，品名：PN30)，長春公司製造。

3.相容劑：熱塑性聚氨酯與馬來酸酐接枝化合物(以下簡稱TPU-g-MAH)，由神田公司製造，品名為R10。

4.接枝劑：過氧化二苯甲醯(以下簡稱BPO)、過氧化雙苯異丙基(以下簡稱DCP)，由鈞凱公司製造，品名為BPO、DCP。

5.黏度調整劑：由新勝公司製造，品名為鎂強粉(氧化鎂‧氧化矽，3MgO‧4SiO₂ ‧H2O)。

＜具體例1＞

首先稱取79克的聚乳酸樹脂、防火劑(TPP)11克、相容劑7克、黏度調整劑3克，及外添加接枝劑0.5克，在25~30℃下攪拌30分鐘，接著再將該功能性樹脂組成物在160~180℃利用雙螺桿押出機進行押出，即可製得呈粒狀之功能性樹脂。

＜具體例2~10＞

分別改變不同比例之組份，以與該具體例1相同之製作方法，最後可獲得具體例2~10之功能性樹脂。

＜比較例1＞

稱取88克的聚乳酸樹脂、防火劑(TPP)8克，黏度調整劑4克，經與該實施例1相同之製作方法，最後可獲得比較例1之功能性樹脂。

＜比較例2＞

稱取89克的聚乳酸樹脂、防火劑(PN)8克，黏度調整劑4克，經與該具體例1相同之製作方法，最後可獲得比較例2之功能性樹脂。

茲將具體例1~10及比較例1~2製得之功能性樹脂各組成分的組成比例詳列於表一。

＜測試＞

分別取相同重量之實施例1~10，及比較例1~2之功能性樹脂，經射出成標準試片後進行以下測試，最後之測試結果如下表2所示：難燃性測試：依據UL-94之標準方法進行試片製作及測試，試片之標準厚度分別為1/8mm及1/16mm，並依難燃性質之測試結果依據耐燃性能，由好至壞依序分為『V-0』、『V-1』、『V-2』及『NG』；本發明之測試試片為製成1/16mm，分別在試片製得時進行第一次難燃試驗(試驗結果以「0month」表示)，接著於25℃，相對溼度50RH%的環境下放置18個月後，將試片表面以無塵布擦拭乾淨後，進行第二次進行難燃試驗(試驗結果以「18month」表示)，及在25℃，相對溼度50RH%的環境下放置24個月後，將試片表面以無塵布擦拭乾淨後，進行之第三次進行難燃試驗(試驗結果以「24month」表示)。

衝擊強度(IZOD，Kg/cm² )測試：依據ASTM D638之標準方法進行試片製作及測試缺口衝擊。

抗彎強度(flexural strength，Kg/cm² )測試：依據ASTM D790之標準方法進行試片製作及測試最大強度。

表二為上述各實施例製得之試片的測試結果。

由表二中比較例1及2之測試結果可知，當功能性樹脂組成物之系統中僅有聚乳酸樹脂及防火劑時，不僅難燃性及難燃持久性能均差，且抗彎強度的表現亦較差(260Kg/m² )；而由實施例1~10的測試結果顯現，在聚乳酸樹脂/防火劑的系統中添加相容劑及接枝劑時，防火劑的添加量在7wt%時即可達到UL94-V-0的等級，且在放置24個月後仍可有效維持其難燃性，而由抗彎強度的測試結果也可得知，相容劑的添加也可有效的提昇其抗彎強度(282~332Kg/m² )。

綜上所述，本發明之功能性樹脂組成物藉由添加如式(I)所示之化學結構的相容劑，將防火劑與聚乳酸樹脂彼此連接，提昇防火劑與聚乳酸樹脂樹脂的相容性，並同時再藉由接枝劑將該聚乳酸樹脂與相容劑結合，不僅可有效防止防火劑遷移至表面造成防火劑損耗，且式(I)所示之高分子聚合物也可同時提升該功能性樹脂整體之機械性質，而可得到一具有生物可分解性，且難燃持久性及抗彎強度均佳之之功能性樹脂組成物。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

Claims

一種功能性樹脂組成物，包含：一聚乳酸樹脂，分子量範圍介於35,000~250,000之間，且重量百分比是介於75wt%~90wt%之間；一防火劑，選自含磷化合物，重量百分比是介於6wt%~12wt%之間；一相容劑，具有如式(I)之化學結構，重量百分比是介於2wt%-8wt%之間，且X是選自生物可分解性高分子聚合物，可用以輔助提升該聚乳酸樹脂及防火劑之相容性；一黏度調整劑，重量百分比是介於2wt%~5wt%之間，可用以調整該功能性樹脂組成物的黏度；及一接枝劑，包含至少一過氧化物，該接枝劑是外添加，其添加量是該聚乳酸樹脂、防火劑、相容劑，及黏度調整劑之重量百分比總和的0.5wt%~1wt%，可用以將該相容劑及聚乳酸樹脂彼此結合。
依據申請專利範圍第1項所述的功能性樹脂組成物，其中，該聚乳酸樹脂的分子量範圍是介於120,000~210,000。
依據申請專利範圍第1項所述的功能性樹脂組成物，其中，該相容劑是選自熱塑性聚氨酯。
依據申請專利範圍第3項所述的功能性樹脂組成物，其中，該接枝劑是選自氧化二苯甲醯及過氧化雙苯異丙基之組合。
依據申請專利範圍第1項所述的功能性樹脂組成物，其中，該防火劑係選自於磷酸三苯酯、磷氮化合物。